RU2430308C2 - Burner for gas turbine, in which gas with low calorific value is used as fuel - Google Patents

Burner for gas turbine, in which gas with low calorific value is used as fuel Download PDF

Info

Publication number
RU2430308C2
RU2430308C2 RU2009129678/06A RU2009129678A RU2430308C2 RU 2430308 C2 RU2430308 C2 RU 2430308C2 RU 2009129678/06 A RU2009129678/06 A RU 2009129678/06A RU 2009129678 A RU2009129678 A RU 2009129678A RU 2430308 C2 RU2430308 C2 RU 2430308C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
channel
holes
burner
calorific value
Prior art date
Application number
RU2009129678/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009129678A (en
Inventor
Паоло ГОББО (IT)
Паоло ГОББО
Федерико БОНЦАНИ (IT)
Федерико БОНЦАНИ
ФИОРЕ Лорена ДЕЛЛА (IT)
ФИОРЕ Лорена ДЕЛЛА
Original Assignee
Ансальдо Энергия С.П.А.
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 Ансальдо Энергия С.П.А. filed Critical Ансальдо Энергия С.П.А.
Priority to RU2009129678/06A priority Critical patent/RU2430308C2/en
Publication of RU2009129678A publication Critical patent/RU2009129678A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2430308C2 publication Critical patent/RU2430308C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Gas Burners (AREA)

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: burner (4) for gas burner includes: swirler (21), plate (58), the first channel (18) via which fuel gas with low calorific value is supplied, and second channel (17) via which combustion air is supplied. The first and the second channels (17, 18) are located concentrically relative to longitudinal axis (2). Output of the first channel (18) is formed with convergent nozzle (50). Swirler (21) is installed at the outlet of the second channel (17). Plate (58) is tightly installed in the first channel (18) upstream nozzle (50) and has many holes (56) with calibrated section of the passage. Holes (56) are inclined in tangential direction relative to longitudinal axis (2) at the specified angle. For fuel gases having flame propagation speed of less than 300 mm/s, plate (58) has 36 to 38 holes (56) the diameter of which is 11.5 to 12.0 mm, and inclination angle of holes (56) is approximately 22°. For fuel gases having flame propagation speed of 300 mm/s to 400 mm/s, plate (58) has 80 holes (56) the diameter of which is 8.5 mm to 9.0 mm, and inclination angle of holes (56) is 17° to 22°. If calorific value of gas with low calorific value from the first channel (18) is less than 4.0 MJ/kg, then natural gas consumption is assumed from pilot line (46). Burner (5) is used only when gases with low calorific value are not available.
EFFECT: high burner flexibility; operation is possible at the gas used with low calorific value and of any type within the whole working range of gas turbine.
12 cl, 3 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к горелке для газовой турбины, в которой в качестве топлива используют газ с низкой теплотворной способностью, в частности отходящий газ, получаемый в металлургической промышленности.The present invention relates to a burner for a gas turbine, in which gas with a low calorific value is used as fuel, in particular off-gas produced in the metallurgical industry.

Уровень техникиState of the art

Использование отходящих газов, получаемых в металлургической промышленности, в горелках для газовой турбины составляет часть известного уровня техники. В частности, известные горелки предназначены для использования топливных газов с постоянным составом, получаемых в металлургической промышленности, в рабочем режиме или только газ доменных печей, или также газ доменных печей, газ коксовых печей и газ металлургических заводов (конверторов ЛД) с заданным и постоянным процентным содержанием. Эффективное использование в широком масштабе известных горелок ограничено, с одной стороны, тем, что теплотворная способность газа является очень низкой, а с другой стороны, тем, что состав газа меняется на различных сталеплавильных заводах. В действительности, часто газ, который может быть доступен для питания горелки, представляет собой смесь газа доменных печей, газа металлургических заводов и газа коксовых печей, процентное содержание которого колеблется в значительной степени в соответствии с процессами, типичными для каждого сталеплавильного завода.The use of exhaust gases from the metallurgical industry in gas turbine burners is part of the prior art. In particular, the well-known burners are intended for the use of fuel gases with a constant composition obtained in the metallurgical industry, in the operating mode, or only gas from blast furnaces, or also gas from blast furnaces, gas from coke ovens and gas from metallurgical plants (LD converters) with a given and constant percentage content. The effective use of known burners on a large scale is limited, on the one hand, by the fact that the calorific value of the gas is very low, and on the other hand, by the fact that the gas composition varies in various steel mills. In fact, often the gas that may be available to power the burner is a mixture of blast furnace gas, metallurgical gas and coke oven gas, the percentage of which varies substantially in accordance with the processes typical of each steel plant.

Другими словами, известные горелки далеки от обеспечения удовлетворительных результатов, поскольку установлено, что в них сложно сжигать газы, обладающие теплотворной способностью, меньшей 4,0 МДж/кг. Второй причиной является то, что горелки содержат много элементов, которые должны быть спроектированы специальным образом, как это требуется в каждом конкретном случае в соответствии с составом и, следовательно, в соответствии с теплотворной способностью газа, доступного на конкретном сталеплавильном заводе.In other words, the known burners are far from providing satisfactory results, since it has been found that it is difficult to burn gases having a calorific value of less than 4.0 MJ / kg. The second reason is that burners contain many elements that must be designed in a special way, as required in each case, in accordance with the composition and, therefore, in accordance with the calorific value of the gas available at a particular steel plant.

