RU2145669C1 - Method of operation of gas turbine engine and fire unit for combustion of fuel mixture - Google Patents
Method of operation of gas turbine engine and fire unit for combustion of fuel mixture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2145669C1 RU2145669C1 RU98104201/06A RU98104201A RU2145669C1 RU 2145669 C1 RU2145669 C1 RU 2145669C1 RU 98104201/06 A RU98104201/06 A RU 98104201/06A RU 98104201 A RU98104201 A RU 98104201A RU 2145669 C1 RU2145669 C1 RU 2145669C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- vortex mixer
- liquid
- combustion
- gas turbine
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к газотурбинным двигателям и установкам различного назначения и может быть использовано в авиационных, транспортных, судовых, локомотивных и стационарных энергетических установках. The invention relates to gas turbine engines and installations for various purposes and can be used in aviation, transport, ship, locomotive and stationary power plants.
Известен способ работы газотурбинного двигателя, основанный на подаче в камеру сгорания и сжигании жидкого топлива (керосина, дизельного топлива) или газа с одновременным впрыском в первичную зону камеры хорошо распыленной воды для снижения вредных для человека выбросов оксидов азота NOx (см., например, А. Лефевр "Процессы в камерах сгорания ГТД", М., Мир, 1986, стр. 500).A method of operating a gas turbine engine, based on the feed to the combustor and burning the liquid fuel (kerosene, diesel fuel) or gas with the simultaneous injection into the primary zone of the chamber well atomized water to reduce harmful to human emissions of nitrogen oxides NO x (see., E.g., A. Lefebvre "Processes in the combustion chamber of a gas turbine engine", Moscow, Mir, 1986, p. 500).
Однако, снижение выброса NOx, в этом случае, сопряжено со значительным увеличением выброса другого вредного соединения - окиси углерода CO (см. там же, стр. 499).However, a reduction in NO x emissions, in this case, is associated with a significant increase in emissions of another harmful compound - carbon monoxide CO (see ibid., P. 499).
Кроме того, недостатком такого способа работы двигателя является подготовка и хранение больших количеств дистиллированной воды. In addition, the disadvantage of this method of engine operation is the preparation and storage of large quantities of distilled water.
Известен способ работы газотурбинного двигателя, основанный на подаче в камеру сгорания и сжигании газа при одновременном подводе в зону горения пара (см., например, Теплоэнергетика, 1992, N 9). A known method of operation of a gas turbine engine, based on the supply to the combustion chamber and combustion of gas while supplying steam to the combustion zone (see, for example, Heat Power Engineering, 1992, No. 9).
Подача в зону горения пара, выбрасываемого затем в атмосферу, резко ограничивает область использования газотурбинных двигателей в "безводных" регионах и всегда требуются большие дополнительные затраты на генерацию пара. The supply of steam to the combustion zone, which is then released into the atmosphere, sharply limits the area of use of gas turbine engines in the “waterless” regions, and large additional costs for generating steam are always required.
Установки, работающие по этому способу, имеют достаточно высокий уровень выброса NOx и CO.Plants operating in this way have a fairly high level of emissions of NO x and CO.
Проблеме снижения выбросов оксида азота уделяется особенно большое внимание. Установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) оксидов азота. Наиболее устойчивым является диоксид азота, в который могут переходить все другие оксиды. Поэтому установленные нормы ПДК даются для суммы всех оксидов азота в пересчете на NO2. Такая суммарная величина всех оксидов и обозначается как NOx.The issue of reducing nitric oxide emissions has received particular attention. The maximum permissible concentration (MPC) of nitrogen oxides is established. The most stable is nitrogen dioxide, into which all other oxides can pass. Therefore, the established MPC norms are given for the sum of all nitrogen oxides in terms of NO 2 . This total value of all oxides is designated as NO x .
Для обозначения уровня эмиссии оксидов азота используются три вида характеристик. Three types of characteristics are used to indicate the level of emission of nitrogen oxides.
