CZ217496A3

CZ217496A3 - Process of combustion fuel in compressed air

Info

Publication number: CZ217496A3
Application number: CZ962174A
Authority: CZ
Inventors: Helmut Maghon
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1994-01-24
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 1997-02-12
Also published as: US5735115A; CN1140489A; EP0741849B1; JPH09507703A; EP0741849A1; EP0741850B1; CN1139476A; RU2133916C1; KR970700846A; EP0741850A1; DE59504264D1; ES2126881T3; KR970700845A; RU2142601C1; WO1995020131A1; WO1995020130A1; DE59502335D1; JP3667757B2; ES2117402T3; JPH09507704A

Description

Způsob spalování paliva ve stlačeném vzduchu ob:

vynález se týká způsobu spalování paliva ve stlačeném vzduchu, který pohybuj í cího se je dodáván v podobě proudu vzduchu podél osy. Přitom je nejprve od proudu vzduchu odděleno vícero dílčích proudů vzduchu, do kterých je přivedena zvlášť určitá část paliva, které je pak spáleno zápalnými plameny vyčnívajícími do proudu vzduchu, zatímco zbvvaiící palivo vmíšené do proudu vzduchu je prostřednictvím spáleno.

íchto zápalných plamenů zažehnuto a kompresní sotázku spalo mezi ovema t osavadní :o;

k t i i v, ii kv preaev c-r

--i · malování ξ ekc í. Vynál· ez řeš b'-lučeném vzduchu, kte: mi příslušné plynové r r o vne z proudí vím plynové turbiny, sloužící k dodávce .e, je v kompresní sekci stlačen vzduch na mecnanicke energie poměrně vysoký tlak. Následně na to v důsledku přivedenéhotepla je vzduch obvyklým způsobem, například paliva, ohřát, přičemž tlak z achován. Poté . iováním vysoký

Spalování palv je veden plyn nebo soustava zažehnut.

zpravidla bývá jeho pornem je přiveden do turbinové sekce, a je provedeno obvyklým způsobem, při kterém malovací komorou, ve které se nachází hořák vícero hořáků, kterými je plyn přiveden a nar

Příklady provedení hořáků tohoto tvou jsou patrné . z evrcoskvch patentových spisů č. 0 193 833 31, č. 0

276 696 B1, z spisu wipo ler ick . 9 2 ί ίο patentového 913, jakož i spisu č. 5.Q62.792 a z jiných příkladných provedení Al, č. G podle evropských patentových spisů č. 0 210 462 321 309 Al a č. 0 433 554 Al. Příklad plynové turbiny s použitím sp hořáků je patrný z e· 193 Al. Tato spalovací s čelní stěnou, ve

V V / \Z Z -1 veusi casu s_o hožákem do pr dále ohraničer opatřena šterb vzduch, který prostoru, sic·’.

učeného s tencoví vm t r r inou prz vstupu vnější stěny :alovací komory osazené větším počtem oropského patentového spisu č. 0 489 í komora má kruhový prstencový prostor které jsou hořáky upevněny, přičemž vzduchu určeného ke spálení prochází ého prostoru. Prstencový prostor je zí stěnou a vnější stěnou, která je : průchod stlačeného vzduchu. Stlačený me touto štěrbinou do prstencového -než k ochlazování vnitřní stěny a :í komora je uspořádána mezi kompresní kcí plynové turbiny. Dříve než proud semoi

důsledku provedení komplikovaného vede' obvyhle ke olakové rotaci proudu vzduc sekci při vstupu do prostředky obnovit, který může získat při opuštění dý z hořáků sice sám. vytváří dílčí z něj vystupuje a to s určitým což však nevede k tomu, že proud plynu pohyb ve vztahu k jeho ose. V spalovací komory a relativně í proudu tlakového vzduchu, dochází ztrátě. Mimoto je nutno potlačenou zu udělenou mu případně v kompresní turbinové sekce obvyklými technickými zž ovšem vede k další tlakové ztrátě.

