Kruhový hořák pro spalovací komoru spalovací turbíny s nízkými emisemi Škodlivin

Oblast techniky

Technické řešení se týká kruhového hořáku pro spalovací komoru spalovací turbíny, sestávajícího z přívodu topného plynu, zapalovacího hořáku a vzduchových kanálů.

Dosavadní stav techniky

Ze stavu techniky je známo vícero typů hořáků používaných ve spalovací komoře spalovací turbíny. Např. ze spisu CZ 2003-1436 A3 je znám hořák s věncem přívodních kanálů.

Ze spisu CZ 1992-111 A3 je znám hořák opatřený směšovačem vzduchu a diíuzorem. V jiném spise CZ 1989-3413 A3 je představen hořák opatřený soustavou směšovacích trysek a radiálními io vzduchovými otvory.

Ve spise EP 1435484 A2 je představen hořák se středovou přívodní trubicí paliva a symetricky kolem ní uspořádané kruhové štěrbiny pro přívod vzduchu. Z dokumentu US 5,755,821 je znám hořák opatřený věncem z přívodních trubek po jeho vnějším kruhovém okraji. Dokument WO 2008/057685 představuje hořák opatřený na čele uprostřed kruhem malých otvorů a po obvodu jsou popět do kruhu uspořádány elipsovité otvory orientované tak Že vnější je v ose procházející středem hlavice a vnitřní je uspořádán k prvnímu otvoru tangenciálně a je rovněž elipsovitý.

Topný plyn je tedy běžně dosud spalován ve spalovací komoře spalovací turbíny pomocí bodových horáků, rozmístěných symetricky v čele spalovací komory. Tyto hořáky jsou tvořeny koncovou děrovanou hlavicí, kterou je do zóny hoření uvnitř spalovací komory přiváděn topný plyn trubkou přívodu plynu. Jednotlivé hořáky jsou vně spalovací komory napojeny na rozdělovač topného plynu. Rozdělovač topného plynu je propojen potrubím s regulačním ventilem ovládaným řídicím systémem turbosoustrojí s ohledem na požadované otáčky a výkon spalovací turbíny. Koncová hlavice hořáku je uvnitř komory zasunuta do lopatkového viřiče, který je součástí čela plamence spalovací komory. Tímto lopatkovým viřičem je do zóny hoření přiváděn spalova25 cí vzduch.

Tento druh hořáku při svém provozu produkuje v závislosti na výkonu spalovací turbíny velké množství emisí NO_X a CO. Obsah těchto Škodlivin při většině provozních režimů spalovací turbíny vysoce překračuje zákonem stanovené limity.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky odstraňuje ve značné míře kruhový hořák pro spalovací komoru spalovací turbíny s nízkými emisemi škodlivin. Podstata tohoto technického řešení spočívá v tom, že v ústí hořákových trubek rozvodu plynu jsou uspořádány soustředné prstence opatřené směrem k zóně hoření výstupními otvory a na opačné straně dýzami a/nebo záslepkami, přičemž mezi jednotlivými prstenci jsou uspořádány lopatkové mříže pro přívod spalovacího vzduchu do zóny hoření a na trubky rozvodu plynu jsou napojeny trubky přívodu plynu.

Ve výhodném provedení představuje kombinace počtu záslepek a dýz regulační prvek ke stanovení množství dodávaného topného plynu do prstenců.

V jiném výhodném provedení jsou mezi trubkami přívodu plynu a rychlouzavíracím a regulačním ventilem spalovací turbíny na větvích potrubí přívodu plynu uspořádány elektromagnetické ventily pro regulaci množství topného plynu do jednotlivých prstenců.

V dalším výhodném provedení jsou elektromagnetické ventily přívodu topného plynu napojeny na ovládací elektronickou jednotku pro určení množství topného plynu do jednotlivých prstenců.

V jiném výhodném provedení propojuje ovládací elektronická jednotka elektromagnetické ventily v závislosti na signálu indikace teploty spalin před turbínou a/nebo od otáček rotorů turbíny.

-1 CZ 21295 Ul

Přívod topného plynu do jednotlivých prstenců je řízen elektromagnetickými ventily a řídicí elektronickou jednotkou zařízení, což umožňuje spalování topného plynu ve spalovací komoře spalovací turbíny tak, že v celém rozsahu provozu spalovací turbíny, tj. od volnoběhu až po plné zatížení spalovací turbíny bude značně snížen obsah škodlivin ve spalinách pod hranici platných limitů.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je znázorněno pomocí výkresů. Obr. 1 představuje řez kruhovým hořákem, obr. 2 znázorňuje detail vyústění hořákové trubky pro rozvod plynu do spalovací komory, na obr. 3 je znázorněn čelný pohled na vyústění hořákové trubky pro rozvod plynu do spalovací komory a na obr. 4 je schéma uspořádání prvků celého hořákového systému včetně systému řízení přívodu plynu.