Поэтому существует необходимость в увеличении гибкости действия известных горелок, в частности, для использования смесей газов, получаемых в металлургической промышленности, теплотворная способность которых является очень низкой, например, составляющей от 3,0 МДж/кг до 4,0 МДж/кг, при этом должна быть гарантирована стабильность горения.Therefore, there is a need to increase the flexibility of the known burners, in particular for the use of gas mixtures obtained in the metallurgical industry, the calorific value of which is very low, for example, from 3.0 MJ / kg to 4.0 MJ / kg, while combustion stability must be guaranteed.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Целью настоящего изобретения является создание горелки для газовой турбины, в которой можно использовать в качестве топлива газ с низкой теплотворной способностью и которая отвечала бы представленным выше требованиям, достигаемым простым и недорогим способом.The aim of the present invention is to provide a burner for a gas turbine in which gas with a low calorific value can be used as fuel and which would meet the above requirements, achieved by a simple and inexpensive method.

Согласно настоящему изобретению предложена горелка газовой турбины, содержащая:According to the present invention, there is provided a gas turbine burner comprising:

первый канал, по которому при использовании подается топливный газ с низкой теплотворной способностью, и второй канал, по которому при использовании подается воздух для горения, при этом первый и второй каналы расположены концентрично относительно продольной оси, причем выход первого канала образован сужающимся соплом;a first channel through which fuel gas with low calorific value is supplied during use, and a second channel through which combustion air is supplied during use, wherein the first and second channels are concentric with respect to the longitudinal axis, the exit of the first channel being formed by a tapering nozzle;

завихритель, установленный у выхода второго канала;swirl mounted at the exit of the second channel;

пластину, герметично установленную в первом канале выше по потоку сопла и имеющую множество отверстий с калиброванным сечением прохода, при этом отверстия наклонены в тангенциальном направлении относительно продольной оси под заданным углом;a plate sealed in the first channel upstream of the nozzle and having many holes with a calibrated passage section, the holes being inclined in a tangential direction relative to the longitudinal axis at a given angle;

причем для топливных газов, обладающих скоростью распространения пламени, меньшей 300 мм/с, пластина имеет от 36 до 38 отверстий, диаметр которых составляет от 11,5 мм до 12,0 мм, а угол наклона отверстий равен приблизительно 22°; иmoreover, for fuel gases having a flame propagation velocity of less than 300 mm / s, the plate has from 36 to 38 holes, the diameter of which is from 11.5 mm to 12.0 mm, and the angle of inclination of the holes is approximately 22 °; and

для топливных газов, обладающих скоростью распространения пламени от 300 мм/с до 400 мм/с, пластина имеет 80 отверстий, диаметр которых составляет от 8,5 мм до 9,0 мм, а угол наклона отверстий - от 17° до 22°.for fuel gases with a flame propagation rate of 300 mm / s to 400 mm / s, the plate has 80 holes, the diameter of which is from 8.5 mm to 9.0 mm, and the angle of inclination of the holes is from 17 ° to 22 °.

Горелка также предпочтительно содержит средство соединения, выполненное с возможностью отсоединения, для соединения пластины в фиксированном положении и обеспечения замены пластины.The burner also preferably comprises detachable connection means for connecting the plate in a fixed position and allowing the plate to be replaced.

В предложенной горелке предпочтительно сопло ограничено в радиальном направлении стенкой, прикрепленной к пластине и несущей средство соединения, выполненное с возможностью отсоединения.In the proposed burner, the nozzle is preferably radially bounded by a wall attached to the plate and carrying detachable connection means.

В предложенной горелке предпочтительно средство соединения, выполненное с возможностью отсоединения, содержит резьбовое соединение.In the burner of the invention, preferably the disconnecting means of the connection comprises a threaded connection.

В предложенной горелке предпочтительно отверстия расположены на одинаковом угловом расстоянии друг от друга вокруг продольной оси.In the proposed burner, preferably the holes are located at the same angular distance from each other around the longitudinal axis.

В предложенной горелке предпочтительно отверстия выполнены в пластине вдоль двух концентричных окружностей.In the proposed burner, preferably the holes are made in the plate along two concentric circles.

Горелка также предпочтительно содержит пилотную линию, по которой при использовании подается природный газ.The burner also preferably comprises a pilot line through which natural gas is supplied during use.

Горелка также предпочтительно содержит третий канал, по которому при использовании подается природный газ, при этом первый, второй и третий каналы расположены концентрично друг относительно друга.The burner also preferably comprises a third channel, through which natural gas is supplied during use, the first, second and third channels being concentrically relative to each other.

В предложенной горелке предпочтительно второй канал расположен в радиальном направлении между первым каналом и третьим каналом.In the proposed burner, preferably the second channel is located in the radial direction between the first channel and the third channel.

Согласно настоящему изобретению предложен также узел горелки газовой турбины, содержащий горелку, выполненную вышеуказанным образом, в комбинации с соосной горелкой для предварительного смешивания, питаемой при использовании природным газом.The present invention also provides a gas turbine burner assembly comprising a burner made in the above manner in combination with a coaxial pre-mix burner fed using natural gas.