весовая концентрация - (г/кг топлива)
смешанная концентрация - (г/нм3)
объемная концентрация - (ppm).weight concentration - (g / kg fuel)
mixed concentration - (g / nm 3 )
volume concentration - (ppm).
Соотношение между этими единицами, соответствующее нормативному требованию 15%-го содержания кислорода в продуктах сгорания, следующее:
1 г/кг топл. = 21,8 мг/нм3 = 11,2 ppm.The ratio between these units, corresponding to the regulatory requirement of a 15% oxygen content in combustion products, is as follows:
1 g / kg fuel = 21.8 mg / nm 3 = 11.2 ppm.
Известен также, выбранный за прототип, способ работы газотурбинного двигателя (установки), основанный на подаче в камеру сгорания и сжигании одновременно жидкого топлива (керосина, дизельного топлива) и природного газа. There is also known, selected for the prototype, the method of operation of a gas turbine engine (installation), based on the supply to the combustion chamber and burning at the same time liquid fuel (kerosene, diesel fuel) and natural gas.
Известен и огневой блок, принятый за прототип, реализующий известный способ работы двигателя, содержащий жидкостную центробежную форсунку, встроенную в газовый цилиндрический коллектор с отверстиями подачи газа, завихритель и вихревой смеситель (фронтовое устройство). См., например: 1) С.П. Изотов О.А.Рудаков и др. "Авиационные ГТД в наземных установках", Л., Машиностроение, 1984, стр. 96. 2) Н.А.Шерлыгин, В.Г.Шахвердов "Конструкция и эксплуатация авиационных газотурбинных двигателей", Машиностроение, М., 1969, стр. 109. There is also a known fire unit adopted as a prototype that implements a known method of engine operation, comprising a liquid centrifugal nozzle integrated in a gas cylindrical manifold with gas supply openings, a swirler and a vortex mixer (front-end device). See, for example: 1) S.P. Izotov OA Rudakov et al. "Aircraft gas turbine engines in surface installations", L., Mashinostroenie, 1984, p. 96. 2) N.A.Sherlygin, V.G.Shakhverdov "Design and operation of aircraft gas turbine engines", Engineering, Moscow, 1969, p. 109.
Однако, известный способ работы и устройство для его реализации не обеспечивают установленные предельно допустимые концентрации оксидов азота 25 ppm. However, the known method of operation and the device for its implementation do not provide the established maximum permissible concentration of nitrogen oxides of 25 ppm.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является снижение выбросов NOx без увеличения выбросов CO.The objective of the present invention is to reduce NO x emissions without increasing CO emissions.
Решение указанной задачи достигается тем, что в камеру сгорания газотурбинного двигателя подают одновременно через огневой блок жидкое топливо и природный газ в соотношении
где Gг - расход газа;
Gж.т - расход жидкого топлива.The solution to this problem is achieved by the fact that liquid fuel and natural gas are supplied simultaneously to the combustion chamber of a gas turbine engine through a firing unit in the ratio
where G g - gas consumption;
G z.t - liquid fuel consumption.
Существенным отличием предлагаемого способа работы газотурбинного двигателя является то, что при указанном соотношении подачи через огневой блок в камеру сгорания и сжигании жидкого топлива и природного газа, выброс NOx является минимальным. При этом нет увеличения выброса CO.A significant difference of the proposed method of operation of a gas turbine engine is that with the specified ratio of the supply through the fire unit to the combustion chamber and the combustion of liquid fuel and natural gas, the emission of NO x is minimal. There is no increase in CO emissions.
Об этом свидетельствуют экспериментальные данные, приведенные на фиг. 1, где по оси абсцисс приведено соотношение расходов жидкого топлива и природного газа, а по оси ординат - уровни эмиссии NOx и CO. Эксперимент проводился при удовлетворении нормативному требованию 15%-го содержания кислорода в продуктах сгорания, при степени в компрессоре Пк = 10, температуре воздуха за компрессором 609 К. Полнота сгорания ηк = 0,999.This is evidenced by the experimental data shown in FIG. 1, where the abscissa shows the ratio of liquid fuel to natural gas consumption, and the ordinate shows the levels of NO x and CO emissions. The experiment was carried out while satisfying the regulatory requirement of a 15% oxygen content in the combustion products, with a degree in the compressor Pc = 10, air temperature behind the compressor 609 K. Completeness of combustion η к = 0.999.
