СПОСОБ ПОДГОТОВКИ И СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2019 года по МПК F23R3/40 

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных установок, работающим на газообразном углеводородном топливе и использующим в своей работе каталитические средства.

Известен способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки, включающий подачу воздуха из-за компрессора в камеру сгорания, подачу в одну часть форсунок камеры сгорания газообразного углеводородного топлива, подачу в другую часть форсунок камеры сгорания газовой смеси содержащей по меньшей мере СО и Н₂, полученной путем смешения упомянутого газообразного углеводородного топлива с воздухом и пропусканием данной топливо-воздушной смеси через предварительно нагретый катализатор (Прототип: RU 2212590, МПК F23R 3/40, 24.08.2001 г.).

Недостатком известного способа является сложность настройки реализованной схемы топливопитания газотурбинной установки.

Задачей заявляемого способа является устранение недостатков прототипа за счет новой схемы топливопитания газотурбинной установки с сохранением ее экологических характеристик.

Указанная задача достигается тем, что в способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки, включающем подачу воздуха из-за компрессора в камеру сгорания, подачу в одну часть форсунок камеры сгорания газообразного углеводородного топлива, подачу в другую часть форсунок камеры сгорания газовой смеси содержащей по меньшей мере СО и Н₂, полученной путем смешения упомянутого газообразного углеводородного топлива с воздухом и пропусканием данной топливо-воздушной смеси через предварительно нагретый катализатор, согласно заявляемому решению, газовую смесь на форсунки камеры сгорания подают с обеспечением перепада давления на указанных форсунках не менее 0,5 кгс/см посредством изменения давления воздуха и газообразного углеводородного топлива, формирующих топливо-воздушную смесь, пропускаемую через катализатор, при этом коэффициент избытка воздуха топливо-воздушной смеси должен находиться в интервале от 0,25 до 0,32, причем воздух для топливо-воздушной смеси получают от стороннего источника воздуха, а предварительный нагрев катализатора осуществляют от независимого источника тепла.

Кроме того, в качестве независимого источника тепла используют электроподогреватель или горелочное устройство; Также в качестве стороннего источника воздуха используют компрессорную установку или емкость со сжатым воздухом.

Формирование топливо-воздушной смеси, пропускаемой через катализатор, с коэффициентом избытка воздуха в интервале от 0,25 до 0,32 обусловлено тем, что выбор интервала основывается на результатах экспериментов в ходе которых было установлено, что при коэффициенте избытка воздуха менее 0,25 образуется свободный углерод (в виде сажевых отложений), который приводит к засорению форсунок камеры сгорания, а при коэффициенте избытка воздуха выше 0,32 происходит повышение температуры в катализаторе приводящее к его разрушению.

Подача газовой смеси, содержащей СО и Н₂, на часть форсунок камеры сгорания с обеспечением перепада давления на них не менее 0,5 кгс/см позволит обеспечивать устойчивый процесс горения на различных режимах работы газотурбинной установки и не дать приблизиться зоне горения к соответствующим форсункам защищая их тем самым от повреждения. При этом минимальное значение перепада давления установлено, исходя из конструктивных особенностей камер сгорания современных газотурбинных установок.

Обеспечение перепада давления на форсунках камеры сгорания, подающих газовую смесь, не менее 0,5 кгс/см посредством изменения давления воздуха и газообразного углеводородного топлива формирующих топливо-воздушную смесь пропускаемую через катализатор, позволит при изменении режима работы камеры сгорания не уйти ниже значения упомянутого перепада давления и одновременно удержать коэффициент избытка воздуха в заявленном интервале от 0,25 до 0,32.

Получение воздуха для топливо-воздушной смеси от стороннего источника, и осуществление предварительного нагрева катализатора от независимого источника тепла позволит исключить влияние этих элементов на работу непосредственно газотурбинной установки, упростив тем самым отстройку схемы топливопитания в целом.

Выбор в качестве независимого источника тепла электроподогревателя или горелочного устройства расширяет арсенал средств для организации предварительного подогрева катализатора.

Выбор в качестве стороннего источника воздуха компрессорной установки или емкости со сжатым воздухом расширяет арсенал средств для организации подачи упомянутого воздуха.

Сущность заявленного способа поясняется схемой подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки.