Согласно настоящему изобретению предложен также способ подачи топливного газа в горелку, при котором устанавливают расход природного газа из пилотной линии, если теплотворная способность газа с низкой теплотворной способностью из первого канала составляет менее 4,0 МДж/кг.The present invention also provides a method of supplying fuel gas to a burner, in which the flow rate of natural gas from the pilot line is established if the calorific value of gas with a low calorific value from the first channel is less than 4.0 MJ / kg.

В предложенном способе предпочтительно расход природного газа из пилотной линии (46) изменяют непрерывно как функцию теплотворной способности и/или состава газа с низкой теплотворной способностью.In the proposed method, it is preferable that the flow of natural gas from the pilot line (46) is continuously changed as a function of the calorific value and / or the composition of the gas with a low calorific value.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Далее изобретение будет описано со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых проиллюстрирован пример варианта его осуществления, не ограничивающий объем изобретения, и на которых:The invention will now be described with reference to the accompanying drawings, which illustrate an example of a variant of its implementation, not limiting the scope of the invention, and in which:

Фиг.1 представляет собой поперченное сечение горелки газовой турбины согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения с некоторыми, не показанными для ясности, элементами;Figure 1 is a cross-sectional view of a burner of a gas turbine according to a preferred embodiment of the present invention with some elements not shown for clarity;

Фиг.2 представляет собой поперченное сечение элемента горелки, показанной на фиг.1, в увеличенном масштабе; иFIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the burner element shown in FIG. 1; and

Фиг.3 представляет собой разрез по линии III-III на фиг.2.Figure 3 is a section along the line III-III in figure 2.

Предпочтительный вариант осуществления изобретенияPreferred Embodiment

На фиг.1 показан узел горелки, обозначенный позицией 1, составляющий часть газовой турбины (не показана), с помощью которой при использовании приводят во вращение вал электрической машины (не показана) для выработки электрической энергии.Figure 1 shows the burner assembly, indicated by 1, which is part of a gas turbine (not shown), with which, when used, the shaft of an electric machine (not shown) is rotated to generate electrical energy.

Узел 1 проходит вдоль продольной оси 2 и при использовании в камере 3 (показана частично) обеспечивает горение, и содержит центральную горелку 4 и периферийную горелку 5 типа горелки «предварительного смешивания», соосную с горелкой 4 и установленную вокруг нее.The assembly 1 extends along the longitudinal axis 2 and, when used in the chamber 3 (partially shown), provides combustion and comprises a central burner 4 and a peripheral burner 5 of the “pre-mix” burner type, coaxial with the burner 4 and installed around it.

Горелка 5 содержит устройство 6 с лопатками для создания вихрей, или турбулентности, обычно называемое «завихрителем», которые (вихри) передаются в камеру 3 так называемым «диагональным» потоком воздуха для горения, поступающим из канала 9.The burner 5 contains a device 6 with blades for creating vortices, or turbulence, usually called a "swirl", which (vortices) are transmitted to the chamber 3 by the so-called "diagonal" combustion air flow coming from channel 9.

Горелка 5 содержит также линию 13 для подачи топливного газа, т.е. природного газа. По линии 13 подают топливный газ в отсеки между лопатками завихрителя 6 для получения смеси газа и воздуха, при этом количество воздуха больше теоретического стехиометрического отношения для обеспечения горения предварительно приготовленной смеси.Burner 5 also includes a line 13 for supplying fuel gas, i.e. natural gas. Line 13 supplies fuel gas to the compartments between the blades of the swirler 6 to obtain a mixture of gas and air, while the amount of air is greater than the theoretical stoichiometric ratio to ensure combustion of the pre-cooked mixture.

Горелка 4 (см. фиг.1) содержит канал 17 для подачи воздуха для горения и канал 18 для подачи топливного газа, т.е. газа с низкой теплотворной способностью, в частности газа, получаемого в металлургической промышленности. Каналы 17, 18 являются кольцевыми, расположены концентрично относительно оси 2 и отделены один от другого трубчатым корпусом 20, осью которого также является ось 2.Burner 4 (see FIG. 1) comprises a channel 17 for supplying combustion air and a channel 18 for supplying fuel gas, i.e. gas with low calorific value, in particular gas obtained in the metallurgical industry. The channels 17, 18 are circular, arranged concentrically with respect to axis 2 and are separated from each other by a tubular body 20, the axis of which is also axis 2.

В частности, выход канала 17 образован устройством 21 с лопатками («завихритель»), с помощью которых создают вихри, или турбулентность, в потоке воздуха для горения. В канале 17 расположен воспламеняющий электрод 24 и линия электрического питания известного типа для генерирования искры зажигания в отсеках между лопатками завихрителя 21.In particular, the outlet of the channel 17 is formed by a device 21 with blades (“swirl”), with the help of which create vortices, or turbulence, in the flow of combustion air. In the channel 17 there is a ignition electrode 24 and an electric power line of a known type for generating an ignition spark in the compartments between the blades of the swirler 21.

Канал 18 ограничен снаружи в радиальном направлении трубчатым корпусом 32, а канал 17 ограничен изнутри в радиальном направлении трубчатым корпусом 33, который оканчивается конической частью 34.Channel 18 is radially bounded externally by the tubular body 32, and channel 17 is radially bounded internally by the tubular body 33, which terminates in a conical portion 34.

