Способ регулирования подачи топлива в камеру сгорания газотурбинной установки и устройство для его осуществления

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных установок, а именно к способам регулирования подачи топлива в камеры сгорания и устройствам для их осуществления. Способ регулирования подачи топлива в камеру сгорания газотурбинной установки включает изменение расхода топлива в зависимости от ее мощности путем дозирования подачи топлива в коллекторы установленных коаксиально друг другу дежурных и основных горелок горелочных устройств с предварительным смешением топлива и воздуха. Горелочные устройства установлены в два яруса и подачу топлива осуществляют в оба яруса. На режиме запуска топливо подают в коллектор дежурных горелок наружного яруса, перед выходом на режим малого газа - в коллектор дежурных горелок внутреннего яруса. На режиме малого газа поддерживают близким по величине количество топлива, подаваемого в дежурные горелки наружного и внутреннего ярусов. Затем увеличивают подачу топлива в дежурные горелки наружного и внутреннего ярусов. Перед выходом на режим холостого хода подают топливо к основным горелкам наружного и внутреннего ярусов. В диапазоне режимов от холостого хода до номинального увеличивают подачу топлива в основные горелки, при этом уменьшают относительную долю топлива, подаваемого через дежурные горелки. Изобретение позволяет уменьшить содержание оксидов азота NO_x в выхлопных газах газотурбинной установки при обеспечении устойчивого горения бедных смесей на всех режимах ее работы. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных установок (ГТУ), а именно к способам регулирования подачи топлива в камеры сгорания и устройствам для их осуществления.

Из известных способов наиболее близким к предложенному является способ регулирования подачи топлива в камеру сгорания ГТУ, включающий изменение расхода топлива в зависимости от мощности установки путем дозирования подачи топлива в коллекторы дежурных и основных горелок горелочных устройств с предварительным смешением топлива и воздуха [1].

Устройство для реализации этого способа содержит горелочные устройства с предварительным смешением топлива и воздуха, включающие дежурную и основную горелки, установленные коаксиально друг другу. Каждая горелка соединена с топливным коллектором, связанным трубопроводом с установленным на его входе дозатором топлива.

С помощью дозаторов топливо подводится к топливным коллекторам дежурных и основных горелок. Дежурные горелки содержат диффузионный канал для обеспечения запуска и устойчивости горения камеры сгорания на всех режимах работы ГТУ [1].

Недостатком известных способа и устройства является высокий уровень концентрации оксидов азота NOx в выхлопных газах ГТУ, что обусловлено наличием диффузионного канала дежурных горелок.

Задачей изобретения является снижение вредных выбросов оксидов азота NOx в выхлопных газах ГТУ при обеспечении устойчивого горения бедных смесей на всех режимах работы установки.

Указанная задача решается тем, что в известном способе регулирования подачи топлива в камеру сгорания ГТУ, включающем изменение расхода топлива в зависимости от ее мощности путем дозирования подачи топлива в коллекторы дежурных и основных горелок горелочных устройств с предварительным смешением топлива и воздуха, подачу топлива осуществляют в два яруса горелочных устройств, причем на режиме запуска топливо подают в коллектор дежурных горелок наружного яруса, перед выходом на режим малого газа - в коллектор дежурных горелок внутреннего яруса, на режиме малого газа поддерживают одинаковым количество топлива, подаваемого в дежурные горелки наружного и внутреннего ярусов, затем увеличивают подачу топлива в дежурные горелки наружного и внутреннего ярусов, перед выходом на режим холостого хода подают топливо к основным горелкам наружного и внутреннего ярусов, а в диапазоне режимов от холостого хода до номинального увеличивают подачу топлива в основные горелки, при этом уменьшают относительную долю топлива, подаваемого через дежурные горелки.

