RU2137936C1 - Method for controlling amount of nitrogen oxides exhausted from gas-turbine engine - Google Patents

Method for controlling amount of nitrogen oxides exhausted from gas-turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2137936C1
RU2137936C1 RU97118969A RU97118969A RU2137936C1 RU 2137936 C1 RU2137936 C1 RU 2137936C1 RU 97118969 A RU97118969 A RU 97118969A RU 97118969 A RU97118969 A RU 97118969A RU 2137936 C1 RU2137936 C1 RU 2137936C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
zone
fuel
rich
combustion
nitrogen oxides
Prior art date
Application number
RU97118969A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97118969A (en
Inventor
В.В. Токарев
Ю.Е. Кириевский
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" filed Critical Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority to RU97118969A priority Critical patent/RU2137936C1/en
Publication of RU97118969A publication Critical patent/RU97118969A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2137936C1 publication Critical patent/RU2137936C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: pollution control of environment. SUBSTANCE: method for controlling NOx emission from gas-turbine engines of primarily ground and marine power plants involves combustion of rich and lean fuel-air mixtures in flame tube to form primary zone rich in fuel, lean-fuel burning zone and fast thinning zone for rich mixture combustion products between them. Steam or water mixed up with air is admitted to fast thinning zone for rich mixture combustion products. EFFECT: reduced emission of nitrogen oxides and reduced water flowrate. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей, преимущественно наземных и морских энергетических установок, работающих на жидком или газообразном топливе с впрыском воды в камеру сгораний. The invention relates to the field of gas turbine engines, mainly onshore and offshore power plants running on liquid or gaseous fuels with water injection into the combustion chamber.

Известен способ регулирования выбросов окислов азота NOx путем инжекции воды непосредственно в первичную зону горения жаровой трубы камеры сгорания [1]. A known method of controlling emissions of nitrogen oxides NOx by injecting water directly into the primary combustion zone of the combustion tube of the combustion chamber [1].

Недостатком известного способа является повышение удельного расхода топлива в результате потерь тепла при превращении воды в пар, непредсказуемая зависимость снижения выбросов окислов азота NOx от предварительной подготовки и перемешивания топлива с воздухом и водой, а также повышенный расход воды. The disadvantage of this method is the increase in specific fuel consumption as a result of heat loss during the conversion of water to steam, the unpredictable dependence of the reduction of nitrogen oxides NOx on preliminary preparation and mixing of fuel with air and water, as well as increased water consumption.

Наиболее близким к заявляемому является способ регулирования выбросов окислов азота NOx газотурбинного двигателя, заключающийся в сжигании в жаровой трубе камеры сгорания богатой и бедной топливовоздушной смеси с образованием богатой топливом первичной зоны, зоны бедного горения, а между ними - зоны быстрого разбавления продуктов горения богатой смеси воздухом, сжатым в компрессоре [2]. Closest to the claimed one is a method for controlling emissions of nitrogen oxides NOx of a gas turbine engine, which consists in burning a rich and poor air-fuel mixture in a combustion pipe with the formation of a fuel-rich primary zone, a poor combustion zone, and between them - zones of rapid dilution of the combustion products of the rich mixture with air compressed in the compressor [2].

Недостатком известного способа является неполное использование возможности снижения выбросов окислов азота NOx, преимущественно в наземных и морских энергетических установках, работающих на жидком или газообразном топливе с впрыском воды в камеру сгорания. The disadvantage of this method is the incomplete use of the ability to reduce emissions of nitrogen oxides NOx, mainly in land and offshore power plants running on liquid or gaseous fuels with water injection into the combustion chamber.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в уменьшении выброса окислов азота NOx газотурбинного двигателя за счет повышенной теплоемкости водяного пара или воды, а также в снижении расхода воды. The technical problem to which the claimed invention is directed is to reduce the emission of nitrogen oxides NOx of a gas turbine engine due to the increased heat capacity of water vapor or water, as well as to reduce water consumption.

