UA22995U

UA22995U - Method for burning gas fuel in combustion chamber of gas-turbine unit

Info

Publication number: UA22995U
Application number: UAU200703112U
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 has-turbine unit (GTU) has body, gas burners installed at inlet of combustion chamber, front unit, and the method includes operations of supply of gas fuel and air to burners, mix formation and initiation of fuel mix, and its burning. Each gas tubular burner is arranged as multi-channel direct-flow gas collector with body with air channels installed in it, those are formed with cylindrical pipes, and gas channels as through openings in the wall of the body directed to front unit, at that supply of gas fuel and air to inside of burners is performed separately, and operation of mix formation is performed behind the surface of tubular burners in front unit.

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 газотурбінної установки (ГТУ), з метою підвищення ефективності її роботи. Пропонована корисна модель може бути використана при проектуванні нових та модернізації діючих ГТУ, призначених, зокрема, для використання у якості приводів газоперекачувальних агрегатів компресорних станцій.The proposed useful model refers to the field of energy and, in particular, to gas turbine construction, and 2 more specifically, to the method of burning gaseous fuel in the combustion chamber of a gas turbine installation (GTU), in order to increase the efficiency of its operation. The proposed useful model can be used in the design of new and modernization of existing gas turbines, intended, in particular, for use as drives of gas pumping units of compressor stations.

Для різних типів ГТУ (авіаційних, суднових та стаціонарних) найбільш поширений традиційний спосіб 70 спалювання палива в камері згоряння. У відповідності до згаданого способу для забезпечення ефективного і 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 12 турбіною. Однак, при такому способі спалювання газу збільшується аеродинамічний опір, ускладнюється 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 is 70. In accordance with the mentioned method to ensure effective 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. The secondary air enters the combustion chamber through special openings in the heat pipe, where it is mixed with combustion products, which provides the necessary gas temperature field in front of the 12th 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: ВНИЙИГЗГгазпром. 1978, - бОсі.V.A., Lyubchyk G.N. Gas burner devices for burning gas with high and variable air gusts / Scientific and technical review. Ser. Use of gas in the national economy. - M: VNIYIGZGgazprom. 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 ЛОМВт. Описание Т-6017-71. - Ленинград: Невский (-) машиностроительньй завод им. В.И.Ленина, 1972, -188сі|.IGas-pumping unit with a capacity of LOMW. Description T-6017-71. - Leningrad: Nevsky (-) machine-building plant named after V. I. Lenin, 1972, -188si|.

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 о стехіометричного горіння, тобто відсутність надлишку повітря, а для агрегатів з підігрівом повітря перед Ге»! подаванням в камеру спалювання, наприклад ГТК-10, ГТ-750-6, також і вплив цього підігріву.The main reason for the increased emission of MOU in the above-mentioned combustion chambers is the almost stoichiometric combustion mode, that is, the absence of excess air, and for units with air heating before the He»! feeding into the combustion chamber, for example GTK-10, GT-750-6, as well as the effect of this heating.