Příklad provede přiveden proud stl vyplývá z evropském Tento dokument sice to, jak by měla poukazuje však na z spalovací komory, do kter zeného vzduchu, vykazující patentového spisu č. G 590 eobsahuje žádné jednoznačné rýt spalovací komora kons zo, že v důsledku zaveden é má bý t rotaci, 297 Al. odkazy na trucvána, .í proudu hu do spalovací komory při zachování jeho odpadnout rozváděči kolo jinak obvykle cu turbinové sekce.

a způsob spalování v proudu stlačeného do vpředu uvedeno, je závislý na mnoha / tento proud vzduchu ovlivňují. Zejména se tento proud vzduchu relativně rychle, spalování sklony k nestabilitě, která může oodukoe škodlivých látek vést až k úplnému ní. Spalování v poměrně krátkém časovém ovídající relativně rychlému proudění dnu, je ovšem velmi žádoucí s tím, že dy dusíku, které se při spalování při ch vyskytují, jsou potlačeny. Pro potlačení iusíku je nezbytný přebytek kyslíku ve stlačeného vzduo rotace, múze : upravené na vsít

Tento typ vzduchu, jak bo detailech, kterz pak, pohybuje-li může mít proces kromě zvýšené p: výpadku spálová: intervalu, odp stlačeného vzdu produkované oxi vysokých teplota vzniku oxidu z orodukci exidu

stlačeného vzzh stanovené době • \z . \z xz z jeste vyssr ryto.

Podstata vynález zohu rotaci, což vyžaduje při předem zrodlení proudu vzduchu k spalování paliva lest proudění.

S přihlédne základní úkol v typu tak, aby i procesu.

vím k této problematice si klade vynález ytvořit způsob spalování úvodem zmíněného byla stále zaručena stabilita spalovacího ;hoto úkolu podle vynálezu je způsob 2. ve stlačeném vzduchu, který je k tomuto ti v podobě pohybujícího se proudu vzduchu teréne jsou nejprve odděleny dílčí proudy, ivedena část paliva, které je spáleno v \z z

Resemm tz spalování paliv účelu k dispozi: podél osy, ze k do nichž je př zápalných plamenech vyčnívajících do proudu vzduchu, přičemž oseacní palivo je voníseno do proudu vzduchu, kde jej zápalné plameny zažehnou a kde je spáleno. Protože ostatní palivo do croudu vzduchu rozdělenc nehomogenně, vysazuje tak taxto vytvoř:

rozdělenu pan v prouau vzduchu na každém ze zápalných plamenů lokální maximum

Podle vynálezu je, nehledě na obvyklou vzduchu, ve kterém má být palivo spáleno, vícero dílčích proudů, přičemž každému z těchto oddělených dílčích proudů je více či méně odděleně přivedeno teplo. Hlavní spalování je ovšem podle vynálezu prováděno, aniž by byl proud vzduchu rozdělen na dílčí proudy. Část těchto dílčích proudů slouží k vytvoření zápalných vyčnívají do proudu vzduchu a jsou zd praxi, proua. rozdělen na plamenů, kte zažehne r Γ η — '-η zbylého pal: proudu vzdu:

r. 3 λ i <- X'>-1.- , vytvořeno lc rozdělení sxau.ni raliva ktere je více c Rozdělení paliv Lčemž na každér volně rozetyléno :e zaoa iximum rozpryiensno paliv croudu vzc z;

kaz :m ze zaoa směs oa

-'vch

------Hlíz*” .amenu muže

1Z± bý t re v hehomcgenita to, že na bohatá :ivnr ;r oblémů bezpečně zažehnuta. V tomto smyslu tedy vede nehomegemta rozdělení caliva ke stabilizaci spalování a x jistotě, že vesxer·

Pí .IVO

SC6Í 6ΠΟ .

Dílčí proudy vzduchu oddělené od proudu vzduchu jsou odměřeny a odpovídající množství paliva do nich dodávaného, tak, aby byly především dosaženy podmínky stanoveno stabilníh sca_ováni.

Především muz:

býo při tomto spalování vytvořena relativně bohatá směs paliva a vzduchu. Ostatní palivo je do proudu vzduchu přiváděno přičemž vznikající směs by měla být poněkud ch obvykle vyžadují provozní podmínky plynov Přebytek vzduchu pak múze být za jistýc nevýhodou při spalování a vyžaduje další primo, jak to ch turbin.

okolností ;ca tření ke idší, stabilizaci spalování. Tato stabilizace podle vynálezu je zajištěna prostřednictvím zážehových plamenů, které působí jako zdroje zažehnutí a zajištují, že do proudu vzduchu orimo pnveoJ vznita a zoe.

