Горелка для сжигания с низкими эмиссиями вредных веществ и система горелок

Описана конструкция комбинированной горелки для диффузионного и кинетического сжигания газа, а также система таких горелок, предназначенная для камер сгорания газовых турбин.

Область техники

Техническое решение касается конструкции горелок камеры сгорания газовой турбины и системы горелок с использованием этих горелок.

Уровень техники

В известных устройствах горючий газ сжигается в камере сгорания газовой турбины при помощи комплекта точечных горелок. Эти горелки состоят из головки со многими отверстиями, через которую в зону сгорания внутри камеры сгорания подводится топливный газ при помощи трубки подвода газа. Отдельные горелки вне камеры сгорания подсоединены к распределителю топливного газа. Распределитель топливного газа при помощи трубопровода соединен с регулирующим клапаном, который регулируется управляющей системой оборотов и мощности газовой турбины.

Головка горелки внутри камеры вставлена в лопастный завихритель, который является составной частью передней части пламенной трубы камеры сгорания. При помощи завихрителя в зону сжигания подводится воздух горения.

Этот вид горелки в ходе своей работы выдает, в зависимости от мощности газовой турбины, большое количество эмиссии NО _х и СО. Содержание этих вредных веществ при некоторых режимах работы газовой турбины бывает намного выше, чем это определено соответствующими нормами.

Сущность технического решения

Вышеприведенные недостатки в значительной степени устраняет горелка для сжигания с низкими эмиссиями вредных веществ, согласно данному техническому решению, суть которого состоит в том, что горелка выполнена как комбинированная и имеет межтрубчатый зазор (4) для подвода газа для диффузионного сгорания и трубку (9) для подвода газа для кинетического сгорания, причем оба контура независимо и самостоятельно регулируемые, а от лобовой части горелки обратно проведен канал (11), подсоединенный к распределителю (12) и направленный в лопаточный завихритель (13) и в

смесительную камеру (15), которая входит в зону горения (14), через сужение (16). Таким образом, выполненная горелка позволяет работать при двойном виде сжигания, а при диффузионном сжигании и при сжигании с предварительным смешиванием (кинетическое сжигание), и притом таким образом, что при заданном диапазоне рабочих режимов количество вредных эмиссии сведено к минимуму.

Другим объектом полезной модели является система горелок, суть которой состоит в том, что она состоит из семи блоков горелок, из которых шесть блоков расположены по контуру лобовой части камеры сгорания и седьмой посредине, причем каждый блок горелок состоит из семи отдельных горелок, опять же размещенных таким образом, что шесть горелок находится по контуру, а седьмая - посредине блока, причем у шести контурных блоков горелки тождественны, а у центрального блока центральная горелка выполнена как зажигающая горелка, а горелки выполнены как горелки двойного действия, при этом система оснащена регулировочной мембраной, которая регулируется электроприводным устройством для регулировки подвода воздуха.

В предпочтительном исполнении система оснащена трехходовым клапаном с приводом для переключения протекания газа для диффузионного или кинетического сжигания, в зависимости от нагрузки газовой турбины.

В другом исполнении трехходовой клапан для переключения протекания газа между диффузионным и кинетическим сжиганием и регулировкой количества попадания воздуха в зону горения оснащен электронным блоком регулировки для управления на основании входных импульсов температуры воздуха на входе в камеру сгорания (t _v) и температуры продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания (t_s), для снижения содержания вредных веществ в продуктах сгорания при полном объеме работы, т.е. от холостого хода до полной нагрузки.

Краткое описание чертежей

Техническое решение изображено при помощи чертежей, на которых фиг.1 представляет собой разрез блока горелки; фиг.2 изображает детальный разрез части блока горелки фиг.1; фиг.3 изображает разрез блока зажигающей горелки; фиг.4 изображает вид на лобовую часть пламенной трубы, которая состоит из семи блоков горелок, шести по контуру и одного центрального блока горелок;

фиг.5 изображает регулируемую мембрану для регулировки протекания воздуха в систему горелок, а фиг.6 - схема распределения топлива.

Пример выполнения полезной модели

Из фиг.1 видно, что система горелок в лобовой части камеры сгорания состоит из семи блоков горелок, шести блоков А по контуру и одного центрального блока горелок В.

Каждый блок горелок А, В состоит из семи отдельных горелок, опять же размещенных таким образом, что шесть горелок D расположено по контуру, а седьмая в центре блока, причем у шести контурных блоков А горелки D тождественны, а у среднего блока В центральная горелка выполнена как зажигающая горелка Е.

На фиг.1 изображен вид на контурный блок горелок А, и на фиг.2 изображен частичный разрез этого блока горелок. Каждый контурный блок горелок состоит из семи отдельных горелок D, опять же размещенных таким образом, что шесть горелок D размещено по контуру, а седьмая в центре блока. Горелки D выполнены как горелки двойного действия, это означает, что они могут работать при двойном виде сжигания, то есть при диффузионном сжигании и при сжигании с предварительным смешиванием, т.е. кинетическом сжигании, и таким образом, что при заданном диапазоне рабочих режимов образование вредных веществ сведено к минимуму.

Газ для диффузионного сгорания входит в блок через резьбовое соединение . Далее через канал и распределитель подводится к отдельным горелкам. Через зазор между трубами далее газ подводится к выходному факелу , откуда попадает в место сжигания . Это хорошо видно на фиг.2. Газ для кинетического сжигания входит в блок через резьбовое соединение . Затем, через канал и распределитель он подводится к отдельным горелкам. Через трубку газ подводится к месту охлаждения лобовой части горелки и отводится каналами к распределителю , позволяющему подвод газа через факел в завихритель . От завихрителя смесь газа и воздуха подается через камеру смешивания и сужение в зону горения .

