RU2419032C2 - Устройство для модифицирования состава газообразного топлива - Google Patents

Устройство для модифицирования состава газообразного топлива Download PDF

Info

Publication number
RU2419032C2
RU2419032C2 RU2008111638/06A RU2008111638A RU2419032C2 RU 2419032 C2 RU2419032 C2 RU 2419032C2 RU 2008111638/06 A RU2008111638/06 A RU 2008111638/06A RU 2008111638 A RU2008111638 A RU 2008111638A RU 2419032 C2 RU2419032 C2 RU 2419032C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
combustion
partial
partial combustion
oxidizing agent
Prior art date
Application number
RU2008111638/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008111638A (ru
Inventor
Ульф НИЛЬССОН (GB)
Ульф Нильссон
Питер СИНЬОР (US)
Питер СИНЬОР
Найджел УИЛБРАХЕМ (GB)
Найджел УИЛБРАХЕМ
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Publication of RU2008111638A publication Critical patent/RU2008111638A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2419032C2 publication Critical patent/RU2419032C2/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/08Engines characterised by precombustion chambers the chamber being of air-swirl type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/10Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/24Heat or noise insulation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/042Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with fuel supply in stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F23D99/002Burners specially adapted for specific applications
    • F23D99/004Burners specially adapted for specific applications for use in particular heating operations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23KFEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F23K5/002Gaseous fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00Regulating fuel supply
    • F23N1/02Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34Feeding into different combustion zones
    • F23R3/346Feeding into different combustion zones for staged combustion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройству для модифицирования состава газообразного топлива. Изобретение содержит средства подвода газообразного топлива; средства подвода окислителя; средства сжигания топлива, использующие окислитель, для частичного сжигания первой части топлива с получением продуктов частичного сгорания, включающих промежуточные продукты сгорания, при этом продукты частичного сгорания смешивают с остальной частью топлива, не сжигаемой частично, обеспечивая тем самым получение модифицированного топлива, при этом частичное сжигание регулируют так, чтобы обеспечить выход промежуточных продуктов сгорания, необходимых для получения предварительно заданного модифицированного топлива. Изобретение позволяет повысить стабильность процесса горения. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к устройству для модифицирования состава газообразного топлива.
Известно, что для снижения содержания нежелательных побочных продуктов процесса горения в газотурбинных двигателях уменьшают температуру горения, т.е. уменьшают выброс из двигателя загрязняющих веществ. Уменьшение температуры горения снижает образование NOx (окислов азота). Однако уменьшение этой температуры не должно быть слишком значительным, поскольку в противном случае это приведет к увеличению содержания окиси углерода и несгоревших углеводородов.
Проблема, возникающая при понижении температуры горения в газотурбинном двигателе, заключается в ослаблении пламени горения или в срыве пламени. Другими словами, уменьшение температуры горения часто приводит к нестабильному горению. Если сжигаемая смесь топлива с воздухом содержит топливо, богатое включениями, то эти включения реально помогают поддерживать процесс горения при понижении температуры. Однако уровень выброса загрязняющих веществ не будет таким низким, как это могло быть в том случае, если бы при пониженной температуре горючая смесь была совершенной и однородной смесью.
Как известно, указанную проблему при использовании газообразного топлива в газотурбинных двигателях решают путем подмешивания или обогащения топлива водородом. Водород имеет очень высокую скорость распространения пламени горения и, следовательно, содействует поддержанию пламени горения. Используемый водород может быть выделен из самого топлива путем химического преобразования топлива. В качестве альтернативы может быть использован водород, содержащийся в баллонах. Получение водорода из топлива представляет собой сложный и соответственно дорогостоящий процесс. В случае использования баллонного водорода может потребоваться большое количество баллонов в рабочих условиях с ограниченным располагаемом объемом.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечивается устройство для модифицирования состава газообразного топлива, содержащее средства подвода газообразного топлива, средства подвода окислителя, средства для сжигания топлива, использующие окислитель для частичного сжигания первой части топлива с получением в результате продуктов частичного сгорания, включая промежуточные продукты сгорания, при этом продукты частичного сгорания смешивают с остальной частью топлива, не сжигаемой частично, тем самым обеспечивая получение модифицированного топлива, причем частичное сжигание регулируют так, чтобы обеспечить получение промежуточных продуктов сгорания, необходимых для получения предварительно заданного модифицированного топлива.