Корпус 33 проходит вдоль оси 2 и установлен вокруг газонефтяного, или топливного, сопла 35, которое выступает в осевом направлении от центра завихрителя 21 к камере 3.The housing 33 extends along axis 2 and is mounted around a gas-oil, or fuel, nozzle 35, which protrudes axially from the center of swirl 21 to chamber 3.

Корпус 33 и сопло 35 образуют в радиальном направлении относительно друг друга кольцевой канал 36, по которому подают поток топливного газа, т.е. природного газа, который выходит в отсеки между лопатками завихрителя 21 через выходные отверстия (не показаны), выполненные в части 34, для сжигания его с воздухом для горения, поступающим из канала 17, и для получения диффузионного пламени.The housing 33 and the nozzle 35 form in the radial direction relative to each other an annular channel 36, through which the flow of fuel gas, i.e. natural gas that enters the compartments between the blades of the swirl 21 through the outlet openings (not shown) made in part 34, for burning it with combustion air coming from the channel 17, and to obtain a diffusion flame.

В канале 36 расположено множество трубок 46, параллельных оси 2, изолированных от газа, проходящего по каналу 36, которыми образована так называемая «пилотная линия» и которые имеют соответствующие концы, пересекающие часть 34, для подачи дополнительного потока топливного газа, т.е. природного газа, при особых рабочих условиях газовой турбины. В частности, газ из пилотной линии 46 подают для смешивания с воздухом для горения, поступающим из канала 17, и он сгорает вместе с газом, поступающим из канала 18 («совместное горение»), и образуется пилотное пламя, которым стабилизируют диффузионное пламя, создаваемое газом, поступающим из канала 18.In the channel 36, there are many tubes 46 parallel to the axis 2, isolated from the gas passing through the channel 36, which form the so-called “pilot line” and which have corresponding ends crossing part 34 for supplying an additional fuel gas stream, i.e. natural gas, under special operating conditions of a gas turbine. In particular, the gas from the pilot line 46 is supplied for mixing with the combustion air coming from the channel 17, and it burns together with the gas coming from the channel 18 (“co-combustion”), and a pilot flame is formed, which stabilizes the diffusion flame generated gas coming from channel 18.

Выход канала 18 представляет собой кольцевое отверстие, образованное соплом 50 сужающегося типа, т.е. имеющим сечение прохода, которое сужается для ускорения потока газа с низкой теплотворной способностью.The outlet of the channel 18 is an annular hole formed by a tapering nozzle 50, i.e. having a cross section of the passage, which narrows to accelerate the flow of gas with low calorific value.

Сопло 50 ограничено изнутри в радиальном направлении цилиндрическим осевым концом корпуса 20 и наружной кольцевой стенкой 51 завихрителя 21, а снаружи - стенкой 52.The nozzle 50 is bounded from the inside in the radial direction by the cylindrical axial end of the housing 20 and the outer annular wall 51 of the swirl 21, and from the outside by the wall 52.

Стенка 52 содержит коническую переднюю часть 53 и цилиндрическую заднюю часть 54, которая прикреплена с возможностью отсоединения к осевому концу корпуса 32, в частности, посредством резьбового соединения 55.The wall 52 comprises a conical front part 53 and a cylindrical rear part 54, which is removably attached to the axial end of the housing 32, in particular by means of a threaded connection 55.

Канал 18 (см. фиг.2 и 3) связан с множеством отверстий 56, выполненных в кольцевой пластине 58 и имеющих калиброванные сечения прохода для точного определения расхода топливного газа, проходящего затем через сопло 50.Channel 18 (see FIGS. 2 and 3) is connected to a plurality of holes 56 made in the annular plate 58 and having calibrated passage sections for accurately determining the flow rate of fuel gas, which then passes through the nozzle 50.

Пластина 58 расположена перпендикулярно оси 2, прикреплена к заднему концу части 54, в частности, посредством точечной сварки и расположена герметично в канале 18. В частности, герметичность гарантирована, с одной стороны, посредством использования резьбового соединения 55, а с другой стороны, посредством сопряжения внутренней цилиндрической поверхности 59 пластины 58 с корпусом 20.The plate 58 is located perpendicular to the axis 2, is attached to the rear end of the part 54, in particular by spot welding and is sealed in the channel 18. In particular, the tightness is guaranteed, on the one hand, by using a threaded connection 55, and on the other hand, by mating the inner cylindrical surface 59 of the plate 58 with the housing 20.

Количество отверстий 56 и их сечение прохода определяют таким образом, чтобы отношение между потерей напора на пластине 58 и давлением в камере 3 было больше 5% в условиях минимальной нагрузки, предусмотренной рабочим режимом, при использовании газа, поступающего из канала 18 (чем больше потеря напора, тем меньше восприимчивость к такому возможному явлению, как колебание давления в камере 3).The number of holes 56 and their passage section is determined so that the ratio between the pressure loss on the plate 58 and the pressure in the chamber 3 is more than 5% under the minimum load provided by the operating mode, when using gas coming from the channel 18 (the greater the pressure loss , the lower the susceptibility to such a possible phenomenon as pressure fluctuation in the chamber 3).