На фиг.3 изображен разрез центрального блока горелок В, средняя горелка которого заменена зажигающей горелкой. Через патрубок в трубку

подводится газ зажигания. Газ подается через сопло в зазоры между трубками и и далее в зону горения. При помощи запальной свечи газ зажигается.

На фиг.5 изображено регулирующее устройство, которое служит для регулировки протекания воздуха к горелкам. Воздух под напором компрессора поступает в зону , а оттуда через мембрану, состоящую из цилиндров и . к блокам горелок. В цилиндрах и имеются окна, в результате настройки положения которых устанавливаются размеры проточной поверхности. Цилиндр неподвижный, положение цилиндра в результате поворотов можно менять. Поворот осуществляется при помощи привода, соединенного с валом , на котором закреплена зубчатая шестерня . Шестерня в результате поворота переставляет зубчатый сегмент и прочно соединенный с ним уложенный на роликах вал .

На фиг.6 изображена схема протекания воздуха и топлива к блокам горелок. Схема штрих-пунктирной линией разделена на стандартную часть и часть с новым техническим решением. Основным отличием нового технического решения являются шесть контурных блоков горелок ВН, каждый из которых состоит из семи горелок, которые позволяют производить диффузионное. и кинетическое сжигание, а седьмой - комбинированный блок горелок BHZ, у которого центральная горелка заменена зажигающей горелкой.

Система распределения газа к блокам горелок, изображенная на фиг.6, делится на подвод газа к горелкам РН, подвод для диффузионного сжигания DIF и для кинетического сжигания KIN, а также подвод к зажигательному устройству PZ.

Подвод к зажигательному устройству PZ ведется через клапан VZ и мембрану CZ.

Подвод газа к горелкам РН осуществляется через быстродействующий клапан RZV и регулирующий клапан RV к трехходовому клапану TV, управляемому приводом. Оттуда газ идет или в ветку диффузионного сжигания DIF, или в ветку кинетического сжигания KIN.

Газ для первой степени сжигания идет от быстродействующего клапана через главную мембрану CS и мембраны ответвлений С1 и С2 в обе ветки сжигания (DIF и KIN). Воздух к горелкам подводится через приводом управляемую мембрану CV (фиг.5).

Состояние переключения трехходового клапана TV и степень открытия регулирующей мембраны CV, на основании вводов, которыми являются температура воздуха на входе в камеру сгорания и температура продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания, управляется электронным блоком регулировки BR.

Система работает таким образом, что после достижения оборотов зажигания, открывается подвод газа к зажигательному устройству PZ и при подведении напряжения к свече зажигания - происходит воспламенение горелки зажигания. После индикации пламени устройством для слежения за ним открывается быстродействующий клапан RZV, и газ для первой степени сгорания начнет поступать через главную мембрану CS и мембраны веток С1 и С2 в обе ветки сжигания (DIF и KIN). Произойдет воспламенение всех блоков горелок.

В соответствии с требованиями программы по запуску, в соответствии с требованиями по управлению оборотами и по объему загрузки, открывается клапан регулировки RV. В этой фазе запуска и нагрузки трехходовой клапан установлен таким образом, что газ поступает в ветку диффузионного сгорания;

приводом управляемая мембрана CV настроена на основное протекание воздуха для сжигания. После достижения первого уровня нагрузки трехходовой клапан перенастроится на протекание газа в ветку кинетического сжигания, а приводом управляемая мембрана CV начнет открываться. После достижения второго уровня нагрузки мембрана CV полностью открыта. При дальнейшей нагрузке состояние трехходового клапана и степень открытия регулирующей мембраны не меняется. При разгрузке камеры сгорания проходит процесс, описанный выше, в обратном порядке.

1. Горелка для сжигания газа с низкими эмиссиями вредных веществ с подводом газа для диффузионного сжигания через зазор между трубками (4) и трубкой (9) и с подводом газа для кинетического сжигания через трубку (9), причем оба ввода являются независимыми и отдельно регулируемыми, а от лобовой части горелки проведен канал (11), подсоединенный к распределителю (12), который направлен в лопаточный завихритель (13) и в смесительную камеру (15), которая входит в зону горения (14) через сужение (16).

2. Система горелок, собранная из горелок согласно п.1, которая состоит из семи блоков горелок, из которых шесть блоков горелок расположены по контуру лобовой части камеры сгорания, а седьмой посредине, причем каждый блок горелок состоит из семи отдельных горелок, размещенных так, что шесть горелок (D) размещено по контуру, а седьмая посредине блока, при этом у шести контурных блоков (А) горелки (D) тождественны, а у центрального блока (В) средняя горелка выполнена как зажигающая (Е), а горелки (D) выполнены как горелки двойного действия, при этом система оснащена регулирующей мембраной (CV), которая настраивается при помощи электропривода для регулировки подвода воздуха.

3. Система горелок по п.2, дополнительно оснащенная трехходовым клапаном (TV) с приводом для переключения протекания газа для диффузионного или кинетического сжигания, в зависимости от нагрузки газовой турбины.

4. Система горелок по п.3, дополнительно оснащенная электронным блоком регулировки поступления количества воздуха в зону горения в зависимости от температуры воздуха на входе в камеру сгорания (t_V) и температуры продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания (t_S), для снижения содержания вредных веществ в продуктах сгорания при полном объеме работы, от холостого хода до полной нагрузки.