Современная теплоэнергетика
Главная   >>   Современная теплоэнергетика

Современная теплоэнергетика

14.2. Устройство камер сгорания

Газотурбинная установка имеет две выносные камеры сгорания, установленные симметрично относительно оси ГТУ (см. рис. 14.1). Разрез по камерам сгорания показан на рис. 14.5. Воздух из выходного диффузора компрессора 17 (см. рис. 14.1) поступает в кольцевое пространство 9 (рис. 14.5) и из него расходится на две выносные камеры сгорания по кольцевому пространству 1 между корпусом камеры 2 и пламенной трубой 3 или переходными элементами 15.

Пройдя в зазоре между корпусом и пламенной трубой и охладив ее, воздух поступает к восьми горелочным модулям, к которым подается топливо (основное топливо — природный газ, резервное — жидкое). Горение про­исходит на коротком участке пламенной трубы, где температура составляет примерно 1450 °С. Относительно низкая температура горения сдерживает образование вредных оксидов азота. Изнутри пламенная труба покрыта термостойкими керамическими плитками, защищающими пламенную трубу от действия высокой температуры. Сама пламенная труба выполнена из инконеля — сплава на основе никеля с высоким содержанием хрома. В нижней части пламенной трубы имеются специальные окна (не показанные на рис. 14.5), через которые подводится вторичный воздух. Его смешение с продуктами сгорания и тщательное перемешивание в переходных элементах 15 обеспечивает перед сопловым аппаратом 1-й ступени газовой турби­ны температуру газов 1100 °С. Именно эта температура представлена в табл. 7.2. Температура за соплами 1-й ступени при стандартных условиях на входе в компрессор составляет 1050 °С.

На рис. 14.6, а показана фотография пламенной трубы снаружи (горелочное устройство устанавливается сверху). Внизу пламенной трубы видны упомянутые выше прямоугольные окна для прохода вторичного воздуха. Фотография, представленная на рис. 14.6, б, дает вид на крышку пламенной трубы изнутри (со стороны выхода газов). Хорошо видно расположение всех восьми горелочных модулей, облицовочные керамиче­ские плитки и окна для прохода вторичного воздуха.

На рис. 14.7 приведена схема горелочного модуля, представляющий собой комбинацию трех горелок, т.е. устройств, предназначенных для сжигания газа, и одной форсунки, служащей для сжигания жидкого топлива. Такой горелочный модуль называется комбинированным. При мощности ГТУ более 50 %, т.е. при нормальной ее работе используется так называемая горелка с предварительным смешением. Топливный газ подается в коллектор 1, а из него — к многочисленным перфорированным трубкам 6. В кольцевое пространство между трубками подается воздух. Решетка 10 турбулизирует поток и в результате на выходе из горелки создается однородная смесь топлива и воздуха. Эта смесь поджигается постоянно горящей пилотной («дежурной») горелкой (о ней рассказано ниже). Горение такой смеси происходит по законам кинетики химических реакций. Поэтому его называют кинетическим. Оно происходит сразу во всем объеме и на коротком участке пламенной трубы. Главная особенность горения топлива с предварительным смешением — образование малого количества оксидов азота и оксида углерода.

Однако горелки с предварительным смешением имеют и недостаток: при малых нагрузках, т.е. при малых расходах топливного газа по отношению к поступающему воздуху (напомним, что, так как компрессор имеет постоянную частоту вращения, то расход воздуха можно уменьшить сравнительно мало только с помощью входного направляющего аппарата компрессора), горение становится неустойчивым. Поэтому горелочный модуль снабжают диффузионной горелкой (без предварительного смешения), работающей при малых нагрузках, в частности при пуске и наборе начальной нагрузки. Через кольцевые полости 3 подается горючий газ, который не успевает смешаться с воздухом VI, а само горение происходит на выходе из горелки в факеле по мере перемешивания топлива и воздуха. Такое горение определяется скоростью диффузии, т.е. механического проникновения топлива в воздух. Поэтому его называют диффузионным, а саму горелку — диффузионной. Горелку, сочетающую в себе горелку с предварительным смешением и диффузионную, часто называют гибридной. Диффузионное горение более устойчиво, чем кинетическое, но характеризуется высоким уровнем вредных выбросов.

Наконец, третья горелка — это пилотная диффузионная горелка, к которой газ подается по нескольким трубкам 2. Она горит постоянно при работе и горелок с предварительным смешением, и диффузионных.

При работе на жидком топливе используется центробежная форсунка 9. С ее помощью на выходе создается коническая закрученная струя топлива, которая распадается на мелкие капли, смешивается с воздухом и обеспечивает диффузионное горение. К форсунке жидкое топливо подается в постоянном количестве (поток IX), а отводится в разном (поток X). Увеличивая обратный поток, изменяют расход топлива в зону горения.

На рис. 14.8 показана конструкция горелочного модуля. Его закрепляют фланцем 3 на корпусе камеры сгорания. Нижней конической поверхностью модуль свободно входит в отверстия верхней части камеры сгорания. Пользуясь рис. 14.7, легко уяснить назначение отдельных элементов горелочного модуля, показанного на рис. 14.8. Дополнительно на нем показан коллектор 4 подачи пара или воды для так называемого «экологического впрыска», предназначенного для подавления оксидов азота при работе на специфических видах топлива. При этом вместе с подавлением оксидов азота происходит и снижение экономичности. Заметим, однако, что горелки, установленные на ГТУ V94.2 Северо-Западной ТЭЦ экологического впрыска не имеют.

На рис. 14.9 показан вид на камеру сгорания, дающий представление о подаче топлива. Видны фланцы горелочных модулей 2. Топливо к ним подводится с помощью топливных клапанов 7 и коллекторов. Топливные клапаны управляются системами управления и регулирования.

На рис. 14.10 показано, как изменяется количество оксидов азота и оксида углерода в процессе нагружения ГТУ. Пуск и начальное нагружение ведут с использованием диффузионной горелки при прикрытом ВНА, вплоть до нагрузки примерно 40 %. Далее переходят на горелки с предварительным смешением и вредные выбросы резко уменьшаются, обеспечивая хорошие экологические показатели.