В частности, отверстия 56 представлены двумя кольцами 56a, 56b отверстий, выполненных вдоль соответствующих концентричных окружностей. В каждом кольце 56a, 56b отверстия расположены на одинаковом угловом расстоянии друг от друга вокруг оси 2. Оси отверстий 56 являются прямолинейными и наклоненными в тангенциальном направлении относительно оси 2 под заданным углом. Упомянутым углом наклона сообщают потоку газа турбулентное движение вихря, подобного тому, который создается посредством лопаток в сопле 50. Направление, в котором отверстия наклонены относительно оси 2, является одинаковым в двух кольцах 56a и 56b.In particular, holes 56 are represented by two hole rings 56a, 56b formed along respective concentric circles. In each ring 56a, 56b, the holes are located at the same angular distance from each other around axis 2. The axis of the holes 56 are straight and inclined in a tangential direction relative to axis 2 at a given angle. Said angle of inclination tells the gas stream the turbulent motion of the vortex, similar to that created by the blades in the nozzle 50. The direction in which the holes are inclined relative to axis 2 is the same in the two rings 56a and 56b.

В частности, в случае, когда газ, подаваемый по каналу 18, содержит относительно большое количество газа доменной печи, необходимо достижение относительно высокой турбулентности для обеспечения более высокой степени смешивания с воздухом.In particular, in the case where the gas supplied through the channel 18 contains a relatively large amount of gas from the blast furnace, it is necessary to achieve relatively high turbulence to provide a higher degree of mixing with air.

Расход топливного газа с низкой теплотворной способностью, поступающего в сопло 50, соответствующим образом регулируют и предварительно устанавливают, путем определения, в начале срока службы горелки, количества и сечения прохода отверстий 56, в соответствии с теплотворной способностью и/или с составом доступного топливного газа с низкой теплотворной способностью.The flow rate of fuel gas with a low calorific value entering the nozzle 50 is adjusted and pre-set accordingly by determining, at the beginning of the burner life, the number and cross section of the aperture 56 of the holes, in accordance with the calorific value and / or the composition of the available fuel gas with low calorific value.

В качестве примера описано два различных типа конфигураций, которые могут быть установлены как альтернативные друг другу:As an example, two different types of configurations are described that can be set as alternatives to each other:

- для топливного газа, обладающего скоростью распространения пламени, меньшей 300 мм/с, соответствующего по существу исходным условиям, при которых топливный газ обладает процентным содержанием газа доменной печи, который сообщает тепловую энергию, составляющую не менее 70% общей тепловой энергии (или эффективной тепловой мощности), и процентным содержанием газа коксовой печи и газа металлургических заводов (конверторов ЛД), составляющим не более чем остальные 30%, количество отверстий 56 составляет от 36 до 38, отверстия имеют диаметр от 11,5 мм до 12,0 мм, и их располагают под углом наклона, составляющим приблизительно 22°; - for fuel gas having a flame propagation velocity of less than 300 mm / s, corresponding essentially to the initial conditions under which the fuel gas has a percentage of gas from the blast furnace, which provides thermal energy of at least 70% of the total thermal energy (or effective thermal power), and the percentage of coke oven gas and gas from metallurgical plants (LD converters), which is no more than the remaining 30%, the number of holes 56 is 36 to 38, the holes have a diameter of 11.5 mm d about 12.0 mm, and they are positioned at an angle of inclination of approximately 22 °;

- для топливного газа, обладающего скоростью распространения пламени в диапазоне от 300 мм/с до 400 мм/с, соответствующего по существу исходным условиям, при которых топливный газ обладает процентным содержанием газа доменной печи, который сообщает тепловую энергию, составляющую менее 70% общей тепловой энергии (или эффективной тепловой мощности), и процентным содержанием газа коксовой печи и газа металлургических заводов (конверторов ЛД), составляющим более остальных 30%, количество отверстий 56 составляет 80, отверстия имеют диаметр от 8,5 мм до 9,0 мм, и их располагают под углом наклона, составляющим от 17° до 22°.- for fuel gas having a flame propagation rate in the range from 300 mm / s to 400 mm / s, corresponding essentially to the initial conditions under which the fuel gas has a percentage of blast furnace gas, which reports thermal energy of less than 70% of the total heat energy (or effective thermal power), and the percentage of coke oven gas and gas from metallurgical plants (LD converters), which is more than the remaining 30%, the number of holes 56 is 80, the holes have a diameter from 8.5 mm to 9.0 mm, and they are positioned at an angle of inclination of 17 ° to 22 °.

Далее описана работа узла 1.The following describes the operation of node 1.

Зажигание узла 1 производят посредством подачи природного газа по питающей линии, образованной каналом 36. Увеличение скорости газовой турбины производят снова посредством подачи природного газа по линии 36 до тех пор, пока ни будет достигнута нагрузка, составляющая 50% максимальной нагрузки.Ignition of unit 1 is carried out by supplying natural gas through a feed line formed by channel 36. An increase in the speed of a gas turbine is performed again by supplying natural gas via line 36 until a load of 50% of the maximum load is reached.

Далее, имеет место переход от действия, заключающегося в диффузии природного газа, к действию с использованием газа с низкой теплотворной способностью (получаемого в металлургической промышленности) посредством подачи упомянутого газа по каналу 18.Further, there is a transition from an action consisting in the diffusion of natural gas to an action using gas with a low calorific value (obtained in the metallurgical industry) by supplying said gas through channel 18.