Příklad provedení technického řešení

Na obr. 1 je řez kruhovým hořákem a jsou na něm vidět lopatkové mříže 3 se soustřednými prstenci 1, které jsou propojeny trubkami 2 rozvodu plynu. Dále je vidět spalovací prostor 8 uvnitř spalovací komory.

Na obr. 2 je detail vyústění hořákové trubky 2 pro rozvod plynu do spalovací komory. Je vidět, že v ústí hořákové trubky 2 jsou uspořádány soustředné prstence 1 s otvory 7 pro výstup topného plynu. Na hořákové trubky 2 rozvodu plynu jsou připojeny trubky 4 přívodu topného plynu. Propojení prstenců 1 s trubkami 2 rozvodu plynu je provedeno pomocí dýz 10. Vnější prstence 1 jsou však od rozvodu plynu z hořákových trubek 2 odděleny záslepkami 9. Mezi prstenci 1 jsou uspořádány lopatkové mříže 3 pro přívodu spalovacího vzduchu do spalovacího prostoru 8.

Na obr. 3 je znázorněn čelný pohled na vyústění hořákové trubky 2 pro rozvod plynu do spalovací komory. Jsou opět vidět soustředné prstence i, které jsou propojeny hořákovými trubkami 2 rozvodu plynu. Dále jsou zde vidět lopatkové mříže 3, které zcela vyplňují prostor mezi soustřednými prstenci. Z obrázku je dále patrný způsob upevnění předního dílu 16 plamence k plášti 17 spalovací komory pomocí šikmých úchytů 18.

Na obr. 4 je znázorněno schéma uspořádání prvků celého systému. Kruhový hořák je tvořený soustřednými prstenci 1, které jsou propojeny hořákovými trubkami 2 rozvodu plynu. K hořákovým trubkám 2 rozvodu plynu jsou připojeny přes přívodní trubky jednotlivé větve 14 potrubí přívodu topného plynu. Jednotlivé větve 14 přívodu plynu jsou buď přímo nebo přes elektromagnetické ventily 5 propojeny s regulačním ventilem JT a rychlouzavíracím ventilem 15 spalovací turbíny. Propojení prstenců 1 s hořákovými trubkami 2 rozvodu plynu je provedeno pomocí záslepek 9 a dýz 10. To znamená, že určité prstence i jsou vždy propojeny pouze s určitými trubkami 2 rozvodu plynu a s určitými potrubními větvemi 14 přívodu plynu. To umožňuje za provozu v závislosti na signálu 13 od teploty spalin a/nebo na signálu 12 od otáček rotorů pomocí elektromagnetických ventilů 5 zapínat pomocí řídicí elektronické jednotky 6 pouze určité prstence i a tím zajistit v zóně hoření spalovací komory takové podmínky, které jsou optimální pro dosažení nízkých emisí NO_X a CO.

Funkce zařízení podle technického řešení je taková, Že plyn po průchodu rychlouzavíracím ventilem 15 a regulačním ventilem H spalovací turbíny prochází otevřenými elektromagnetickými ventily 5, do jednotlivých větví 14 přívodů plynu. Z nich vstupuje do trubek 2 rozvodu plynu z kterých postupuje dýzami 10 do prstenců 1. Z prstenců 1 vystupuje otvory 7 do zóny hoření spalovací komory, kde shoří po smísení se vzduchem, který byl do zóny hoření spalovací komory přiveden přes lopatkové mříže 3. Aby byla v zóně hoření spalovací komory udržována z hlediska nízké tvorby CO a NO_X optimální teplota, jsou ovládací elektronickou jednotkou 6 v závislosti na signálu 13 od teploty spalin a na signálu 12 od otáček rotorů uzavírány a otevírány elektromagnetické ventily 5 tak, že při částečném zatížení je plyn přiváděn pouze do některých prstenců 1, při plném zatížení do všech prstenců 1. Počet prstenců 1 a počet elektromagnetických ventilů 5

-2CZ 21295 Ul se mění podle typu spalovací turbíny. V každém případě ale nebude jedna z větví 14 topného plynu nikdy osazena elektromagnetickým ventilem 5, jelikož touto větví je veden přímo do kruhového hořáku trvale po celou dobu hoření ve spalovací komoře topný a stabilizační plyn.