ГОРЕЛКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ С НИЗКИМИ ЭМИССИЯМИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ И СИСТЕМА ГОРЕЛОК

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.
х
Этот вид горелки в ходе своей работы выдает, в зависимости от мощности газовой турбины, большое количество эмиссии NО 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.
v
s
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) и температуры продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания (t), 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.