Подачу газа осуществляют следующим образом:The gas supply is as follows:

- если теплотворная способность газа, выходящего из канала 18, больше 4,0 МДж/кг, то расход природного газа, подаваемого по пилотной линии, образованной из трубок 46, равен 0;- if the calorific value of the gas leaving channel 18 is greater than 4.0 MJ / kg, then the flow rate of natural gas supplied through a pilot line formed from tubes 46 is 0;

- если теплотворная способность газа, выходящего из канала 18, составляет от 3,0 МДж/кг до 4,0 МДж/кг, то природный газ, подаваемый по пилотной линии 46, расходуют для стабилизации достигнутого горения: расход способствует общей эффективной тепловой мощности в объеме, не превышающем 10%, в условиях максимальной нагрузки (например, расход составляет максимум до 1 кг/с).- if the calorific value of the gas leaving the channel 18 is from 3.0 MJ / kg to 4.0 MJ / kg, then the natural gas supplied through the pilot line 46 is used to stabilize the achieved combustion: the flow rate contributes to the total effective thermal power in volume not exceeding 10%, under conditions of maximum load (for example, the flow rate is up to a maximum of 1 kg / s).

В частности, подачу потока природного газа по пилотной линии 46 регулируют и изменяют непрерывно как функцию состава и/или теплотворной способности газа с низкой теплотворной способностью, подаваемого по каналу 18.In particular, the flow of natural gas through the pilot line 46 is continuously controlled and changed as a function of the composition and / or calorific value of the low calorific value gas supplied through channel 18.

Состав и/или теплотворную способность определяют с помощью датчиков известного типа (калориметра, газовых хроматографов и т.д.).The composition and / or calorific value is determined using sensors of a known type (calorimeter, gas chromatographs, etc.).

В случае, когда необходим перерыв в нагрузке, расход газа с низкой теплотворной способностью, подаваемого по каналу 18, снижают до заданного минимума и одновременно расход природного газа, подаваемого по пилотной линии 46, увеличивают до заданного максимума, который достаточен для работы газовой турбины в условиях без нагрузки. Последующее повышение нагрузки, начинаемое в этих условиях, производят путем подачи газа с низкой теплотворной способностью по каналу 18 без использования природного газа, подаваемого по линии 36.In the case where a break in the load is required, the flow rate of gas with low calorific value supplied through channel 18 is reduced to a predetermined minimum and, at the same time, the flow rate of natural gas supplied through pilot line 46 is increased to a predetermined maximum that is sufficient for a gas turbine to operate under without load. A subsequent increase in load, starting under these conditions, is produced by supplying gas with a low calorific value through channel 18 without using natural gas supplied through line 36.

Горелку 5 для предварительного смешивания используют для сжигания природного газа в случае недоступности газа с низкой теплотворной способностью. При этом исключают использование пара и/или инертных газов (например, азота), которые были бы необходимы для ограничения выбросов оксидов азота, присутствующих в отработанных газах, если, например, использовали линию 36.The pre-mix burner 5 is used to burn natural gas in case of inaccessibility of gas with low calorific value. This eliminates the use of steam and / or inert gases (e.g. nitrogen), which would be necessary to limit the emissions of nitrogen oxides present in the exhaust gases if, for example, line 36 was used.

Из сказанного выше очевидно, что с помощью горелки 4 можно сжигать также газ с низкой теплотворной способностью посредством соответствующего выбора формы пластины 58 и сопла 50.From the foregoing, it is obvious that with the burner 4 it is also possible to burn gas with a low calorific value by appropriate selection of the shape of the plate 58 and the nozzle 50.

В частности, с помощью соединительного устройства, выполненного с возможностью отсоединения, например, резьбового соединения 55, можно придать большую гибкость конструкции горелки 4 таким образом, чтобы было необходимо в основном проектировать и изготавливать специальным образом только отверстия в пластине 58 и стенку 52 соответствующей формы, принимая за основу тип доступного топливного газа с низкой теплотворной способностью.In particular, by means of a connecting device configured to detach, for example, a threaded connection 55, it is possible to give greater flexibility to the design of the burner 4 so that it is only necessary to design and produce in a special way only the holes in the plate 58 and the wall 52 of the corresponding shape, based on the type of available fuel gas with low calorific value.

Затем можно легко модифицировать уже предусмотренную конфигурацию путем замены именно элемента, представленного пластиной 58 и стенкой 52, в случае, когда должен быть изменен состав газа с низкой теплотворной способностью.Then, it is possible to easily modify the already provided configuration by replacing the element represented by the plate 58 and the wall 52, in the case when the composition of the gas with low calorific value should be changed.

Кроме того, элемент, представленный пластиной 58 и стенкой 52, можно использовать для модернизации стандартной в настоящее время горелки для ее использования с применением газа с низкой теплотворной способностью.In addition, the element represented by the plate 58 and the wall 52 can be used to upgrade the current standard burner for its use using gas with low calorific value.

Путем калибрования сечения прохода в пластине 58 для пропускания топливного газа с низкой теплотворной способностью и, если это необходимо, путем использования пилотной линии 46 для добавления природного газа в камеру 3, можно поддерживать стабильное горение также при применении газов, обладающих теплотворной способностью, составляющей от 3,0 МДж/кг до 4,0 МДж/кг.By calibrating the cross section of the passage in the plate 58 for passing fuel gas with a low calorific value and, if necessary, by using the pilot line 46 to add natural gas to the chamber 3, it is possible to maintain stable combustion even when using gases having a calorific value of 3 , 0 MJ / kg to 4.0 MJ / kg.

