СПОСОБ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В КАМЕРУ СГОРАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F02D1/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу переключения подачи топлива в камеру сгорания. В частности, согласно данному способу переключения, необходимость возникает при использовании первого и второго типа топлива, которое сгорает при условии предварительного смешивания. Например, когда камера сгорания является частью газовой турбины.

Уровень техники

В камеры сгорания, как, например, камеры сгорания газовой турбины, подается топливо и окислитель для образования топочных газов, которые расширяются в турбине.

Чтобы поддерживать выбросы (например, выделение NOx, CO) на низком уровне, может быть использована камера сгорания с предварительным смешиванием топлива.

В данных типах камер сгорания топливо сначала смешивается с окислителем, и затем смесь воспламеняется.

Топливо может быть жидким (например, мазут) или газообразным (например, природный газ или метан).

Обычно газовые турбины снабжаются подводящими трубопроводами для обоих типов топлива, как жидкого, так и газообразного. Если в процессе эксплуатации один вид топлива не используется, работа может быть продолжена на другом виде топлива. В связи с этим, очень часто возникает необходимость в переключении подачи топлива с одного типа топлива на другой; переключение должно быть осуществлено в реальном масштабе времени (т.е. во время эксплуатации, без остановки газовой турбины), потому что невозможно отсоединить генератор, приводимый в движение газовой турбиной, от заслонки трубопровода.

Традиционно, чтобы осуществить переключение подачи топлива с одного типа на другой (оба горят в условиях предварительного смешивания) количество топлива первого типа поэтапно снижается с эксплуатационного уровня до нуля, в то время как одновременно количество топлива второго типа постепенно увеличивается с нуля до его эксплуатационного уровня. Общее количество топлива, доставленного в камеру сгорания (являющееся суммой количества топлива первого и второго типов), должно управляться так, чтобы не превысить заданное количество, что может вызвать поломку оборудования.

Несмотря на то, что данная практика широко применяется, в некоторых случаях данное переключение может быть проблематичным.

Фактически, во время переключения могут возникнуть пульсации давления и температур.

Пульсации давления и температур значительно сокращают эксплуатационной срок службы (кроме того, данные пульсации вызывают также сбои в выходящем потоке камеры сгорания) и должны быть, следовательно, нейтрализованы.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение, таким образом, включает в себя способ переключения подачи топлива в камеру сгорания, работающей в условиях предварительного смешивания с топлива одного типа на топливо другого типа, так, что пульсации давления и температуры нейтрализуются.

Данная и дополнительные задачи решаются изобретением в соответствии с нижеследующей формулой изобретения.

Краткое описание чертежей

Дополнительные характеристики и преимущества изобретения будут более очевидны из описания предпочтительного, но не лимитирующего варианта осуществления способа, проиллюстрированного на не лимитирующем примере в прилагаемом чертеже, на котором на фиг.1 показан схематический вид варианта осуществления способа, иллюстрирующий количество топлива в процентах в функции времени t.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения в начальной стадии (в фазе 1) камеры сгорания (например, камера горения газовой турбины, например, горелка газовой турбины) работает на предварительно смешанным топливе 10 первого типа.

Способ переключения подачи топлива в камеры сгорания с использованием данного предварительно смешанного топлива 10 первого типа (например, газообразное топливо, предварительно смешанное топливо первого типа является топливом, которое смешивается с воздухом в камере сгорания до воспламенения для горения предварительно смешанного топлива в камере горения) на использование предварительно смешанного топлива 11 второго типа (предварительно смешанное топливо второго типа является топливом, которое смешивается с воздухом в камере горения до воспламенения для горения предварительно смешанного типа топлива в камере горения; например, жидкое топливо или газообразное топливо второго типа, с химическим составом топлива, отличным от химического состава топлива первого типа) содержит уменьшение и прекращение подачи предварительно смешанного топлива первого типа (фаза 2) и затем начало подачи предварительно смешанного топлива второго типа (фаза 3).

Предпочтительно в промежуточной фазе 5 после прекращения (фаза 2) подачи предварительно смешанного топлива первого типа и до начала (фаза 3) подачи предварительно смешанного топлива второго типа камера сгорания функционирует на одном или более запальном топливе 12, 13, образуя только диффузионное пламя.

Например, запальное топливо включает в себя запальное топливо 12 первого типа и запальное топливо 13 второго типа, т.е. топливо первого типа, которое воспламеняется и образует растопочный факел, и топливо второго типа, которое воспламеняется и образует растопочный факел (топливо первого типа, используемое как запальное топливо, может, например, быть тем же типом топлива, как тип топлива, который используется для предварительно смешанного топлива первого типа, и топливо второго типа, используемое как запальное топливо, может, например, быть тем же типом топлива, как топливо типа, которое используется для предварительно смешанного топлива второго типа). Согласно одному варианту осуществления, оба типа запального топлива 12, 13 подаются в камеру сгорания, тем самым поддерживается работоспособность камеры сгорания во время промежуточной фазы 5; т.е. только запальное топливо обоих типов подается в камеру сгорания во время данной фазы. Следовательно, предварительно смешанное топливо не подается в камеру сгорания во время данной фазы.

Кроме того, оба типа запального топлива 12 и 13, а именно первого и второго типа воспламеняются вместе с обоими типам предварительно смешанного топлива, а именно предварительно смешанного топлива 10 первого типа и предварительно смешанного топлива 11 второго типа.

Как показано на фиг.1, подача запального топлива 12 первого типа начинается до начала подачи запального топлива 13 второго типа и прекращение подачи запального топлива 12 первого типа происходит до прекращения подачи запального топлива 13 второго типа.