Також відомий спосіб спалювання газового палива у камері згоряння із збільшенням кількості робочого тіла о в циклі енергоустановки газотурбінного приводу газоперекачувального агрегату при температурах сч навколишнього середовища вищих за розрахункові |Деклараційний патент України на корисну модель Мо8304, 39 МПК 7 РОЇК 21/04, ЕО2Сб/18; Опубл. 15.07.2005 р. Бюл. Мо7|. В основі такого способу лежить технологія с "Водолій". Суть технології полягає у подаванні водяної пари до проточної частини газотурбінної установки і 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...АБмг/м (нижче діючих світових норм) на 21...4095 зменшити викиди вуглекислого газу. з 70 Але недоліками згаданого способу є досить складний технологічний процес і, як наслідок, значні с капіталовкладення на його застосування, що суттєво обмежує його широке використання у промисловості :з» див.Романов В., Коваленко А., Кривуца В., Лупандин В. Зкологически чистая технология "Водолей" для получения злектрической и тепловой знергий// Газотурбиннье технологии. - 2001. - Мо1 - С.10-121.There is also a known method of burning gaseous fuel in the combustion chamber with an increase in the amount of the working fluid in the cycle of the power plant of the gas turbine drive of the gas pumping unit at ambient temperatures higher than those calculated ; Publ. 07/15/2005 Bull. Mo7|. This method is based on the Aquarius technology. The essence of the technology is to supply water vapor to the flow part of the gas turbine installation and create 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 - up to 40...ABmg/m (below current world norms) by 21...4095 and reduce carbon dioxide emissions. with 70 But the disadvantages of the mentioned method are a rather complex technological process and, as a result, significant capital investment for its use, which significantly limits its wide use in industry: see Romanov V., Kovalenko A., Kryvutsa V., Lupandyn V 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 юю 395 камері згоряння газотурбінної установки (ГТУ), яка містить корпус, встановлені на вході камери згоряння газові пальники, фронтовий пристрій, а спосіб включає операції подання до пальників газового палива і ко повітря, сумішеутворення і ініціювання запалення паливної суміші і її спалювання (Заявка РФ Мо2006102516, с МПК (2006.01) Р23С99/00, Дата публікації: 2006.06.27; Міжнародна публікація УМО 2005/003632 (13.01.20053|. У відповідності до згаданого способу в камері згоряння встановлюють канали для газового палива і окремо канали (Се) 50 для подання окислювача. сп Недолік описаного способу полягає у відсутності умов для створення потрібної енергетичної та екологічної ефективності роботи ГТУ, зокрема, через високе значення емісії оксидів азоту МОу, значне теплове і токсичне навантаження на навколишнє середовище під час роботи ГТУ.The closest to the proposed method in terms of technical essence is the method of burning gas fuel in the 395th combustion chamber of a gas turbine installation (GTU), which contains a housing, gas burners installed at the entrance of the combustion chamber, a front device, and the method includes operations of supplying gas fuel to the burners and air, mixture formation and initiation of ignition of the fuel mixture and its combustion (Application of the Russian Federation Mo2006102516, with IPC (2006.01) R23С99/00, Publication date: 2006.06.27; International publication UMO 2005/003632 (13.01.20053|. In accordance with the mentioned method in in the combustion chamber, channels for gaseous fuel and separate channels (Ce) 50 for supplying the oxidant are installed. The disadvantage of the described method is the lack of conditions for creating the necessary energy and environmental efficiency of the gas turbine operation, in particular, due to the high value of the emission of nitrogen oxides MOu, significant thermal and toxic load on the environment during the operation of the GTU.

У основу пропонованого способу поставлено задачу створення такого способу спалювання газового палива у 59 камері згоряння ГТУ, який дозволив би створити умови для підвищення енергетичної та екологічної ефективності с роботи ГТУ. Поставлена задача вирішується за рахунок попереднього сумішеутворення і одержання рівномірного температурного поля продуктів згоряння при коефіцієнтах надлишку повітря більших за одиницю.The basis of the proposed method is the task of creating such a method of burning gaseous fuel in the 59th gas turbine combustion chamber, which would allow creating conditions for increasing the energy and environmental efficiency of the gas turbine operation. The given task is solved due to preliminary mixture formation and obtaining a uniform temperature field of combustion products with excess air coefficients greater than unity.

Пропонований, як і відомий спосіб спалювання газового палива у камері згоряння газотурбінної установки (ГТУ), яка містить корпус, встановлені на вході камери згоряння газові пальники, фронтовий пристрій, а спосіб бо включає операції подання до пальників газового палива і повітря, сумішеутворення і ініціювання запалення паливної суміші і її спалювання, а, відповідно до пропозиції, кожний газовий трубчастий пальник виконують у вигляді багатоканального прямоточного газового колектора, що містить корпус з встановленими у ньому повітряними каналами, утвореними циліндричними трубками, а також газові канали - у вигляді наскрізних отворів у стінці корпусу направленій до фронтового пристрою, при цьому подачу газового палива та повітря всередину 62 пальників здійснюють окремо, а операцію сумішеутворення виконують за поверхнею трубчастих пальників у фронтовому пристрої.The proposed, as well as the known, method of burning gas fuel in the combustion chamber of a gas turbine installation (GTU), which contains a housing, gas burners installed at the entrance to the combustion chamber, a front device, and the method includes the operations of supplying gas fuel and air to the burners, mixture formation and ignition initiation 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, which contains a housing with air channels installed in it, formed by cylindrical tubes, and gas channels - in the form of through holes in the wall of the housing directed to the front device, while the supply of gas fuel and air inside the 62 burners is carried out separately, and the mixture formation operation is performed on the surface of the tubular burners in the front device.

