Способ сжигания органического топлива в камере сгорания газотурбинной установки и камера сгорания газотурбинной установки

 

Использование: в газотурбостроении. Сущность изобретения: повышение степени регулируемости процесса горения, получение широкого изменения нагрузок камеры сгорания и достижение высокой экономичности процесса сжигания топлива достигается сжиганием топлива в зоне неполного горения и в зонах дожигания путем регулируемых подачей топлива и водяного пара с установлением коэффициента избытка окислителя в зоне горения α от 0,4 до 0,8, а в зонах дожигания от 0,6 и выше до полного сжигания. Количество вводимых в зоны дожигания топлива, воздуха и водяного пара определяется задаваемой температурой продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания, расходом их и максимальной токсичностью. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к газотурбостроению, в частности к камерам сгорания газотурбинных установок и газотурбинных двигателей.

Известны способы сжигания органического топлива в камерах сгорания газотурбинных установок и двигателей [1] Недостатком этих способов является низкая экологичность из-за наличия в продуктах сгорания газообразных вредных примесей.

Наиболее близким к изобретению является способ сжигания органического топлива в камере сгорания газотурбинных двигателей [2] Недостатком такого способа является относительно низкая степень регулирования процесса сжигания.

Предлагаемый способ сжигания органического топлива в камере сгорания газотурбинной установки и устройство для его реализации решает задачу степени регулируемости процесса сжигания, повышения экологичности при сохранении высокой экономичности процесса.

В предлагаемом способе указанные преимущества достигаются путем осуществления дожигания топлива по меньшей мере в две стадии, причем неполное сжигание топлива производят с коэффициентом избытка окислителя, равным 0,4-0,8, а дожигание с возрастающим коэффициентом избытка окислителя, равным не менее 0,6 при первой стадии дожигания.

Подачу топлива, воздуха и водяного пара при неполном сжигании осуществляют по оси камеры сгорания, а при дожигании с возрастанием угла к оси до 90^о.

Охлаждение стенок жаровой трубы осуществляют посредством дополнительного вдува воздуха, водяного пара или их смеси через стенку в зоны горения и дожигания.

Предлагаемое устройство решает поставленную задачу тем, что камера сгорания снабжена по меньшей мере одним дополнительным горелочным устройством, установленным в зоне дожигания, причем горелочные устройства, расположенные в зоне неполного сгорания, размещены по оси камеры, а в зоне дожигания смещены по длине жаровой трубы и размещены под разными углами наклона к ее оси.

Стенки жаровой трубы могут быть выполнены пористыми и сообщены с трубопроводами водяного пара.

На чертеже изображена конструктивная схема камеры сгорания газотурбинной установки, в которой реализуется предлагаемый способ.

Камера сгорания включает корпус 1, жаровую трубу 2, горелочные устройства 3, зону 4 горения, зоны 5 дожигания, воздуховод 6, трубопроводы 7 топлива, трубопроводы 8 водяного пара и регулирующую арматуру (не показана).

Способ осуществляется следующим образом.

Воздух поступает в корпус 1 камеры сгорания, в котором размещены жаровые трубы, часть воздуха направляется в горелочные устройства 3, расположенные с торца по оси жаровой трубы 2. Одновременно в горелочные устройства 3 поступает топливо по трубопроводам 7 и водяной пар по трубопроводам 8. В горелочных устройствах 3 происходит смешение всех компонент: воздуха, топлива и водяного пара в соответствующих пропорциях регулированием арматурой расхода топлива и водяного пара с таким расчетом, чтобы обеспечить в зоне 4 горения коэффициент избытка воздуха 0,4-0,8 и наименьший выход оксидов азота. Далее продукты неполного сгорания топлива поступают последовательно в зоны 5 дожигания топлива, где за счет подвода в эти зоны дополнительных количеств воздуха, топлива и водяного пара, вводимых через подобные горелочные устройства 3, расположенные по окружности жаровой трубы 2, смещенные по длине последней и размещенные под разными углами наклона к оси жаровой трубы 2. Коэффициент избытка воздуха по зонам 5 дожигания топлива постоянно возрастает для обеспечения полного сжигания топлива. Количество вводимых в зоны 5 дожигания всех компонент (воздуха, топлива и водяного пара) диктуется задаваемой температурой продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания, расходом их и минимальной токсичностью. Возможность подачи топлива в зоны дожигания позволяет обеспечивать высокую степень регулируемости процесса горения, получать широкий диапазон изменения нагрузок камеры сгорания, а также достичь максимальных экономического и экологического эффектов.

Формула изобретения

1. Способ сжигания органического топлива в камере сгорания газотурбинной установки, включающий подачу в жаровую трубу воздуха и водяного пара для неполного сгорания топлива и последующее его дожигание, отличающийся тем, что дожигание топлива осуществляют по меньшей мере в две стадии, причем неполное сжигание топлива производят с коэффициентом избытка окислителя 0,4 0,8, а дожигание в обеих стадиях с возрастающим коэффициентом избытка окислителя и не менее 0,6 при первой стадии дожигания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу топлива, воздуха и водяного пара при неполном сжигании осуществляют по оси камеры сгорания, а при дожигании с возрастанием угла до 90^o.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют охлаждение стенок жаровой трубы посредством дополнительного вдува и водяного пара или их смеси через стенки в зоны горения и дожигания.

4. Камера сгорания газотурбинной установки, содержащая корпус, жаровую трубу, горелочные устройства, установленные в зоне горения и в зоне дожигания по окружности жаровой трубы, подключенные к ним трубопроводы топлива и водяного пара и воздуховод, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере одним дополнительным горелочным устройством, установленным в зоне дожигания, причем горелочные устройства, расположенные в зоне неполного горения, размещены по оси камеры, а в зоне дожигания смещены по длине жаровой трубы и размещены под разными углами наклона к ее оси.

5. Камера по п.4, отличающаяся тем, что стенки жаровой трубы выполнены пористыми и сообщены с трубопроводами водяного пара.

РИСУНКИ

Рисунок 1