Proud stlačeného vzduchu může v daném případe vzhledem k ose vykazovat rotační pohyb, což bývá výhodné zejména při využití v plynové turbině. Fřitom rozváděči zařízení může tento rotační pohyb proudu vzduchu, vycvořený v kompresní popřípadě, podle možností může být u vstupních štěrbin plynově turbiny odstraněno, přičemž by musely být vytvořeny rotační komponenty, které vytvářejí rotační pohyb proudu vzduchu, potřebný pro funkci turbinové sekce.

sekci, odstranit, rozváděči zařízení y

kterého i' — 'P hý • r n *

X Z' cr ono;

'zauč

Z 7 po zt o:

Z:

a<

vzcucnu j / - z r ·— - - r c tvorců zax omalování prou menzováním voc .celných oláme' datečná dmýchac

O O Cl/Ou.

— ' _t-_- *

- --- - . -· _ _{y y}zých plamenů. Vznikající d vzduchu je totiž spolu s př )ch zařízení dostačující pro čímž nemusí být zabudován tlakovací či obdobná zařízení.

:.cu

1713

Použitím způsobu podle vynálezu je výhodné zejména u plynových turbin, přičemž proud vzduchu je dodáván z kompresní sekce plynové turbiny, přičemž po spálení paliva curbinové sekce plynové turbiny. Další zváděcí lopatky upravené privaaen ao výhodou

Z V T lezi vzd\ ve vs tupni štěrbině, skrz které proudí proud vzduchu do turbinové sekce. Rozváděči lopatky jsou instalovány v takovém množství a jsou uspořádány tak, že lokální maximum teploty způsobené nehomogenním rozdělením paliva v proudu vzduchu ozváděcími lopatkami. To ie dosaženo zejména tím, že počet zápalných plamenů se shoduje s počtem rozváděčích lopatek, přičemž rozváděči lopatky a zápalné plameny jsou s ohledem na případný rcoaoní pohyb proudu vzduchu vhodným způsobem navzájem vůči sobě uspořádány.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady provedení vynálezu jsou znázorněny na přiložených výkresech, na kterých jsou vyobrazeny detaily, které jsou nezbytné pro objasnění vynálezu. Zde je rovněž v odpovídajícím měřítku znázorněn konkrétní příklad provedení. Zde značí:

Obr.l Zařízení k provádění způsobu spalování paliva ve stlačeném vzduchu znázorněné v axiálním, podélném řezu, zari zením v r~ —

V X íi.C w značen:

?z zař izením coď na obr. 1, v y na.

.ezu codél obr. 4 pncny : TV vyznačené n;

:Z zařízením poctie vynaiezobr. 1,

Obr. 5 příčný řez žebry vsazenými v zařízení pro dodávku vícero různých paliv,

Obr. 6 uspořádání se dvěma systémy k dodávce paliva.

Příklady provedení vynálezu výkresech jsou navzájem shodné .ceny shodnými vztahovými značkami.Jak obr. 1, v něm znázorněné vyobrazení výřez části plynové turbiny a sice

Na přiložených konstrukční prvky ozna je zřejmé zeim.éna z představuje pohled na pohled na spalovací komoru uspořádanou mezi kompresní sekcí 4 a ourbinovou sekcí 5., jejíž prstencový prostor 6.

obklopuj osu 1 plynové turbiny. Z kompres:

pod;

osy 1 dodáván orcud 2 stlačeného

- - — '-i sekce ichu,

4. je který vykazuje rotaci. Skutečnost, že proud 2. stlačeného vzduchu vykazuje rotaci, symbolizují stlačeného vzduchu pak dále prstencového prostoru £, který j 12 nacházející se blíže k os( zahnuté šipky. Proud 2. bez překážky postupuje do ohraničen vnitřní stěnou 1 a vnější stěnou 13, Prstencový prostor 6 nacházející se dále od osy 1. obklopuje rotor 23 plynové turbiny. K zabránění toho, aby část proudu 2. stlačeného vzduchu proudila kolem rotoru 23, je mezi rotorem 23 a vnitřní stěnou 12 upraveno těsnění 24, kterým může být například labyrintové těsnění. Palivo určené ke spálení je přiváděno přívodním systémem 8.. Vetší cas' prou:

: prochází zeory __ a caru ;du 2. scmceneno vzuucnn, _<ce ~e pa_ivo :. Palivo by melo být spáleno beze zbytku zlaceného vzduchu nevstoupí vstupními irbinové sekce 5., kde dosáhne rozváděčích dosažení stability spalování paliva žebry 2. a zároveň pro zajištění obtékání nitřní stěny 12 a vnější stěny 13 za účelem vyčnívá dovnitř prstencového- prostoru 6.

ster o mami m. lopatek 15. procházej ícíh vzduchu kolec více nebo méně bezprostředně za kompresní sekcí 4 kruhové vedení 16 . Čáso vzduchu proudí do kruhového vedení 16 a se v něm do vícero dílčích proudů 3.. Každý 'z těchto dílcích proudů 3. vzduchu je veden příslušným chladícím vedením 19 upraveným za vnitřní sošnou 12 , resp. vnější stěnou 13 prstencového prostoru 6. a alší dílčí proud 3. vzduchu je přiváděn o r oz

LJ hořáku 10 . Tento zapalovací hořák 10 je opatů to ť<t:

orivocnim ;y s ternem 3. priva:

ohlazuje je. zapalovacího : tryskou 11, ěnt palivo.

Zapalovací hořák 10 je přitom uspořádán před žebry 7.. Část jeho vetší část, je především spálena v 'ku 10 spolu se vzduchem, který je přiváděn par ru a, tesy.

zapalovacím ho v podobě dílčího proudu 3.. Přitom js mošno poměry směsi paliva a vzduchu citlivě nascavio rak, resp. na takovou hodnotu, koerá zaručuje stabilní spalování. Toto spalování pak stabilizuje i spalování paliva, které je přiváděno žebry 7. Přirom se předpokládá, že zapalovací hořák 10 a žebra 7. jsou podle příkladného provedení uspořádány navzájem tangenciálně, což ovšem ze znázorněného provedení podle obr. 1 není dostatečně seznatelné. Část proudu vzduchu 2 vstupujícího do kruhového' vedení 16 dosáhne nejprve vodícíc'n lopatek 17 , kde je proud vzduchu 2. usměrněn tak, že původně vzniklá rotace proudu vzduchu 2 je jimi odstraněna. Toto usměrnění proudu vzduchu 2. je spojeno s určitým zbrzděním a z něho vyplývajícím zvýšením statického tlaku a dosahuje se tak v podstatné míře stabilizace dílčího proudu 3.· Určitá část proudu vzduchu 2. usměrněného vodícími looatkami 17 vstupu!e do sběrného Oroscoru 19, ze kterého iscu rozdělovány dílci proudy 3.

nu tnou p c dmí nk o u, n hořáků 1C podél osy proudění. Te zřejmé, uspořádány vzájemně částečně nahrazovat řccr umístěn je voleno že zapalovač za sebou, inladíoí vede _ ocrascj žeber z aru ;cm lov;

závis±osOo na comeracn í hořáky 10 5 topřÍOadě žzeera _/. osou cra 7 mohou

Na ob jsou žebře turbinové je znázorněno v jakém prostor: prstencový prostor £ a rozváděči lopatky 1.

ím uspořádání sekci navzájem uspořaaany.

Obi pneom představuje pohled na příčný řez kolmý k ose 1..

Zahnutá šipka názorně ukazuje kroutivý pohyb proudu vzduchu 2. Z obrázku je rovněž zřejmé, že je zde k dispozici vícero rozváděčích lopatek 15 a žeber 7_, přičemž je rovněž urči tým patrné, zoúsobem že žebra 7 a rozváděči leoatkv 15 jsou ve vodorovném úhlu navzájem vůči sobě přesazeny. Je-li toto přesazení vzhledem k rotačnímu pohybu proudu vzduchu 2 voleno správně, dochází azimutaine, tj.

tak k maximální dodávce tepla do proudu vzduchu 2., který se v tomto miste nachází. Z důvodu nehomogenní dodávky paliva se lokální maximum teploty nachází přesně mezi dvěma rozváděcími lopatkami 15 , čímž může být dosaženo snížení tepelného zatížení rozváděčích lopatek 15.