Сущность технического решения заключается в том, что в способе регулирования выброса окислов азота NOx газотурбинного двигателя, заключающемся в сжигании в жаровой трубе камеры сгорания богатой и бедной топливовоздушной смеси с образованием богатой топливом первичной зоны, зоны бедного горения, а между ними зоны быстрого разбавления продуктов горения богатой смеси, согласно изобретения, в зону быстрого разбавления продуктов горения богатой смеси подают водяной пар или воду. Водяной пар или воду в зону разбавления продуктов горения богатой смеси подают в смеси с воздухом. The essence of the technical solution lies in the fact that in the method for controlling the emission of nitrogen oxides NOx of a gas turbine engine, which consists in burning a rich and poor air-fuel mixture in the combustion chamber with the formation of a fuel-rich primary zone, a zone of poor combustion, and between them a zone of rapid dilution of combustion products rich mixture, according to the invention, in the zone of rapid dilution of the combustion products of the rich mixture serves water vapor or water. Water vapor or water is fed into the dilution zone of the combustion products of the rich mixture in a mixture with air.

При подаче водяного пара или воды в зону быстрого разбавления продуктов горения богатой смеси уменьшается температура пламени в зоне быстрого разбавления и бедного горения, что приводит к уменьшению скорости образования NOx, экспоненциально зависящей от температуры пламени. When water vapor or water is supplied to the zone of rapid dilution of the combustion products of the rich mixture, the flame temperature in the zone of rapid dilution and lean combustion decreases, which leads to a decrease in the rate of formation of NOx, which exponentially depends on the flame temperature.

Существенная зависимость скорости образования окислов азота NOx от температуры газов, образующихся после сгорания топливовоздушной смеси, известна, например, из формулы (6) стр. 62, см. [3]. A significant dependence of the rate of formation of nitrogen oxides NOx on the temperature of the gases formed after combustion of the air-fuel mixture is known, for example, from formula (6) p. 62, see [3].

На фиг. 1 - изображен продольный разрез верхней части трубчато-кольцевой камеры сгорания вдоль одной из жаровых труб с богатой топливом первичной зоной I, зоной бедного горения II и зоной быстрого разбавления продуктов горения III. In FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the upper part of a tubular-annular combustion chamber along one of the flame tubes with a fuel-rich primary zone I, a poor combustion zone II and a zone of rapid dilution of combustion products III.

На фиг. 2 - изображен разрез А-А вдоль жаровых труб в окружном направлении камеры сгорания. In FIG. 2 - section AA is shown along the flame tubes in the circumferential direction of the combustion chamber.

На фиг. 3 - изображен график изменения температуры пламени Тпл. в зависимости от коэффициента избытка окислителя α и способа сжигания топлива, где a - диффузионное горение, b - горение смеси с подачей воздуха в зону быстрого разбавления (расход воды Gb = 0), c - горение смеси по заявляемому изобретению, с подачей воды в зону быстрого разбавления продуктов горения. In FIG. 3 - shows a graph of the flame temperature Tm. depending on the coefficient of excess oxidizer α and the method of burning fuel, where a is diffusion combustion, b is the combustion of the mixture with air supply to the quick dilution zone (water flow rate Gb = 0), c is the combustion of the mixture according to the claimed invention, with water supply to the zone rapid dilution of combustion products.

