Способ подачи и процесс горения топлива в КС

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Способ подачи топлива в КС определяется его видом. Газообразное топливо вводится с помощью горелок в виде колпачка с просверленными дозирующими отверстиями. Горелки бывают регистровыми или диффузионными с выходом газа через круглые или щелевые отверстия, струйно-стабилизаторными, многоканальными и др.

Жидкое топливо дозируется в КС с помощью форсунок центробежного типа, в которых предусмотрено несколько тангенциальных каналов. Сильно закрученный поток топлива выходит из сопла форсунки в виде конической пелены с определенным углом раскрытия.

В энергетических ГТУ обычно используют комбинированные горелки для сжигания газообразного и жидкого топлива.

Ведущие производители энергетических ГТУ непрерывно совершенствуют конструкцию КС, добиваясь высокой эффективности выгорания топлива во всем диапазоне нагрузок при минимальном выбросе вредных веществ.

Процесс горения топлива в КС энергетических ГТУ сложнее, чем в топочных камерах других энергетических установок. При относительно невысоких температурах химическая реакция горения протекает достаточно медленно, а потребление кислорода во много раз меньше возможности его доставки к фронту пламени, который разделяет топливовоздушную смесь и продукты сгорания. Общая скорость реакции ограничена кинетикой химического реагирования на поверхности, и эту температурную область реакций называют кинетической областью горения. При высоких температурах процесса общая скорость реакции определяется условием подвода кислорода. Доставляемый диффузией к поверхности кислород мгновенно вступает в реакцию, а его концентрация у поверхности приближается к нулю. Формируется диффузионная область горения. Таким образом, скорость процесса горения при смешении струй топлива с воздухом ограничивается не химической реакцией, а более медленными диффузионными процессами массообмена. Такие КС называют диффузионными.

Диффузионный факел способен устойчиво гореть в смеси, имеющей разный состав, но плотность теплового потока и устойчивость скорости его истечения невелики. Эти недостатки могут быть устранены искусственной стабилизацией горения и интенсификацией смесеобразования. Происходящее при этом смещение процесса горения из диффузионной области в кинетическую сопровождается заметным повышением его чувствительности к избытку воздуха. Становится невозможной работа при большом избытке воздуха. Классическим путем выхода из этого положения является разделение воздуха на первичный и вторичный.

Основные принципы организации рабочего процесса в одноступенчатой КС ГТУ

На рис. 3 представлена принципиальная схема и конструкция одноступенчатой КС энергетической ГТУ. В ней выделены две зоны: горения и смешения.

Рисунок 3 - Принципиальная схема (а) одноступенчатой КС энергетической ГТУ и ее конструкция (б)

1 - корпус; 2 - пламенная труба; 3 - форсунка; 4 - завихритель воздуха (регистр); G_в, G₁, G_охл, G₂ - воздух, поступающий соответственно в камеру сгорания, через регистр, через щели охлаждения и в смеситель; G_г - количество продуктов сгорания, поступающих в ГТ; Т - топливо, поступающее в форсунку; β_ф - угол раскрытия топливного факела; ЗОТ - зона обратных токов; L_ог - зона горения; L_см - зона смешения; 5 - трубка; 6 - выдвигаемое запальное устройства (свеча); 7 - сжатый воздух после компрессора G_в; 8 — воздух для сжигания топлива G₁; 9 - охлаждающий воздух G_охл; 10 - воздух формирования температуры газов перед ГТ G₂; 11 - переходной патрубок; 12 - вход в ГТ (направляющие лопатки первой ступени)

Рассмотрим основные принципы организации рабочего процесса в такой КС ГТУ (рис. 3 и 4).

Рисунок 4 - . Схемы разделения рабочего тела в КС по топливу (а) и по воздуху (б)

1. В соответствии с вышеизложенным КС ГТУ разделены на две зоны. Деление осуществляется либо по воздуху (рис. 3, а и 4, б), либо по топливу (рис. 4, а)

Температура газов в начале турбины Т_НТнаходится на уровне 1100÷1300 °С и имеет тенденцию к увеличению. Рост температуры ограничен жаропрочностью и жаростойкостью материалов. Для удержания температуры на названном уровне необходимо повышать избыток воздуха в газах, который может колебаться в пределах α_кс = 2,5÷4. Температура воздуха после компрессора в зависимости от степени повышения его давления составляет 300÷350 °С, а скорость потока воздуха доходит до 50 м/с. Ни один вид органического топлива при таких условиях (скорости, температуре потока, избытке воздуха) быстро и качественно гореть не может.