Указанная задача решается также тем, что в известном устройстве для регулирования подачи топлива в камеру сгорания ГТУ, содержащем горелочные устройства с предварительным смешением топлива и воздуха, включающие дежурную и основную горелки, установленные коаксиально друг другу, причем каждая горелка соединена с топливным коллектором, связанным трубопроводом с установленным на его входе дозатором топлива, горелочные устройства установлены в два яруса, устройство снабжено дополнительным коллектором, соединенным с дежурными горелками внутреннего яруса и дополнительным дозатором, вход которого подсоединен к трубопроводу, соединяющему коллектор дежурных горелок наружного яруса с его дозатором, при этом коллектор подачи топлива к основным горелкам соединен дополнительным трубопроводом с основными горелками внутреннего яруса.

Предложенный способ регулирования подачи топлива в камеру сгорания при использовании предложенного устройства позволяет сжигать предварительно подготовленные более бедные смеси, вследствие чего снижается уровень концентрации оксидов азота в выхлопных газах ГТУ.

Это обусловлено расположением горелочных устройств в двух ярусах.

Последовательная подача топлива в дежурные горелки наружного и внутреннего ярусов обеспечивает выход на режим запуска и устойчивую работу камеры на переходных режимах. При подключении основных горелок на основных режимах снижение NOx достигается за счет уменьшения относительной доли топлива, подаваемого в дежурные горелки.

На фиг.1 схематично показано устройство для регулирования подачи топлива в камеру сгорания ГТУ,

на фиг.2 показана зависимость распределения топлива по коллекторам камеры сгорания от режима работы (мощности) ГТУ, где

график 1 представляет относительный расход топлива Gт₁ через топливный коллектор дежурных горелок наружного яруса от суммарного,

график 2 - относительный расход топлива Gт₂ через дополнительный коллектор дежурных горелок внутреннего яруса от суммарного,

график 3 - относительный расход топлива Gт₃ через коллектор основных горелок наружного и внутреннего ярусов,

график 4 - суммарный относительный расход топлива Gт_Σ,

график 5 - относительный расход топлива через топливный коллектор дежурных горелок наружного яруса с броском топлива при запуске.

Устройство для регулирования подачи топлива в камеру сгорания ГТУ (фиг.1) содержит установленные на входе в камеру сгорания 1 горелочные устройства 2 с предварительным смешением топлива и воздуха. Горелочное устройство 2 включает дежурную и основную горелки 3 и 4, установленные коаксиально.

Горелочные устройства 2 размещены в двух ярусах - наружном 5 и внутреннем 6. Дежурные горелки 3 наружного яруса 5 соединены с топливным коллектором 7, связанным трубопроводом 8 с дозатором топлива 9. Дежурные горелки 3 внутреннего яруса 6 соединены с дополнительным коллектором 10, связанным с дополнительным дозатором топлива 11, вход которого связан с трубопроводом 8. Основные горелки 4 наружного яруса 5 соединены с топливным коллектором 12, связанным дополнительным трубопроводом 13 с основными горелками 4 внутреннего яруса 6. Топливный коллектор 12 трубопроводом 14 связан с дозатором 15, установленным параллельно дозатору 9.

Способ осуществляют следующим образом. При запуске ГТУ топливо в камеру сгорания 1 подается дозатором 9 по трубопроводу 8 и поступает в топливный коллектор 7 дежурных горелок 3 наружного яруса 5. При этом дополнительный дозатор 11 и дозатор 15 закрыты. Перед выходом ГТУ на режим малого газа открывается дополнительный дозатор 11 и топливо поступает в дополнительный коллектор 10 дежурных горелок 3 внутреннего яруса 6. На режиме малого газа с помощью дозаторов 9 и 11 поддерживается близким по величине количество топлива, подаваемого в дежурные горелки 3 наружного яруса 5 и внутреннего яруса 6. Дальнейшее увеличение мощности ГТУ производится путем увеличения подачи топлива дозатором 9 в коллекторы 7 и 10 дежурных горелок 3 наружного и внутреннего ярусов 5 и 6. Перед выходом ГТУ на режим холостого хода открывается дозатор 15 и топливо поступает в коллектор 12 основных горелок 4 наружного яруса 5 и внутреннего яруса 6. Увеличение мощности ГТУ от режима холостого хода до номинального производится путем увеличения подачи топлива дозатором 15 в топливный коллектор 12 основных горелок 4 наружного яруса 5 и внутреннего яруса 6.