Обработка экспериментальных данных позволяет представить зависимость уровня эмиссии NOx от соотношения расходов жидкого топлива и природного газа уравнением:
y = 96,45 - 268х + 225,53 x2.Processing of experimental data allows us to represent the dependence of the level of NO x emissions on the ratio of the consumption of liquid fuel and natural gas by the equation:
y = 96.45 - 268x + 225.53 x 2 .
Из графика видно, что наименьший (и менее 25 ppm) уровень выброса оксидов азота имеет место при Gг/(Gг + Gж.т) = 0,5...0,7. Выброс же окиси углерода не меняется.The graph shows that the lowest (and less than 25 ppm) level of nitrogen oxide emission occurs at G g / (G g + G z.t ) = 0.5 ... 0.7. The emission of carbon monoxide does not change.
В предлагаемом устройстве для реализации способа работы газотурбинного двигателя поставленная задача решается тем, что в огневом блоке, содержащем жидкостную центробежную форсунку, встроенную в газовый цилиндрический коллектор с отверстиями подачи газа, завихритель воздуха и вихревой смеситель, внутренняя поверхность вихревого смесителя, непосредственно за завихрителем воздуха, выполнена конфузорной, переходящей в цилиндрическую горловину, и оси отверстий подачи газа в газовом коллекторе ориентированы на образующую конфузора, а геометрическая характеристика жидкостной центробежной форсунки и ее расположение в огневом блоке рассчитаны таким образом, чтобы факел распыла топлива пересекался на начальном по потоку участке с цилиндрической горловиной вихревого смесителя. In the proposed device for implementing the method of operation of a gas turbine engine, the problem is solved in that in a firing unit containing a liquid centrifugal nozzle integrated in a gas cylindrical manifold with gas supply openings, an air swirl and a vortex mixer, the inner surface of the vortex mixer, directly behind the air swirl, made confuser, turning into a cylindrical neck, and the axis of the gas supply holes in the gas manifold are oriented to the confuser generatrix, and The geometric characteristics of the liquid centrifugal nozzle and its location in the firing unit are designed in such a way that the spray of fuel intersects in the upstream section with the cylindrical neck of the vortex mixer.
Пример реализации изобретения представлен на фиг. 2, где дан продольный разрез огневого блока для сжигания смеси топлив в качестве сгорания газотурбинного двигателя. An example implementation of the invention is presented in FIG. 2, where a longitudinal section is given of a firing unit for burning a mixture of fuels as a combustion of a gas turbine engine.
Огневой блок 1 смонтирован в корпусе камеры сгорания 2. The
Огневой блок 1 содержит жидкостную центробежную форсунку 3 подачи жидкого топлива, встроенную в газовый цилиндрический коллектор 4 с отверстием 5 подачи природного газа. The
Для образования смеси топлив и воздуха предусмотрен аэродинамический завихритель воздуха 6 и вихревой смеситель 7, размещенный на входе в жаровую трубу 8. Причем, внутренняя поверхность вихревого смесителя 7, непосредственно за завихрителем воздуха 6, выполнена конфузорной, переходящей в цилиндрическую горловину, и оси отверстий подачи газа 5 в газовом коллекторе 4 ориентированы на образующую конфузора вихревого смесителя 7. To form a mixture of fuels and air, an aerodynamic air swirl 6 and a
Через огневой блок 1 в камеру сгорания 2 подают одновременно природный газ и жидкое топливо в соотношении Gг/(Gг + Gж.т) = 0,5...0,7.Through the
Жидкое топливо подводят через жидкостную центробежную форсунку 3, а природный газ - через коллектор 4 и отверстия 5. Liquid fuel is fed through a liquid
Воздух, необходимый для сжигания смеси топлива, проходит через аэродинамический завихритель 6 и далее поступает в вихревой смеситель 7, размещенный на входе в жаровую трубу 8. The air required to burn the fuel mixture passes through the aerodynamic swirl 6 and then enters the
Для улучшения смесеобразования жидкое топливо под расчетным углом факела распыла подают на начальный по потоку участок цилиндрической горловины, а природный газ - на образующую конфузора вихревого смесителя. To improve mixture formation, liquid fuel at a calculated angle of the spray pattern is fed to the section of the cylindrical mouth that is initial in the flow, and natural gas is fed to the vortex mixer confuser generatrix.