Способ осуществляется следующим образом. При запуске газовой турбины топливо, например, сжатый природный газ 1 подают в камеру сгорания через форсунки 2, далее смешивают с потоком воздуха 3 во внутренней полости 4 жаровых труб 5. При этом компоненты смеси воспламеняются от свечи зажигания (на фиг. 1 не показана), образуя факел 6 диффузионного горения богатой топливом первичной зоны I, α = 0,5 - 0,7, где α - коэффициент избытка окислителя, равный отношению действительного количества воздуха к теоретически необходимому для полного сгорания топлива. В богатой топливом первичной зоне I ( α = 0,5 - 0,7) температура продуктов горения пониженная ( ~ 750 К) в результате устранения подмешивания воздуха на внутренних стенках 7 жаровых труб 5. При этом другая часть 8 воздушного потока 3 и вода 9, подаваемая через трубопровод 10 в зону быстрого разбавления 3, например, через полые стойки 11 смесителя 12, направляется через отверстия 13 в стойках 11 и отверстия 14 смесителя 12 во фронт диффузионного факела 6 богатой топливом первичной зоны I, где вода превращается в водяной пар в смеси с воздухом. Зоны кинетического горения микрочастиц топлива, возникающие вследствие взаимодействия несгоревшего топлива зоны I с воздухом, подаваемым частью 8 воздушного потока 3, более эффективно охлаждаются водяным паром в смеси с воздухом. При этом максимальная локальная температура продуктов горения, т.е. микрочастиц топлива, уменьшается преимущественно с 2400 до 750 К, что многократно уменьшает выбросы окислов азота NOx газотурбинного двигателя, преимущественно со 150 рри до 9 рри. Использование заявляемого способа регулирования уменьшает расход воды и снижает удельный расход топлива вследствие интенсификации процессов смешения именно в зоне III быстрого разбавления продуктов горения богатой топливом первичной зоны, и в зоне бедного горения, а не путем подачи воды или паров воды в первичную зону I вместе с топливным аэрозолем, как в известном способе. The method is as follows. When starting a gas turbine, fuel, for example, compressed natural gas 1, is fed into the combustion chamber through nozzles 2, then mixed with the air stream 3 in the inner cavity 4 of the flame tubes 5. In this case, the components of the mixture ignite from the spark plug (not shown in Fig. 1) , forming a torch 6 of diffusion combustion of the fuel-rich primary zone I, α = 0.5 - 0.7, where α is the coefficient of excess oxidizer, equal to the ratio of the actual amount of air to the theoretically necessary for complete combustion of the fuel. In the fuel-rich primary zone I (α = 0.5 - 0.7), the temperature of the combustion products is lowered (~ 750 K) as a result of eliminating the mixing of air on the inner walls of 7 flame tubes 5. Moreover, the other part 8 of the air stream 3 and water 9 supplied through the pipeline 10 to the quick dilution zone 3, for example, through the hollow racks 11 of the mixer 12, is directed through the holes 13 in the racks 11 and the holes 14 of the mixer 12 to the front of the diffusion torch 6 of the fuel-rich primary zone I, where water is converted into water vapor in mixtures with air. Zones of kinetic combustion of fuel microparticles, resulting from the interaction of unburned fuel of zone I with the air supplied by part 8 of the air stream 3, are more effectively cooled by water vapor mixed with air. In this case, the maximum local temperature of the combustion products, i.e. microparticles of fuel, decreases mainly from 2400 to 750 K, which greatly reduces the emissions of nitrogen oxides NOx of a gas turbine engine, mainly from 150 rp to 9 rp. Using the proposed method of regulation reduces water consumption and reduces specific fuel consumption due to the intensification of mixing processes precisely in zone III of rapid dilution of the combustion products of the fuel-rich primary zone, and in the poor combustion zone, and not by supplying water or water vapor to the primary zone I together with the fuel aerosol, as in the known method.

Таким образом, заявляемый способ позволяет снизить выбросы окислов азота NOx не путем уменьшения времени нахождения продуктов горения в зоне максимальных локальных температур, как в известном способе, а путем уменьшения температуры пламени в зоне быстрого разбавления III и бедного горения II. Thus, the inventive method can reduce emissions of nitrogen oxides NOx not by reducing the residence time of the combustion products in the zone of maximum local temperatures, as in the known method, but by reducing the temperature of the flame in the zone of rapid dilution III and poor combustion II.

Источники информации:
1. Энергетические машины N 3 1979 г., стр. 56, фиг. 22, в статье Д. Макнайт "Разработка компактной камеры сгорания газотурбинного двигателя с увеличенным ресурсом и приемлемым уровнем выбросов", УДК 621.438.
Sources of information:
1. Energy machines N 3 1979, p. 56, FIG. 22, in the article by D. McKnight "Development of a compact combustion chamber of a gas turbine engine with an increased resource and an acceptable level of emissions", UDC 621.438.