Устройство для подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки содержит камеру сгорания 1 с системой топливопитания, включающей основную 2 и параллельную ей дополнительную 3 линии, оканчивающиеся соответствующими форсунками размещенными в камере сгорания 1. В дополнительной линии 3 последовательно установлены смеситель 4 и катализатор 5, при этом смеситель 4 сообщен со сторонним источником воздуха магистралью 6, выполненным, например, в виде компрессорной установки 7, а катализатор 5 в свою очередь сообщен с независимым источником тепла магистралью 8, в частном случае реализации выполненным в виде горе л очного устройства 9. Также устройство для подготовки и сжигания топлива содержит компрессор 10, сообщенный с камерой сгорания 1, сообщенной в свою очередь с турбиной 11, газодинамически соединенной с силовой турбиной 12, на валу которой расположен привод 13, а дополнительная линия 3 и магистраль 6 идущие через смеситель 4 к катализатору 5 снабжены регулирующими расход устройствами 14, 15.

Согласно предлагаемому решению способ реализуют следующим образом.

В камеру сгорания 1 по основной линии 2 к части форсунок подают газообразное углеводородное топливо и воздух, из-за компрессора 10. Параллельно часть газообразного углеводородного топлива, подаваемого по дополнительной линии 3 смешивают с воздухом от компрессорной установки 7 в смесителе 4 с коэффициентом избытка воздуха в интервале от 0,25 до 0,32 и полученную топливо-воздушную смесь пропускают через катализатор 5, при этом, до подачи указанной смеси, катализатор 5 нагревают от горел очного устройства 9. После инициализации химической реакции в катализаторе 5 горелочное устройство 9 отключают (прекращают нагрев катализатора) и далее процесс проистекает в автотермическом режиме. Полученную из катализатора 5 газовую смесь содержащую СО и Н₂ подают на оставшуюся часть форсунок камеры сгорания 1 с обеспечением перепада давления на них не менее 0,5 кгс/см.

Пример реализации способа выглядит следующим образом:

При изменении режима работы газотурбинной установки перепад давления на форсунках камеры сгорания, подающих газовую смесь начинает меняться, чтобы не допустить перепада давления ниже уровня 0,5 кгс/см изменяют давление топливного газа и воздуха в пропорции, необходимой для поддержания коэффициента избытка воздуха в интервале от 0,25 до 0,32.

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных установок, работающим на газообразном углеводородном топливе и использующим в своей работе каталитические средства. Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки включает подачу воздуха из-за компрессора в камеру сгорания, подачу в одну часть форсунок камеры сгорания газообразного углеводородного топлива, подачу в другую часть форсунок камеры сгорания газовой смеси, содержащей по меньшей мере СО и Н₂, полученной путем смешения упомянутого газообразного углеводородного топлива с воздухом и пропусканием данной топливовоздушной смеси через предварительно нагретый катализатор. Газовую смесь на форсунки камеры сгорания подают с обеспечением перепада давления на указанных форсунках не менее 0,5 кгс/см посредством изменения давления воздуха и газообразного углеводородного топлива, формирующих топливовоздушную смесь, пропускаемую через катализатор. Коэффициент избытка воздуха топливовоздушной смеси находится в интервале от 0,25 до 0,32. Воздух для топливовоздушной смеси получают от стороннего источника воздуха, а предварительный нагрев катализатора осуществляют от независимого источника тепла. Изобретение позволяет упростить настройку газотурбинной установки под изменяемые режимы работы с сохранением экологических характеристик. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки, включающий подачу воздуха из-за компрессора в камеру сгорания, подачу в одну часть форсунок камеры сгорания газообразного углеводородного топлива, подачу в другую часть форсунок камеры сгорания газовой смеси, содержащей по меньшей мере СО и Н₂, полученной путем смешения упомянутого газообразного углеводородного топлива с воздухом и пропусканием данной топливовоздушной смеси через предварительно нагретый катализатор, отличающийся тем, что газовую смесь на форсунки камеры сгорания подают с обеспечением перепада давления на указанных форсунках не менее 0,5 кгс/см посредством изменения давления воздуха и газообразного углеводородного топлива, формирующих топливовоздушную смесь, пропускаемую через катализатор, при этом коэффициент избытка воздуха топливовоздушной смеси должен находиться в интервале от 0,25 до 0,32, причем воздух для топливовоздушной смеси получают от стороннего источника воздуха, а предварительный нагрев катализатора осуществляют от независимого источника тепла.

2. Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки по п. 1, отличающийся тем, что в качестве независимого источника тепла используют горелочное устройство.

3. Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки по п. 1, отличающийся тем, что в качестве независимого источника тепла используют электроподогреватель.

4. Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки по п. 1, отличающийся тем, что в качестве стороннего источника воздуха используют компрессорную установку.

5. Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки по п. 1, отличающийся тем, что в качестве стороннего источника воздуха используют емкость со сжатым воздухом.