Другими словами, гибкость горелки 4 столь высока, что благодаря стабилизации горения, достигаемой с помощью пилотной линии 46, можно сжигать газ с низкой теплотворной способностью любого типа. В частности, можно также регулировать подачу природного газа, подаваемого по пилотной линии 46 непрерывно путем изменения количества природного газа, подаваемого в соответствии с составом газа с низкой теплотворной способностью, подаваемого по каналу 18.In other words, the flexibility of burner 4 is so high that, thanks to the stabilization of combustion achieved with pilot line 46, gas of any calorific value can be burned. In particular, it is also possible to control the supply of natural gas supplied through the pilot line 46 continuously by changing the amount of natural gas supplied in accordance with the composition of the low calorific value gas supplied through the channel 18.

Работа возможна при использовании газа с низкой теплотворной способностью во всем рабочем диапазоне газовой турбины. Горелку 5 используют только в случае, когда недоступны газы с низкой теплотворной способностью.Operation is possible when using gas with low calorific value in the entire operating range of a gas turbine. Burner 5 is used only when gases with low calorific value are not available.

Из вышеприведенного следует, что в конструкцию горелки 4 и узла 1, описанных здесь со ссылкой на прилагаемые чертежи, могут быть внесены изменения и дополнения, не выходящие за рамки объема защиты настоящего изобретения.From the above it follows that in the design of the burner 4 and the node 1 described here with reference to the accompanying drawings, changes and additions can be made, not beyond the scope of protection of the present invention.

В частности, распределение отверстий 56 может быть другим, например отверстия 56 могут быть расположены в одном кольце.In particular, the distribution of the holes 56 may be different, for example, the holes 56 may be located in one ring.

Claims (12)

1. Горелка (4) газовой турбины, содержащая:
первый канал (18), по которому при использовании подается топливный газ с низкой теплотворной способностью, и второй канал (17), по которому при использовании подается воздух для горения, при этом первый и второй каналы (17, 18) расположены концентрично относительно продольной оси (2), причем выход первого канала (18) образован сужающимся соплом (50);
завихритель (21), установленный у выхода второго канала (17); пластину (58), герметично установленную в первом канале (18) выше по потоку сопла (50) и имеющую множество отверстий (56) с калиброванным сечением прохода, при этом отверстия (56) наклонены в тангенциальном направлении относительно продольной оси (2) под заданным углом (А); причем для топливных газов, обладающих скоростью распространения пламени, меньшей 300 мм/с, пластина (58) имеет от 36 до 38 отверстий (56), диаметр которых составляет от 11,5 мм до 12,0 мм, а угол наклона (А) отверстий (56) равен приблизительно 22°; и
для топливных газов, обладающих скоростью распространения пламени от 300 мм/с до 400 мм/с, пластина (58) имеет 80 отверстий (56), диаметр которых составляет от 8,5 мм до 9,0 мм, а угол наклона (А) отверстий (56)-от 17° до 22°.
1. A burner (4) of a gas turbine, comprising:
the first channel (18), through which fuel gas with low calorific value is supplied during use, and the second channel (17), through which combustion air is supplied during use, while the first and second channels (17, 18) are concentric with respect to the longitudinal axis (2), wherein the output of the first channel (18) is formed by a tapering nozzle (50);
a swirler (21) installed at the outlet of the second channel (17); a plate (58) hermetically mounted in the first channel (18) upstream of the nozzle (50) and having many holes (56) with a calibrated passage section, while the holes (56) are inclined in a tangential direction relative to the longitudinal axis (2) under a predetermined angle (A); moreover, for fuel gases with a flame propagation velocity of less than 300 mm / s, the plate (58) has from 36 to 38 holes (56), the diameter of which is from 11.5 mm to 12.0 mm, and the angle of inclination (A) holes (56) is approximately 22 °; and
for fuel gases with a flame propagation rate of 300 mm / s to 400 mm / s, the plate (58) has 80 holes (56), the diameter of which is from 8.5 mm to 9.0 mm, and the angle of inclination (A) holes (56) -from 17 ° to 22 °.
2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит средство (55) соединения, выполненное с возможностью отсоединения, для соединения пластины (58) в фиксированном положении и обеспечения замены пластины (58).2. A burner according to claim 1, characterized in that it comprises a disconnecting means (55) for releasing the plate (58) in a fixed position and for replacing the plate (58). 3. Горелка по п.2, отличающаяся тем, что сопло (50) ограничено в радиальном направлении стенкой (52), прикрепленной к пластине (58) и несущей средство (55) соединения, выполненное с возможностью отсоединения.3. A burner according to claim 2, characterized in that the nozzle (50) is radially bounded by a wall (52) attached to the plate (58) and carrying disconnecting means (55). 4. Горелка по п.3, отличающаяся тем, что средство (55) соединения, выполненное с возможностью отсоединения, содержит резьбовое соединение.4. The burner according to claim 3, characterized in that the means (55) of the connection, made with the possibility of disconnection, contains a threaded connection. 5. Горелка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что отверстия (56) расположены на одинаковом угловом расстоянии друг от друга вокруг продольной оси (2).5. Burner according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the holes (56) are located at the same angular distance from each other around the longitudinal axis (2). 6. Горелка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что отверстия (56) выполнены в пластине (58) вдоль двух концентричных окружностей.6. Burner according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the holes (56) are made in the plate (58) along two concentric circles. 7. Горелка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что она содержит пилотную линию, по которой при использовании подается природный газ.7. A burner according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises a pilot line, through which natural gas is supplied during use. 8. Горелка по п.7, отличающаяся тем, что она содержит третий канал (36), по которому при использовании подается природный газ, при этом первый, второй и третий каналы (17, 18, 36) расположены концентрично относительно друг друга.8. The burner according to claim 7, characterized in that it contains a third channel (36), through which natural gas is supplied during use, while the first, second and third channels (17, 18, 36) are concentrically relative to each other. 9. Горелка по п.8, отличающаяся тем, что второй канал (17) расположен в радиальном направлении между первым каналом (18) и третьим каналом (36).9. Burner according to claim 8, characterized in that the second channel (17) is located in the radial direction between the first channel (18) and the third channel (36). 10. Узел горелки газовой турбины, содержащий горелку, выполненную по любому из пп.1-9, в комбинации с соосной горелкой для предварительного смешивания, питаемой при использовании природным газом.10. A gas turbine burner assembly comprising a burner made according to any one of claims 1 to 9, in combination with a coaxial pre-mix burner fed using natural gas. 11. Способ подачи топливного газа в горелку по п.7, отличающийся тем, что устанавливают расход природного газа из пилотной линии (46), если теплотворная способность газа с низкой теплотворной способностью из первого канала (18) составляет менее 4,0 МДж/кг.11. The method of supplying fuel gas to the burner according to claim 7, characterized in that the flow rate of natural gas from the pilot line (46) is set if the calorific value of gas with low calorific value from the first channel (18) is less than 4.0 MJ / kg . 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что расход природного газа из пилотной линии (46) изменяют непрерывно как функцию теплотворной способности и/или состава газа с низкой теплотворной способностью. 12. The method according to claim 11, characterized in that the flow rate of natural gas from the pilot line (46) is continuously changed as a function of calorific value and / or composition of gas with low calorific value.
RU2009129678/06A 2007-01-04 2007-01-04 Burner for gas turbine, in which gas with low calorific value is used as fuel RU2430308C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009129678/06A RU2430308C2 (en) 2007-01-04 2007-01-04 Burner for gas turbine, in which gas with low calorific value is used as fuel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009129678/06A RU2430308C2 (en) 2007-01-04 2007-01-04 Burner for gas turbine, in which gas with low calorific value is used as fuel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009129678A RU2009129678A (en) 2011-02-10
RU2430308C2 true RU2430308C2 (en) 2011-09-27