В пространстве, ограниченном корпусом КС (пламенной трубы), выделяют зону горения. В эту зону поступает только часть общего количества воздуха G₁. Вместе с топливом эта часть воздуха обеспечивает образование высокореакционной смеси, сгорающей достаточно быстро при высокой температуре. Другая часть воздуха G₂ подается в зону смешения, где формируется заданная начальная температура газов перед турбиной Т_НТ Небольшое количество воздуха G_охл через специальные щели и отверстия охлаждает корпус и детали пламенной трубы.

2. Стабильное горение движущейся топливовоздушной смеси возможно при равенстве скоростей потока и распространения пламени. Для этого применяют специальные технические решения. Прежде всего стремятся турбулизировать поток в зоне горения, что интенсифицирует процесс тепло- и массообмена, улучшает смесеобразование и увеличивает скорость распространения пламени. Для турбулизации потока используют лопаточные завихрители или плохо обтекаемые тела, располагаемые во фронтовом устройстве пламенной трубы. За этими элементами возникает зона обратных токов (ЗОТ) с пониженным статическим давлением, создается эжекция газа кольцевой струей, вытекающей из лопаточного завихрителя. Это стабилизирует положение фронта пламени и обеспечивает зажигание всей топливной смеси. При такой аэродинамической рециркуляции происходит перенос горящего топлива навстречу поступающим свежим порциям топлива. За счет теплоты подсасываемых к корню факела продуктов сгорания происходят подогрев, испарение и зажигание свежих порций топлива.

3. Подвод первичного воздуха по длине зоны горения осуществляется не сразу, а в определенной последовательности, основанной на теоретических представлениях, экспериментальных и эксплуатационных данных. Средняя температура газов в зоне горения должна быть не ниже 1500 °С.

4. Переход к микрофакельному сжиганию топлива с увеличенным числом горелок (например, в кольцевых камерах сгорания 100÷150 шт.) сокращает длину пламени факелов и общую длину КС.

5. Сжигание топлива в КС энергетических ГТУ характеризуется изменением параметров сжимаемого в компрессоре воздуха, нагрузки и режима работы. Поэтому в таких условиях возможен еще один способ стабилизации процесса горения - применение дежурных горелок, являющихся источником постоянного поджига топлива. [Пчелкин с. 75-79]

Перечисленные технические решения не всегда позволяют добиться удовлетворительных экологических показателей работы КС энергетических ГТУ, конструкции которых были рассмотрены выше. В определенных режимах их переводят в так называемый мокрый режим работы, впрыскивая в поток газов определенное количество воды (пара). Впрыск воды снижает интенсивность теплообразования и температуру газов приблизительно на 2 %, увеличивая мощность ГТУ примерно на 3 %. При этом удается снизить уровень выбросов оксидов азота N0_x приблизительно до 40 ррm и ниже. Побочными явлениями такого решения являются:

- сокращение периодов между профилактическими техническими осмотрами и срока службы оборудования;

- дополнительные затраты на подготовку и впрыск воды (пара) и др.

* 1 ррm = 1 см³/м³ = 0,0001% об.

Проми́лле (лат.per mille)— на тысячу,— одна тысячная доля, 1/10 процента. Обозначается (‰). Используется для обозначения количества тысячных долей чего-либо в целом. Происходит (как и процент (лат.per cent— на сотню)) от написания простой дробью: 27/1000→27 ‰; количество нулей в обозначении (3 нуля) соответствует количеству нулей в числе 1000.

Так,

1‰ = 0,1% = 1⁄1000 = 0,001
100‰ = 10% = 0,1
300‰ = 30% = 300/1000 = 0,3
0,7‰ = 0,07% = 0,0007
0‰ = 0% = 0

Величина в промилле от массы, выраженной в килограммах, эквивалентна массе в граммах. От массы в тоннах— килограммам

Миллионная доля— одна миллионная часть, обозначается тремя латинскими буквами— ppm, читается как «пи-пи-эм». Аббревиатура ppm означает «частей на миллион» (англ.parts per million). 1 ppm в 1000 раз (на 3 порядка) меньше, чем 1 промилле.

1 ppm =1/1000000 = 0,000001 = 1⋅10⁻⁶ = 0,001‰ = 0,0001%

Например, фраза «солёность воды составляет 11‰ (одиннадцать промилле)», это то же самое, что и 1,1%, и означает, что из общей массы воды 0,011 (11 тысячных) занимают соли; так, если взять 1кг воды, то в ней будет 11 г солей.

Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 25; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!