UA22994U

UA22994U - Method for burning gas fuel in combustion chamber of power plant

Info

Publication number: UA22994U
Application number: UAU200703111U
Authority: UA
Inventors: Roman Mykhailovych Govdiak; Gennadii Mykolaiovych Liubchyk; Liubomyr Bohdanovy Chabanovych; Orest Georgiiovych Grynyk; Borys Ivanovych Shelkovskyi
Original assignee: Public Corp Ukrainian I For De
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2007-04-25

Abstract

A method for burning gas fuel in combustion chamber of power plant includes operations of supply of gas fuel and air to burners, mix formation and initiation of ignition of fuel mix, and its burning. Supply of gas fuel and air to inside of burners is performed separately, and operation of mix formation is performed in cavity of air passages of burners.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Пропонована корисна модель відноситься до галузі енергетики і, стосується зокрема, газотурбобудування, а 2 більш конкретно, способу спалювання газового палива у камері згоряння енергетичної установки, наприклад такої, як газотурбінна установка (ГТУ), газопаротурбінна установка, топка енергетичного і/або промислового парового та водогрійного котла, тощо.The proposed useful model refers to the field of energy and, in particular, concerns gas turbine construction, and 2 more specifically, the method of burning gaseous fuel in the combustion chamber of a power plant, for example, such as a gas turbine plant (GTU), a gas steam turbine plant, a furnace of an energy and/or industrial steam and water boiler, etc.

Для різних типів ГТУ (авіаційних, суднових та стаціонарних) найбільш поширений традиційний спосіб спалювання палива в камері згоряння. У відповідності до згаданого способу для забезпечення ефективного і 70 стійкого горіння при високих надлишках повітря, повітря, що надходить до камери згоряння ГТУ розділяють на первинне і вторинне. При цьому первинне повітря практично відповідає стехіометричному співвідношенню з паливом. Вторинне повітря через спеціальні отвори в жаровій трубі надходить до камери згоряння, де відбувається його змішування з продуктами горіння, що забезпечує необхідне поле температур газів перед турбіною. Однак, при такому способі спалювання газу збільшується аеродинамічний опір, ускладнюється 72 система подачі повітря до камери згоряння, зростає концентрація оксидів азоту в продуктах горіння (ХристичFor various types of gas turbines (aviation, ship and stationary), the most common traditional way of burning fuel in the combustion chamber. In accordance with the mentioned method to ensure efficient and stable combustion with high excess air, the air entering the combustion chamber of the gas turbine is divided into primary and secondary. At the same time, primary air practically corresponds to the stoichiometric ratio with fuel. Secondary air enters the combustion chamber through special holes in the heat pipe, where it is mixed with combustion products, which provides the necessary gas temperature field in front of the turbine. However, with this method of gas combustion, the aerodynamic resistance increases, the air supply system to the combustion chamber is complicated, and the concentration of nitrogen oxides in the combustion products increases (Hrystich

В.А., Любчик Г.Н. Газогорелочнье устройства сжигания газа при вьісоких и переменньїх избьтках воздуха /Научно-технический обзор. Сер. Использование газа в народном хозяйстве. -М.: ВНИЙ!Згазпром. 1978, - бОсі.V.A., Lyubchyk G.N. Gas burner devices for burning gas at high and variable air pressure / Scientific and technical review. Ser. Use of gas in the national economy. - M.: VNYY! Zgazprom. 1978, - bOsi.

Застосування в камерах фронтового пристрою зазвичай у вигляді регістрів поганообтічної форми збільшує аеродинамічні втрати газового потоку в камері згоряння, що своєю чергою, поряд з конструктивними недоліками таких камер, викликає нерівномірності полів швидкостей і температур на вході в газову турбіну, а це знижує ефективний ККД газотурбінної установки в цілому. Згаданий спосіб реалізують у ГТУ, камера згоряння якого складається з пальникового пристрою у вигляді семи газових пальників (шести основних і одного чергового /запасного/ і двох запалювачів, газового колектора - фронтового пристрою, вихрового змішувачаThe use of a front-end device in the chambers, usually in the form of registers of a poorly flowing form, increases the aerodynamic losses of the gas flow in the combustion chamber, which in turn, along with the structural shortcomings of such chambers, causes unevenness of the velocity and temperature fields at the entrance to the gas turbine, and this reduces the effective efficiency of the gas turbine installation in general. The above-mentioned method is implemented at GTU, the combustion chamber of which consists of a burner device in the form of seven gas burners (six main and one on-call /spare/ and two igniters, a gas collector - a front device, a vortex mixer