Family

ID=44804297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009129678/06A RU2430308C2 (en) 2007-01-04 2007-01-04 Burner for gas turbine, in which gas with low calorific value is used as fuel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2430308C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2493489C2 (en) * 2011-07-28 2013-09-20 Общество с ограниченной ответственностью "Энерго Эстейт" Method of safe burner operation in wide range of loads

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009129678A (en) 2011-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8057224B2 (en) Premix burner with mixing section
KR101702854B1 (en) Can combustor for a can-annular combustor arrangement in a gas turbine
RU2534189C2 (en) Gas turbine combustion chamber (versions) and method of its operation
US10054311B2 (en) Burner for burning a pulverulent fuel for a boiler having a plasma ignition torch
JP2009192214A (en) Fuel nozzle for gas turbine engine and method for fabricating the same
JP2012037234A (en) Method for operating burner device
US20120227407A1 (en) Burner for a turbine
RU2300054C2 (en) Combustion chamber with premix chamber for gas turbine engines
RU2002134603A (en) THE IMPROVED COMBINATION OF THE PRELIMINARY MIXING CHAMBER AND THE COMBUSTION CHAMBER WITH A SMALL EMISSION OF EMISSIONS FOR GAS TURBINES OPERATING LIQUID AND LIQUID-LIQUID
JP4347643B2 (en) Premixed burner and gas turbine and method of burning fuel
US8596074B2 (en) Gas turbine combustor
JP2006029763A (en) Multi-fuel burner
KR20140127873A (en) Burner
US20110265485A1 (en) Fluid cooled injection nozzle assembly for a gas turbomachine
RU2430308C2 (en) Burner for gas turbine, in which gas with low calorific value is used as fuel
RU2669439C1 (en) Burner system
JP2005188776A (en) Hot air generating device and control method
EP2104803B1 (en) Gas-turbine burner that uses, as fuel, gas with low calorific value
RU2426029C1 (en) Vortex pulverised coal burner
CZ307221B6 (en) A burner head for low calorific value fuels
US11421872B2 (en) Premixing method, combustion principle using said method and premixing device and burner provided therewith
RU2230257C2 (en) Device for burning gaseous fuel
EP4286746A1 (en) Pilot burner for a burner assembly, burner assembly including said pilot burner, and method for operating said pilot burner
JPH08226621A (en) Method and equipment for supplying fuel to burner
KR101041466B1 (en) The low NOx gas turbine combustor having the multi-fuel mixing device

Legal Events

Date Code Title Description
RH4A Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation

Effective date: 20131211