Регулирование подачи топлива в камеру сгорания при снижении мощности ГТУ от номинального режима до останова производится с помощью дозаторов 15, 11 и 9 в последовательности, обратной прямому ходу ГТУ.

Использование дополнительного дозатора 11, подключенного за дозатором 9, позволяет с помощью последнего управлять устройством на переходных режимах и поддерживать относительный расход через дежурные горелки 3 на основных режимах (см. фиг.2). Дозатор 11 включается на режиме запуска и обеспечивает равные величины расходов через дежурные горелки 3 наружного и внутреннего ярусов 5 и 6.

Целесообразно число горелочных устройств в ярусах выполнять одинаковым, что упрощает регулирование подачи топлива в камеру сгорания из-за равенства гидравлического сопротивления топливных коллекторов и горелок в ярусах.

Подача топлива в коллектор дежурных горелок наружного яруса на режиме запуска броском топлива за время меньше 1 секунды с последующей выдержкой в течение 2...5 секунд постоянного расхода топлива и дальнейшего его снижения на 15-50% значительно улучшает запуск камеры сгорания с предварительной подготовкой бедных топливо-воздушных смесей и повышает устойчивость работы ГТУ. Это достигается за счет резкого нарастания и достижения благоприятного для запуска избытка топлива. Снижение расхода топлива после розжига камеры сгорания уменьшает избытки топлива, что повышает устойчивость работы ГТУ.

Изобретение позволяет уменьшить содержание оксидов азота NO_x в выхлопных газах ГТУ при обеспечении устойчивого горения бедных смесей на всех режимах ее работы.

Источник информации:

[1] Патент США № 5450725, МКИ F 23 R 3/30, опубл. в 1995 г.

1. Способ регулирования подачи топлива в камеру сгорания газотурбинной установки, включающий изменение расхода топлива в зависимости от ее мощности путем дозирования подачи топлива в коллекторы дежурных и основных горелок горелочных устройств с предварительным смешением топлива и воздуха, отличающийся тем, что подачу топлива осуществляют в два яруса горелочных устройств, причем на режиме запуска топливо подают в коллектор дежурных горелок наружного яруса, перед выходом на режим малого газа - в коллектор дежурных горелок внутреннего яруса, на режиме малого газа поддерживают близким по величине количество топлива, подаваемого в дежурные горелки наружного и внутреннего ярусов, затем увеличивают подачу топлива в дежурные горелки наружного и внутреннего ярусов, перед выходом на режим холостого хода подают топливо к основным горелкам наружного и внутреннего ярусов, а в диапазоне режимов от холостого хода до номинального увеличивают подачу топлива в основные горелки, при этом уменьшают относительную долю топлива, подаваемого через дежурные горелки.

2. Способ регулирования подачи топлива в камеру сгорания газотурбинной установки по п.1, отличающийся тем, что на режиме запуска топливо подают в коллектор дежурных горелок наружного яруса броском с последующей выдержкой в течение 2...5 с постоянного расхода топлива и дальнейшего его снижения на 15...50%.

3. Устройство для регулирования подачи топлива в камеру сгорания газотурбинной установки, содержащее горелочные устройства с предварительным смешением топлива и воздуха, включающие дежурную и основную горелки, установленные коаксиально друг другу, причем каждая горелка соединена с топливным коллектором, связанным трубопроводом с установленным на его входе дозатором топлива, отличающееся тем, что горелочные устройства установлены в два яруса, устройство снабжено дополнительным коллектором, соединенным с дежурными горелками внутреннего яруса и дополнительным дозатором, вход которого подсоединен к трубопроводу, соединяющему коллектор дежурных горелок наружного яруса с его дозатором, при этом коллектор подачи топлива к основным горелкам соединен дополнительным трубопроводом с основными горелками внутреннего яруса.

4. Устройство для регулирования подачи топлива в камеру сгорания газотурбинной установки по п.3, отличающееся тем, что число горелочных устройств в ярусах одинаково.