Спосіб спалювання газового палива у камері згоряння газотурбінної установки

Пропонована корисна модель відноситься до галузі енергетики і, стосується зокрема, газотурбобудування, а більш конкретно, способу спалювання газового палива у камері згоряння газотурбінної установки (ГТУ), з метою підвищення ефективності її роботи. Пропонована корисна модель може бути використана при проектуванні нових та модернізації діючих ГТУ, призначених, зокрема, для використання у якості приводів газоперекачувальних агрегатів компресорних станцій. Для різних типів ГТУ (авіаційних, суднових та стаціонарних) найбільш поширений традиційний спосіб спалювання палива в камері згоряння. У відповідності до згаданого способу для забезпечення ефективного і стійкого горіння при високих надлишках повітря, повітря, що надходить до камери згоряння ГТУ розділяють на первинне і вторинне. При цьому первинне повітря практично відповідає стехіометричному співвідношенню з паливом. Вторинне повітря через спеціальні отвори в жаровій трубі надходить до камери згоряння, де відбувається його змішування з продуктами горіння, що забезпечує необхідне поле температур газів перед турбіною. Однак, при такому способі спалювання газу збільшується аеродинамічний опір, ускладнюється система подачі повітря до камери згоряння, зростає концентрація оксидів азоту в продуктах горіння [Христич В.А., Любчик Г.Н. Газогорелочные устройства сжигания газа при высоких и переменных избытках воздуха /Научно-технический обзор. Сер. Использование газа в народном хозяйстве. - М: ВНИИГЭгазпром. 1978, - 60с]. Застосування в камерах фронтового пристрою зазвичай у вигляді регістрів поганообтічної форми збільшує аеродинамічні втрати газового потоку в камері згоряння, що своєю чергою, поряд з конструктивними недоліками таких камер, викликає нерівномірності полів швидкостей і температур на вході в газову турбіну, а це знижує ефективний ККД газотурбінної установки в цілому. Згаданий спосіб реалізують у ГТУ, камера згоряння якого складається з пальникового пристрою у вигляді семи газових пальників (шести основних і одного чергового /запасного/ і двох запалювачів, газового колектора - фронтового пристрою, вихрового змішувача [Газоперекачивающий агрегат мощностью 10МВт. Описание Т-6017-71. - Ленинград: Невский машиностроительный завод им. В.И.Ленина, 1972, -188с]. Такий спосіб та конструкції камер є найбільш поширеними, особливо у складі газотурбінних газоперекачувальних агрегатів на компресорних станціях магістральних газопроводів. Основною причиною підвищеної емісії NOX у вищезгаданих камерах згоряння є режим практично стехіометричного горіння, тобто відсутність надлишку повітря, а для агрегатів з підігрівом повітря перед подаванням в камеру спалювання, наприклад ГТК-10, ГТ-750-6, також і вплив цього підігріву. Також відомий спосіб спалювання газового палива у камері згоряння із збільшенням кількості робочого тіла в циклі енергоустановки газотурбінного приводу газоперекачувального агрегату при температурах навколишнього середовища вищих за розрахункові [Деклараційний патент України на корисну модель №8304, МПК 7 F01K 21/04, F02C6/18; Опубл. 15.07.2005 р. Бюл. №7]. В основі такого способу лежить технологія "Водолій". Суть технології полягає у подаванні водяної пари до проточної частини газотурбінної установки і створення умов для її регенерації з продуктами згоряння палива у водяний конденсат у контактному конденсаторі-газоохолоджувачі. Це дозволяє зменшити витрати паливного газу на 30%, викиди NO X - до 40...45мг/м3 (нижче діючих світових норм) на 21...40% зменшити викиди вуглекислого газу. Але недоліками згаданого способу є досить складний технологічний процес і, як наслідок, значні капіталовкладення на його застосування, що суттєво обмежує його широке використання у промисловості [див.