ІГазоперекачивающий агрегат мощностью 1ОМВт. Описание Т-6017-71. - Ленинград: Невский 29 машиностроительньй завод им. В.И.Ленина, 1972, -188сі|. вIGas pumping unit with a capacity of 1 OMW. Description T-6017-71. - Leningrad: Nevsky 29 machine-building plant named after V. I. Lenin, 1972, -188si|. in

Такий спосіб та конструкції камер є найбільш поширеними, особливо у складі газотурбінних газоперекачувальних агрегатів на компресорних станціях магістральних газопроводів.This method and designs of chambers are the most common, especially in gas turbine gas pumping units at compressor stations of main gas pipelines.

Основною причиною підвищеної емісії МОУ у вищезгаданих камерах згоряння є режим практично стехіометричного горіння, тобто відсутність надлишку повітря, а для агрегатів з підігрівом повітря перед З подаванням в камеру спалювання, наприклад ГТК-10, ГТ-750-6, також і вплив цього підігріву. Ге»!The main reason for the increased MOU emission in the aforementioned combustion chambers is the almost stoichiometric combustion mode, i.e. the absence of excess air, and for units with air heating before entering the combustion chamber, for example GTK-10, GT-750-6, also the effect of this heating. Gee!

Також відомий спосіб спалювання газового палива у камері згоряння із збільшенням кількості робочого тіла в циклі енергоустановки газотурбінного приводу газоперекачувального агрегату при температурах о навколишнього середовища вищих за розрахункові |Деклараційний патент України на корисну модель Мо8304, суThere is also a known method of burning gaseous fuel in the combustion chamber with an increase in the amount of working fluid in the cycle of the power plant of the gas turbine drive of the gas pumping unit at ambient temperatures higher than the calculated ones | Declaration patent of Ukraine for utility model Mo8304, su

МПК 7 БОї1К 21/04, РО2С6/18; Опубл. 15.07.2005р. Бюл. Мо7). В основі такого способу лежить технологія "Водолій". Суть технології полягає у подаванні водяної пари до проточної частини газотурбінної установки і сч створення умов для її регенерації з продуктами згоряння палива у водяний конденсат у контактному конденсаторі-газоохолоджувачі. Це дозволяє зменшити витрати паливного газу на 3095, викиди МОХ - до 40...45мг/мЗ (нижче діючих світових норм) на 21...4095 зменшити викиди вуглекислого газу. « дю Але недоліком згаданого способу є досить складний технологічний процес і, як наслідок, значні -о капіталовкладення на його застосування, що суттєво обмежує його широке використання у промисловості с див.Романов В., Коваленко А., Кривуца В., Лупандин В. Зкологически чистая технология "Водолей" для :з» получения злектрической и тепловой знергий// Газотурбиннье технологии. - 2001. - Мо1 - С.10-121.IPC 7 BOi1K 21/04, RO2S6/18; Publ. 15.07.2005 Bul. Mo7). This method is based on the "Aquarius" technology. The essence of the technology is the supply of water vapor to the flow part of the gas turbine installation and the creation of conditions for its regeneration with the products of fuel combustion into water condensate in the contact condenser-gas cooler. This makes it possible to reduce fuel gas consumption by 3095%, MOH emissions to 40...45mg/mZ (below current world standards) and reduce carbon dioxide emissions by 21...4095%. But the disadvantage of the mentioned method is a rather complex technological process and, as a result, significant capital investments for its application, which significantly limits its wide use in industry, see V. Romanov, A. Kovalenko, V. Kryvutsa, V. Lupandyn. Ecologically clean technology "Aquarius" for obtaining electrical and thermal energy// Gas turbine technology. - 2001. - Mo1 - P.10-121.