tepelného zatížení z obr. 3 . Na obr. 3 veden v rovině IIIj ak

Jak může být takovéto snížení rozváděčích lopatek provedeno, vyplývá je znázorněn tangenciální řez, který js

III vyznačené na obr. 2. Z tohoto vyobrazení je zřejmé, proud vzduchu 2 proudí od žeber 1 k rozvádšcím lopatkám 15. Na obr. 3 je rovněž vyznačeno křivkou rozdělení teploty v proudu vzduchu 2, proudí-li směrem od žeber 7_ a spalování je ukončeno. Teplota T je nanášena v závislosti na souřadnici x, která směřuje kolmo ke směru proudu vzduchu 2. Je zřejmé, že lokální maximum teploty T leží mezi rozváděcími Iccatkami 15, ořičemž te v clizuosti rozvaoecicr podstatně redukována, turbině je z termodyr hodnota teploty proud' nehomogenní rozdělení uspořádání žeber Ί_> obtékány vzduchem s tet atex j j -ro proces ůckého hit vzduchu 2 :ro£i muzmu maximu plynové \Z ' Z r r θΟύιΐ •/y Kaz ova t teplot v důsledku geometrie r oz taeci lotatkv .otců o streani hoctn lo nejsou ooořípadě s teplotou vyšší než je střední hodnota, nýbrž vzduchem o teplotě nižší než je její střední hodnota. S ohledem na to, že tepelnou zátěž mimo jiné určuje i maximální teplota paliva při vstupu do turbinové sekce 5, může být na základě využití výhod vynálezu dosaženo zřetelné zvýšení maxima.

tohoto

Na žebra 7 obr . 3 počtem trysek 9, kterými j vzduchu 2. Trysky’ 9. mohou byt e rovněž patr :á, přičemž je

ne vytvořeni	žeber 7_	Tato
jich vnitřní	prostor	η V z slouží
Žebra 7 jsou	opatřena	'V' Z vetsim
přiváděno pa	ůivo do	proudu
'ýt na žebře	ch 2 libovolně

rozděleny. Podstatné kritérium pro uspořádání trysek je to, smyslu vynálezu dosaženo aby by1o pozaoovane nenomogenity při rozdělování paliva do proudu vzduchu 2.

Na obr. 4 je znázorněno provedení kruhového vedení 06. sloužící k rozdělení proudění na dílčí proudy 3. a chladící vedení 19 . Z vyobrazení jsou patrné i vodící lopatky 17 , které usměrňují část proudu vzduchu 2, oddělovaného v kruhovém vedení 16 do axiálního směru a v určité míře tuto část proudu vzduchu 2. zpomalují, čímž je dosaženo zvýšeného statického tlaku v dílčích proudech 3. vzduchu.

Na obr . 5 je přizpůsoben; Uvnitř žebra ^Ύ :2 :aav;<;

ur cen j

je určen pr; např í k1ad uhe 1 n 20 , 21 a 22 use;

e znázorněn příčný průřez žebrem 7_, které k libovolné dodávce vícero druhů paliva, e nacházejí tři palivové kanálky 2 0 , 21 a xiiva, přičemž nejmensí palivový kanálek 21 ávku oleje, střední palivový kanálek 21 je •emnino sonv p±ynu lyn s

Každý z těcht;

:rvsek 9 .

raíivcvy Kanaiex .nou výhřevností, illvových kanálků systému, xtere proudu v zauchu poměry prouděr zapalovací hoř; znázorněného p: ovšem platí i pak ovšem jeho případě proudí kolem osy 0.

je znázorněno společné působení obou ve smyslu vynálezu přivádějí palivo do 2. Ve spodní části obr. 6 jsou vyznačeny í ve spalovací komoře, přičemž žebra 0 a iky 10 jsou obtékány proudem vzduchu 2. Podle nevedení proudí proud vzduchu 2_ přímo. Obr. 6 cro proudění, které vykazuje rotaci, přičemž souřadnice nejsou rovnoběžné s osou 0 jako v ní bez rotace, nýbrž ve tvaru šroubovice