Пропонований спосіб за рахунок створення умов для попереднього сумішеутворення дозволяє суттєво зменшити емісію токсичних оксидів азоту МОху та вуглецю при високих значеннях надлишку повітря близьких до одиниці, що сприяє підвищенню енергетичної та екологічної ефективності роботи ГТУ.The proposed method, due to the creation of conditions for preliminary mixture formation, allows to significantly reduce the emission of toxic nitrogen oxides, MOx and carbon at high values of excess air close to unity, which contributes to increasing the energy and environmental efficiency of the gas turbine operation.

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 ГТУ, 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 включає дві /5 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 gas turbine combustion chamber, 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 includes two /5 parallel walls - the front 2 with holes for air channels and the back 4. Wall 4 has through holes 5, intended for supplying gas 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 5 і повітря через повітряні трубки 6, а операцію сумішеутворення виконують за поверхнею трубчастих пальників у фронтовому го пристрої і потім ініціюють запалення утвореної паливної суміші. При цьому за рахунок попереднього сумішеутворення суттєво зменшується емісія токсичних оксидів азоту та вуглецю при коефіцієнтах надлишку повітря більших за одиницю, при прямотечійністі подавання повітря у камеру згорання, що дозволяє одержати рівномірне температурне поле продуктів згоряння і в подальшому формує дифузійний факел.Example. Inside the gas burner, gas fuel is fed separately through holes 5 and air through air tubes 6, and the mixture formation operation is performed behind the surface of the tubular burners in the front device and then the ignition of the formed fuel mixture is initiated. At the same time, due to the preliminary mixture formation, the emission of toxic nitrogen and carbon oxides is significantly reduced with excess air coefficients greater than one, with direct air supply to the combustion chamber, which allows obtaining a uniform temperature field of combustion products and subsequently forms a diffusion flame.

Таким чином, пропонований спосіб спалювання газу відзначається високою екологічною і енергетичною ов ефективністю, яка пояснюється спалюванням газу при коефіцієнтах надлишку повітря більш за одиницю, що - суттєво зменшує емісію оксидів азоту, і прямотечійністю подавання повітря у камеру згорання, що значно зменшує втрати повного тиску повітря, збільшує повноту згоряння газу, зменшує нерівномірність полів температур і швидкостей продуктів згоряння на вході у газову турбіну і в результаті зменшує витрати паливного газу, а, отже, збільшує ККД ГТУ. юThus, 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 one, which significantly reduces the emission of nitrogen oxides, and by the direct flow of air into the combustion chamber, which significantly reduces the loss of total air pressure , increases the completeness of gas combustion, reduces the unevenness of the fields of temperatures and velocities of combustion products at the entrance to the gas turbine and, as a result, reduces the consumption of fuel gas, and, therefore, increases the efficiency of the gas turbine. yu

ФоFo

Claims

The formula of the invention is the method of burning gas fuel in the combustion chamber of a gas turbine installation (GTU), 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, mixing and initiating the ignition of the fuel mixture and its 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 a housing with air channels installed in it, formed by cylindrical tubes, as well as gas channels in the form of through holes in the wall "

70. The fuel directed to the front device, while the supply of gas fuel and air inside the burners is carried out separately, and the mixture formation operation is performed behind the surface of the tubular burners in the front device. with name) name) se) o 50 sl s 60 b5