Найбільш близьким до пропонованого способу за технічною суттю є спосіб спалювання газового палива у камері згоряння енергетичної установки, яка містить корпус, встановлені на вході камери згоряння газові юю 395 пальники, фронтовий пристрій, а спосіб включає операції подання до пальників газового палива і повітря, сумішоутворення і ініціювання запалювання паливної суміші |Заявка РФ Мо2006102516, МПК (2006.01) ко Е23С99/00, Дата публікації: 2006.06.27; Міжнародна публікація УМО 2005/003632 (13.01.2005)). У відповідності с до згаданого способу в камері згоряння встановлюють канали для газового палива і окремо канали для подання окислювача. (Се) 50 Недолік описаного способу полягає у відсутності умов для створення потрібної енергетичної та екологічноїThe closest to the proposed method in terms of technical essence is the method of burning gas fuel in the combustion chamber of a power plant, which contains a housing, gas yuyu 395 burners installed at the entrance of the combustion chamber, a front device, and the method includes the operations of supplying gas fuel and air to the burners, mixing and initiation of ignition of the fuel mixture | Application of the Russian Federation Mo2006102516, IPC (2006.01) ko E23С99/00, Publication date: 2006.06.27; International publication of UMO 2005/003632 (13.01.2005)). In accordance with the mentioned method, channels for gas fuel and separate channels for supplying the oxidizer are installed in the combustion chamber. (Se) 50 The disadvantage of the described method is the lack of conditions for creating the necessary energy and ecological

І» ефективності роботи енергетичної установки, зокрема, через високе значення емісії оксидів азоту МО х, значне теплове і токсичне навантаження на навколишнє середовище під час роботи енергетичної установки.I" of the efficiency of the power plant, in particular, due to the high value of the emission of nitrogen oxides MO x, significant thermal and toxic load on the environment during the operation of the power plant.

У основу пропонованого способу поставлено задачу створення такого способу спалювання газового палива у камері згоряння енергетичної установки, який дозволив би підвищити енергетичну та екологічну ефективність її роботи за рахунок створення умов для формування факелу близького до кінетичного з низькою емісією оксидів с азоту.The basis of the proposed method is the task of creating such a method of burning gaseous fuel in the combustion chamber of a power plant, which would increase the energy and environmental efficiency of its operation by creating conditions for the formation of a flame close to kinetic with low emission of nitrogen oxides.

Поставлена задача вирішується пропонованим способом, який, як і відомий спосіб спалювання газового палива у камері згоряння енергетичної установки, яка містить корпус, встановлені на вході камери згоряння газові пальники, фронтовий пристрій, а спосіб включає операції подання до пальників газового палива і 60 повітря, сумішоутворення і ініціювання запалювання паливної суміші та її спалювання, а, відповідно до пропозиції, кожний газовий трубчастий пальник виконують у вигляді багатоканального прямоточного газового колектора, що містить повітряні канали, утворені циліндричними трубками, призначеними для подання через них повітря, в бічних стінках трубок виконані наскрізні отвори для подання через них газового палива, при цьому подачу газового палива та повітря всередину пальників здійснюють окремо, а операцію сумішоутворення бо здійснюють у порожнині повітряних каналів пальників.The task is solved by the proposed method, which, like the known method of burning gas fuel in the combustion chamber of a power plant, which contains a housing, gas burners installed at the entrance of the combustion chamber, a front device, and the method includes the operations of supplying gas fuel and 60 air to the burners, creating a mixture and initiating the ignition of the fuel mixture and its combustion, and, according to the proposal, each gas tubular burner is made in the form of a multi-channel direct-flow gas collector containing air channels formed by cylindrical tubes designed to supply air through them, through-holes are made in the side walls of the tubes for supplying gaseous fuel through them, while the supply of gaseous fuel and air inside the burners is carried out separately, and the mixture formation operation is carried out in the cavity of the air channels of the burners.

Пропонований спосіб за рахунок створення умов для дифузійного сумішоутворення дозволяє суттєво зменшити емісію токсичних оксидів азоту МОУ та вуглецю при високих - близьких до одиниці - значеннях надлишку повітря, що сприяє підвищенню енергетичної та екологічної ефективності роботи, зокрема, енергетичних промислових парових та водогрійних котлів.The proposed method, due to the creation of conditions for diffusion mixture formation, allows to significantly reduce the emission of toxic oxides of nitrogen oxides (MOU) and carbon at high - close to unity - values of excess air, which contributes to increasing the energy and environmental efficiency of work, in particular, of energy industrial steam and water heating boilers.