Do každéhc vzduchu odděl s; přivedeno pal·i ze zapalovacích hořáků 10 je přivedena část ;ého z proudu vzduchu 2 a současně je do něho :z, které je působením zápalného plamene 25, směřujícího do proudu vzduchu, zažehnuto 10 tak tvoří prvý stupeň přívodu tepla dr Druhý stupeň přívodu tepla do proudu vzc

7., ze kterých proud vzduchu 2. bezprcstře Palivo z každého z žeber 7_ přitom proudí :u proudu vzduchu znázorněných proudnic o o v

3Λ .ni maximum ood zápalným plamenem 2 5 . Podél

kolmém	ke	směn
Z 1
carKované	znazo
žeber 7	. je	něho:
2., což	je	znázc:
paliva	je	tvoře:
, v / tvor i	tak	loká
zažehnuto	zácal

plamenů, vyzn, d Σ 'ť C dodavanéh:

je spalování do proudu spálení paliva pr znázorněném v horní rozdělování na szuřadn: vyznačena znázornění nikoli kvč odpovídá pnc_izn navzájem spojuje ' paliva je přitom oroudu vzduchu 2 .

enéno na obr . 6 tečkou vzduchu 2 a způsob' •sházej ícího žebry části obr. 6 je vy _iva, na úsečce je naneser je vymezena koncentrace. Ξ:

přerušená čára, která sy odstavuje pouze tvar roz tativní údaj . Křivka 2 2 rozdělení paliva .cly zapalovacích c. úzkém vztahu k r:

Zapalovací hořáky ; proudu vzduchu 2. uchu 2 tvoří žebra dně odvádí palivo, ve směru přibližně ozděluje se podél šminkou uspořádání a v proudu vzduchu ásti obr. 6. Proud zusedících žebř 7. a paliva, které předního čela aně, rozšiřuje se uj e současně úplné 7. V diagramu značeno k ř i vk o· u 2 5 . azimutální úhel a zuřadnice je přitom mbolizuje, že toto dělování paliva a rozdělování paliva na křivce, která .amenů. Rozdělování : zložení teploty v

Z obr.6 lze seznat další výhodná provedení, která spočívají v tom, že nejen rozváděči lopatky 15., ale i \Z 1 zeora a zapalovací hořáky 10 jsou zhotoveny stejnem poctu

Vynálezem je tedy způsob spalování paliva ve stlačeném vzduchu, který je vhodný zejména k použití v plynové turbině a který zajištuje rychlé a úplné spálení paliva.

Claims

1. Způsob spalování paliva ve stlačeném vzduchu, který se pohybuje v proudu (2) pohybujícím se podél osy (1), při kterém je proud (2) vzduchu nejprve rozdělen do vícero dílčích proudů (3), do nichž je přivedena část paliva, které je spáleno v zápalných plamenech (25), přičemž zbylé palivo, které je rovněž rozděleno dc· proudu (2) vzduchu, je zažehnuto zápalnými plameny (25) a zcela spáleno, vyznačující se tím, že zbylé palivo je do proudu (2) vzduchu rozděleno nehomogenně, přičemž takto vytvořené rozdělení paliva do proudu (2) vzduchu vykazuje u každého ze zápalných plamenů (25) lokální maximum (29).

2. Způsob spalování paliva podle nároku l, vyznačující se tím, že proud (2) vzduchu vykazuje vzhledem k ose (!)

3 . Způsob tím, že p (3) je rozpalování paliva podle nároku 2, vyznačující se d rozdělením proudu (2) vzduchu na dílčí proudy ční pohyb proudu (2) vzduchu odstraněn.

předchozích j e dodáván po spálení é curbinv.

4. Způsob spalování paliva podle některého z nároků, vyznačující se tím, že proud (2) vzduchu kompresní sekcí (4) plynové turbiny, přičemž paliva je přiváděn do turbinové sekce (5) plynov

5. Způsob spalování podle nároku 4, vyznačující se tím, že proud (2) vzduchu vsoupuje do turbinové sekce (5) vstupními štěrbinami (14), ve kterých jsou upraveny rozváděči lopatky (15), přičemž spalováním paliva v proudu (2) vzduchu vzniká nerovnoměrné rozdělení teploty, vykazující lokální maximum, které se nachází právě mezi dvěma rozváděcími lopatkami (15) .