В настоящем примере предварительно смешанное топливо 10 первого типа представляет собой газообразное топливо и предварительно смешанное топливо 11 второго типа представляет собой жидкое топливо (т.е. происходит переключение с газообразного топлива на жидкое топливо), в любом случае, предварительно смешанное топливо 10 первого типа может также быть и жидким (в данном случае осуществляется переключение с жидкого на газообразное топливо). Дополнительно, также возможен вариант, когда предварительно смешанное топливо 10, 11 первого и второго типа, т.е. оба типа топлива могут быть как жидким, так и газообразным.

Предпочтительно, когда предварительно смешанное топливо 10 первого типа является газообразным и запальное топливо 12 первого типа также является газообразным топливом и когда предварительно смешанное топливо 10 первого типа является жидким и запальное топливо 12 первого типа также является жидким топливом.

Аналогичным образом, когда предварительно смешанное топливо 11 второго типа является газообразным и запальное топливо 13 первого типа также является газообразным топливом и когда предварительно смешанное топливо 11 первого типа является жидким и запальное топливо 13 первого типа также является жидким топливом.

Обычно предварительно смешанное топливо 10 первого типа и запальное топливо 12 первого типа являются одинаковыми типами топлива (например, мазут в случае жидкого топлива или природный газ в случае газообразного топлива) и предварительно смешанное топливо 11 второго типа и запальное топливо 13 второго типа являются одинаковыми типами топлива (также в данном случае, например, мазут в случае жидкого топлива или природный газ в случае газообразного топлива).

Во время эксплуатации, даже если во время работы в переходном процессе (т.е. фаза 2) возникают пульсации, они не усиливаются, но они гасятся во время фазы 5, когда существует только диффузионное пламя в камере сгорания, потому что диффузионное пламя очень стабильно.

Дополнительно, во время фазы 3 только очень малые пульсации могут образовываться (что не оказывает отрицательного влияния на камеру горения) и пульсации из фазы 2 не усиливаются, потому что камера сгорания работает стабильно в промежуточной фазе 5.

Длительность фазы 5 выбирается согласно конкретным условиям и потребностям, в любом случае длительность фазы может составлять несколько минут (в некоторых случаях также длительность может составлять одну минуту, что может быть достаточно для стабилизации работы камеры горения и гашения пульсаций). Так как длительность фазы 5 ограничена, величина выбросов, таких как NOx и CO (количество выбросов может увеличиться во время фазы 5 из-за горения диффузионного пламени), незначительна.

Признаки, описанные выше, могут использоваться независимо друг от друга.

В частности, использованные материалы и их размеры могут быть выбраны согласно требованиям и уровню техники.

Ссылочные позиции

1, 2, 3 - фаза,

10 - предварительно смешанное топливо первого типа,

11 - предварительно смешанное топливо второго типа,

12, 13 - запальное топливо.

Изобретение относится к энергетике. Способ переключения подачи топлива в камеру сгорания с предварительно смешанным топливом первого типа на предварительно смешанное топливо второго типа содержит уменьшение и прекращение подачи предварительно смешанного топлива первого типа и затем начало подачи предварительно смешанного топлива второго типа. В промежуточной фазе, после прекращения подачи предварительно смешанного топлива первого типа и до начала подачи предварительно смешанного топлива второго типа камера сгорания функционирует на запальном топливе одного или более типов, образуя только диффузионное пламя. Изобретение позволяет повысить эксплуатационный срок службы оборудования.

9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ переключения подачи топлива в камеру сгорания предварительно смешанного топлива (10) первого типа на предварительно смешанное топливо (11) второго типа, включающий в себя:
уменьшение и прекращение подачи предварительно смешанного топлива первого типа,
начало подачи предварительно смешанного топлива второго типа, отличающийся тем, что
в промежуточной фазе (5), после прекращения подачи предварительно смешанного топлива первого типа и до начала подачи предварительно смешанного топлива второго типа в камере сгорания обеспечивают сгорание запального топлива (12, 13) одного или более типа, образуя диффузионное пламя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что запальное топливо (12, 13) включает в себя первый и второй типы запального топлива, при этом во время промежуточной фазы (5) подаются оба типа запального топлива (12,13).

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что во время промежуточной фазы (5) запальное топливо (12, 13) первого и второго типа полностью обеспечивают функционирование камеры сгорания.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что запальное топливо (12, 13) первого и второго типа воспламеняют вместе с предварительно смешанным топливом (10) первого типа и предварительно смешанным топливом (11) второго типа.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что запальное топливо первого типа начинают подавать до начала подачи запального топлива второго типа.

6. Способ по. 3, отличающийся тем, что подачу запального топлива первого типа прекращают до прекращения подачи запального топлива второго типа.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют предварительно смешанное газообразное топливо (10) первого типа и предварительно смешанное жидкое топливо (11) второго типа или наоборот.

8. Способ по 7, отличающийся тем, что, когда предварительно смешанное топливо (10) первого типа является газообразным, используют газообразное запальное топливо (12) первого типа и, когда предварительно смешанное топливо (10) первого типа является жидким, используют жидкое запальное топливо (12) первого типа.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что когда предварительно смешанное топливо (11) второго типа является газообразным, используют газообразное запальное топливо (13) второго типа и, когда предварительно смешанное топливо (11) второго типа является жидким, используют жидкое запальное топливо (13) второго типа.

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что используют одинаковые предварительно смешанное топливо (10) первого типа и запальное топливо (12) первого типа и используют одинаковые предварительно смешанное топливо (11) второго типа и запальное топливо (13) второго типа.