2. Патент Великобритании N 2086031, кл. F 23 R 3/34, от 06.05.82 г. - прототип. 2. UK patent N 2086031, CL F 23 R 3/34, dated 05/06/82, the prototype.

3. "Образование и разложение загрязняющих веществ в пламени", Н.А. Чигир и др., М., Машиностроение, 1981 г., УДК 621.43.019.9. 3. "The formation and decomposition of pollutants in the flame," N.A. Chigir et al., M., Mechanical Engineering, 1981, UDC 621.43.019.9.

Claims (1)

Способ уменьшения выброса окислов азота NOx газотурбинного двигателя, заключающийся в сжигании в жаровой трубе камеры сгорания богатой и бедной топливовоздушной смеси с образованием богатой топливом первичной зоны, зоны бедного горения, а между ними - зоны быстрого разбавления продуктов горения богатой смеси, отличающийся тем, что в зону быстрого разбавления продуктов горения богатой смеси подают водяной пар или воду.A method of reducing the emission of nitrogen oxides NO x of a gas turbine engine, which consists in burning a rich and poor air-fuel mixture in the combustion tube to form a fuel-rich primary zone, a poor combustion zone, and between them, a zone of rapid dilution of the combustion products of the rich mixture, characterized in that water vapor or water is supplied to the zone of rapid dilution of the combustion products of the rich mixture.
RU97118969A 1997-11-10 1997-11-10 Method for controlling amount of nitrogen oxides exhausted from gas-turbine engine RU2137936C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97118969A RU2137936C1 (en) 1997-11-10 1997-11-10 Method for controlling amount of nitrogen oxides exhausted from gas-turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97118969A RU2137936C1 (en) 1997-11-10 1997-11-10 Method for controlling amount of nitrogen oxides exhausted from gas-turbine engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU97118969A RU97118969A (en) 1999-08-10
RU2137936C1 true RU2137936C1 (en) 1999-09-20

Family

ID=20199027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97118969A RU2137936C1 (en) 1997-11-10 1997-11-10 Method for controlling amount of nitrogen oxides exhausted from gas-turbine engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2137936C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2663830C2 (en) * 2016-07-25 2018-08-10 Игорь Алексеевич Иванов Method of operation of gas turbine installation and device for its implementation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2663830C2 (en) * 2016-07-25 2018-08-10 Игорь Алексеевич Иванов Method of operation of gas turbine installation and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4112676A (en) Hybrid combustor with staged injection of pre-mixed fuel
US5339634A (en) Fuel supply system for engines and combustion processes therefor
JPH0140246B2 (en)
KR970075672A (en) Premixed dry low NOx exhaust gas combustor with lean direct injection of gaseous fuel
JPH03175211A (en) Combustor, combustor for turbine, burner and method of combustion
KR102429643B1 (en) System and method for improving combustion stability of gas turbine
US20160265779A1 (en) Twin radial splitter-chevron mixer with converging throat
CA2046083C (en) Apparatus and method for reducing nitrogen oxide emissions from gas turbines
US6345610B1 (en) Partial oxidation device for an HCCI engine intake system
JPS6179914A (en) Premixing combustion unit
RU2111416C1 (en) Power-generating plant gas turbine combustion chamber
RU2137936C1 (en) Method for controlling amount of nitrogen oxides exhausted from gas-turbine engine
JPS57157935A (en) Gas turbine combustor
JPH0210348B2 (en)
Neumeier et al. Ultra low emissions combustor with non-premixed reactants injection
Levy et al. Preliminary analysis of a new methodology for flameless combustion in gas turbine combustors
JP2005526205A (en) Burner and its driving method
RU2098719C1 (en) Power plant gas turbine combustion chamber
JP2565980B2 (en) Gas turbine combustor for low-calorie gas
RU2122684C1 (en) Method for fossil fuel combustion in combustion chamber of gas-turbine plant or in other fuel- combustion facility
RU2176052C2 (en) Turbomachine combustion chamber
JPH0480292B2 (en)
JPH0289916A (en) Gas turbine combustor
JP2500349B2 (en) Low NOx burner for high temperature combustion gas generation
RU2036383C1 (en) Burner device