Предлагаемый способ работы газотурбинного двигателя и огневой блок для сжигания смеси топлив обеспечивают низкий уровень выброса оксидов азота без увеличения эмиссии окиси углерода. The proposed method of operation of a gas turbine engine and a firing unit for burning a mixture of fuels provide a low level of emission of nitrogen oxides without increasing the emission of carbon monoxide.
Использование предлагаемого изобретения позволит существенно повысить экологическую чистоту выхлопных газов высокотемпературных газотурбинных двигателей. The use of the invention will significantly improve the environmental cleanliness of the exhaust gases of high temperature gas turbine engines.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98104201/06A RU2145669C1 (en) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | Method of operation of gas turbine engine and fire unit for combustion of fuel mixture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98104201/06A RU2145669C1 (en) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | Method of operation of gas turbine engine and fire unit for combustion of fuel mixture |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU98104201A RU98104201A (en) | 2000-01-10 |
RU2145669C1 true RU2145669C1 (en) | 2000-02-20 |
Family
ID=20203080
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98104201/06A RU2145669C1 (en) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | Method of operation of gas turbine engine and fire unit for combustion of fuel mixture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2145669C1 (en) |
-
1998
- 1998-03-05 RU RU98104201/06A patent/RU2145669C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5657631A (en) | Injector for turbine engines | |
US6968692B2 (en) | Fuel premixing module for gas turbine engine combustor | |
US5974780A (en) | Method for reducing the production of NOX in a gas turbine | |
US3890088A (en) | Apparatus for reducing formation of oxides of nitrogen in combustion processes | |
US7047748B2 (en) | Injection methods to reduce nitrogen oxides emission from gas turbines combustors | |
US4445339A (en) | Wingtip vortex flame stabilizer for gas turbine combustor flame holder | |
JPH06510361A (en) | Low harmful emissions combustion nozzle for gas turbine engines | |
NO790132L (en) | METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING NITROGEN ENGINE EMISSIONS FROM COMBUSTION CHAMBER | |
JPH06213450A (en) | Fuel injection nozzle | |
US5381659A (en) | Engine exhaust reburner system and method | |
US5309718A (en) | Liquid fuel turbocharged power plant and method | |
US5333458A (en) | Liquid fuel power plant | |
RU2145669C1 (en) | Method of operation of gas turbine engine and fire unit for combustion of fuel mixture | |
US5337567A (en) | Liquid fuel power plant and method | |
US5381660A (en) | Engine exhaust reburner system and method | |
GB2094464A (en) | Gas turbine combustor | |
US5305608A (en) | Liquid fuel power plant and method | |
EP0687350B1 (en) | Dual fuel injection nozzle with water injection | |
RU2386082C1 (en) | Device for preparing air-and-fuel mixture to be supplied to combustion chamber | |
Jones et al. | Design and evaluation of combustors for reducing aircraft engine pollution | |
RU2270402C1 (en) | Fuel burner | |
JP3921510B2 (en) | Burned gas exhaust self-circulation burner | |
US5381663A (en) | Liquid fuel power plant | |
Ohkubo et al. | Evaporation characteristics of fuel spray and low emissions in a lean premixed-prevaporization combustor for a 100 kW automotive ceramic gas turbine | |
SU1688044A2 (en) | Burner device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PD4A | Correction of name of patent owner |