Суть пропонованого способу пояснюється схематичними кресленнями, де показано пристрій, який реалізує пропонований спосіб.The essence of the proposed method is explained by schematic drawings, which show the device that implements the proposed method.

На Фіг.1 схематично показаний загальний вигляд трубчастого пальника камери згорання енергетичної установки. 70 На Фіг.2 показаний вид А на пристрій за Фіг.1.Fig. 1 schematically shows the general view of the tubular burner of the combustion chamber of the power plant. 70 Fig. 2 shows view A of the device of Fig. 1.

Пристрій, що реалізує пропонований спосіб, виконаний у вигляді камери згоряння енергетичної установки, на вході до якої встановлено фронтовий пристрій /не показано/. У камері згоряння встановлено кілька газових пальників (умовно показаний один). Кожний газовий трубчастий пальник виконаний у вигляді багатоканального прямоточного газового колектора, що містить газову трубу 1. На газовій трубі 1 встановлено конструкцію, що /5 Включає дві паралельні стінки - передню 2 з отворами З повітряних каналів та тильну 4. У стінці 4 виконані наскрізні отвори 5, призначені для подання через них газового палива. Повітряні канали утворені циліндричними трубками 6, призначеними для подання через них повітря. Торцевий проміжок між стінками 2 і 4 закритий кожухом 7.The device that implements the proposed method is made in the form of a combustion chamber of a power plant, at the entrance of which a front device is installed /not shown/. Several gas burners are installed in the combustion chamber (one is conventionally shown). Each gas tubular burner is made in the form of a multi-channel direct-flow gas collector containing a gas pipe 1. A structure is installed on the gas pipe 1, which /5 includes two parallel walls - the front 2 with holes for air channels and the back 4. Wall 4 has through holes 5, intended for supplying gaseous fuel through them. The air channels are formed by cylindrical tubes 6, designed to supply air through them. The end gap between walls 2 and 4 is closed by casing 7.

Приклад. Всередину газового пальника подають окремо газове паливо через отвори б і повітря через повітряні трубки 5, а операцію сумішоутворення здійснюють у порожнині повітряних каналів пальників. Потім ініціюють запалювання утвореної паливної суміші. При цьому відбувається дифузійний процес сумішоутворення, завдяки чому під час спалювання паливної суміші у зоні горіння в камері згоряння формується близький до кінетичного факел з низькою емісією оксидів азоту при близьких до одиниці значеннях надлишку повітря.Example. Inside the gas burner, gas fuel is supplied separately through holes b and air through air tubes 5, and the mixing operation is carried out in the cavity of the air channels of the burners. Then the ignition of the formed fuel mixture is initiated. At the same time, a diffusion process of mixture formation takes place, due to which, during the combustion of the fuel mixture in the combustion zone in the combustion chamber, a close to kinetic flame is formed with a low emission of nitrogen oxides at values of excess air close to unity.

Таким чином, пропонований спосіб спалювання газу відзначається високою екологічною і енергетичною ов ефективністю, яка пояснюється спалюванням газу при коефіцієнтах надлишку повітря більших за одиницю, що суттєво зменшує емісію оксидів азоту і є особливо актуальним для енергетичних та промислових парових та о, водогрійних котлів.Thus, the proposed method of gas combustion is characterized by high environmental and energy efficiency, which is explained by gas combustion with excess air coefficients greater than unity, which significantly reduces the emission of nitrogen oxides and is especially relevant for energy and industrial steam and water heating boilers.

Claims

The formula of the invention is the method of burning gas fuel in the combustion chamber of a power plant, which contains a housing, gas burners installed at the entrance of the combustion chamber, a front device, and the method includes the operations of supplying gas fuel and air to the burners, mixture formation and initiation of ignition of the fuel mixture and its c c5 combustion, which is distinguished by the fact that each gas tubular burner is made in the form of a multi-channel direct-flow gas collector containing air channels formed by cylindrical tubes designed to supply air through them, through-holes are made in the side walls of the cylindrical tubes for supply through of gas fuel, while the supply of gas fuel and air inside the burners is carried out separately, and the mixing operation is carried out in the cavity of the air channels of the burners.

-

. and? ime) ime) se) se) s» 60 b5