Романов В., Коваленко А., Кривуца В., Лупандин В. Экологически чистая технология "Водолей" для получения электрической и тепловой энергии// Газотурбинные технологии. - 2001. - №1 - С.10-12]. Найбільш близьким до пропонованого способу за технічною суттю є спосіб спалювання газового палива у камері згоряння газотурбінної установки (ГТУ), яка містить корпус, встановлені на вході камери згоряння газові пальники, фронтовий пристрій, а спосіб включає операції подання до пальників газового палива і повітря, сумішеутворення і ініціювання запалення паливної суміші і її спалювання [Заявка РФ №2006102516, МПК (2006.01) F23C99/00, Дата публікації: 2006.06.27; Міжнародна публікація WO 2005/003632 (13.01.2005)]. У відповідності до згаданого способу в камері згоряння встановлюють канали для газового палива і окремо канали для подання окислювача. Недолік описаного способу полягає у відсутності умов для створення потрібної енергетичної та екологічної ефективності роботи ГТУ, зокрема, через високе значення емісії оксидів азоту NOX, значне теплове і токсичне навантаження на навколишнє середовище під час роботи ГТУ. У основу пропонованого способу поставлено задачу створення такого способу спалювання газового палива у камері згоряння ГТУ, який дозволив би створити умови для підвищення енергетичної та екологічної ефективності роботи ГТУ. Поставлена задача вирішується за рахунок попереднього сумішеутворення і одержання рівномірного температурного поля продуктів згоряння при коефіцієнтах надлишку повітря більших за одиницю. Пропонований, як і відомий спосіб спалювання газового палива у камері згоряння газотурбінної установки (ГТУ), яка містить корпус, встановлені на вході камери згоряння газові пальники, фронтовий пристрій, а спосіб включає операції подання до пальників газового палива і повітря, сумішеутворення і ініціювання запалення паливної суміші і її спалювання, а, відповідно до пропозиції, кожний газовий трубчастий пальник виконують у вигляді багатоканального прямоточного газового колектора, що містить корпус з встановленими у ньому повітряними каналами, утвореними циліндричними трубками, а також газові канали - у вигляді наскрізних отворів у стінці корпусу направленій до фронтового пристрою, при цьому подачу газового палива та повітря всередину пальників здійснюють окремо, а операцію сумішеутворення виконують за поверхнею трубчастих пальників у фронтовому пристрої. Пропонований спосіб за рахунок створення умов для попереднього сумішеутворення дозволяє суттєво зменшити емісію токсичних оксидів азоту NOX та вуглецю при високих значеннях надлишку повітря близьких до одиниці, що сприяє підвищенню енергетичної та екологічної ефективності роботи ГТУ. Суть пропонованого способу пояснюється схематичними кресленнями, де показано пристрій, який реалізує пропонований спосіб. На Фіг.1 схематично показаний загальний вигляд трубчастого пальника камери згорання енергетичної установки. На Фіг.2 показаний вид А на пристрій за Фіг.1. Пристрій, що реалізує пропонований спосіб, виконаний у вигляді камери згоряння ГТУ, на вході до якої встановлено фронтовий пристрій /не показано/. У камері згоряння встановлено кілька газових пальників (умовно показаний один). Кожний газовий трубчастий пальник виконаний у вигляді багатоканального прямоточного газового колектора, що містить газову трубу 1. На газовій трубі 1 встановлено конструкцію, що включає дві паралельні стінки - передню 2 з отворами 3 повітряних каналів та тильну 4. У стінці 4 виконані наскрізні отвори 5, призначені для подання через них газового палива. Повітряні канали утворені циліндричними трубками 6, призначеними для подання через них повітря. Торцевий проміжок між стінками 2 і 4 закритий кожухом 7. Приклад. Всередину газового пальника подають окремо газове паливо через отвори 5 і повітря через повітряні трубки 6, а операцію сумішеутворення виконують за поверхнею трубчастих пальників у фронтовому пристрої і потім ініціюють запалення утвореної паливної суміші. При цьому за рахунок попереднього сумішеутворення суттєво зменшується емісія токсичних оксидів азоту та вуглецю при коефіцієнтах надлишку повітря більших за одиницю, при прямотечійністі подавання повітря у камеру згорання, що дозволяє одержати рівномірне температурне поле продуктів згоряння і в подальшому формує дифузійний факел. Таким чином, пропонований спосіб спалювання газу відзначається високою екологічною і енергетичною ефективністю, яка пояснюється спалюванням газу при коефіцієнтах надлишку повітря більш за одиницю, що суттєво зменшує емісію оксидів азоту, і прямотечійністю подавання повітря у камеру згорання, що значно зменшує втрати повного тиску повітря, збільшує повноту згоряння газу, зменшує нерівномірність полів температур і швидкостей продуктів згоряння на вході у газову турбіну і в результаті зменшує витрати паливного газу, а, отже, збільшує ККД ГТУ.