Предпочтительно средства подачи топлива включают трубопровод, по которому протекает газообразное топливо; средства подачи окислителя включают один или большее количество подводящих труб, которые проходят через стенки указанного трубопровода; а средства для сжигания топлива размещены, по существу, внутри трубопровода на пути движения потока топлива по трубопроводу.
Предпочтительно средства для сжигания включают горелку для смешивания окислителя с первой частью топлива, камеру сгорания, расположенную ниже по ходу движения потока от горелки, в которой (в камере) осуществляется указанное частичное сжигание первой части топлива, и воспламенитель для инициирования частичного сжигания топлива.
Камера сгорания, в её зоне, находящейся ниже по ходу движения потоку, может содержать отверстия для ослабления горения, при этом остальная часть топлива, не сжигаемая частично, проходит через указанные отверстия для ослабления горения из внешнего объема (снаружи) во внутренний объем камеры сгорания с тем, чтобы ослаблять процесс частичного сгорания топлива в камере и перемешиваться с указанными продуктами частичного сгорания.
Камера сгорания может содержать отверстия для эффузионного охлаждения, через которые указанная остальная часть топлива, не сжигаемая частично, проходит из внешнего объема во внутренний объем камеры сгорания для охлаждения стенок камеры.
В устройстве, описанном ниже в качестве примера выполнения, горелка содержит размещенный выше по потоку дисковый элемент, снабженный отверстиями для прохода окислителя, сообщающимися с указанными входными подводящими трубами, радиальный завихритель, установленный ниже по потоку от указанного дискового элемента, предназначенный для придания такого направления указанной первой части топлива, чтобы она транспортировалась, по существу, радиально внутрь и приобретала вращательное вихревое движение, при этом в радиальный завихритель поступает поток окислителя из отверстий в дисковом элементе для его перемешивания с первой частью топлива, а ниже по потоку от радиального завихрителя размещена предкамера, в которую поступает вихревой поток топлива и окислителя из завихрителя.
В устройстве, описанном ниже в качестве примера, расположенный выше по потоку дисковый элемент выполнен таким, что топливо может проходить вокруг и через центральную часть дискового элемента, при этом поток топлива ударяется в центральную часть и охлаждает её прежде, чем проходит вокруг/сквозь центральную часть дискового элемента и достигает центральной зоны радиального завихрителя.
Устройство, описанное ниже в качестве одного из примеров выполнения, снабжено экранирующим удлинителем указанной камеры сгорания, способствующим перемешиванию указанной остальной части топлива, не сжигаемой частично, с продуктами частичного сжигания, при этом экранирующий удлинитель отделен зазором от стенок трубопровода так, чтобы он мог охлаждаться топливом, проходящим между этим удлинителем и стенками трубопровода.
Устройство, описанное ниже в качестве одного из примеров, включает вихревой диод, расположенный выше по потоку от средств для сжигания, служащий для уменьшения проходного сечения выше по потоку от места пульсаций давления и/или шума, возникающего в процессе горении при функционировании средств сжигания.
Предпочтительно указанное регулирование частичного сжигания включает регулирование соотношения содержания окислителя и топлива при частичном сжигании для содействия производству промежуточного продукта сгорания - оксида углерода. Газообразное топливо может представлять собой метан.
Настоящее изобретение распространяется на газотурбинный двигатель, снабженный описанным выше устройством, установленным в трубопроводе для подвода топлива.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения обеспечивается способ модифицирования состава газообразного топлива, включающий стадии: использования окислителя для частичного сжигания первой части газообразного топлива с получением продуктов частичного сгорания, включающих промежуточные продукты сгорания, и перемешивание продуктов частичного сгорания с остальной частью топлива, не сжигаемой частично, обеспечивая тем самым получение модифицированного топлива, при этом указанное частичное сжигание регулируют так, чтобы обеспечить получение промежуточных продуктов сгорания, необходимых для производства предварительно заданного модифицированного топлива.
Изобретение далее будет раскрыто в виде примера со ссылкой на сопровождающие чертежи.
Фиг.1 - схематическое изображение первого устройства, соответствующего настоящему изобретению.
Фиг.2 - вид в направлении, показанном стрелкой В на фиг.1.
Фиг.3 - вид в направлении, показанном стрелкой А на фиг.1.
Фиг.4 - разрез по линии IV-IV на фиг.1.
Фиг.5 - схематическое изображение второго устройства, соответствующего настоящему изобретению.
Фиг.6 - разрез по линии VI-VI на фиг.5.
Фиг.7 - схематическое изображение третьего устройства, соответствующего настоящему изобретению.
Фиг.8 - схематическое изображение четвертого устройства, соответствующего настоящему изобретению.
Фиг.9а, 9b и 9с - диаграммы, иллюстрирующие получение оксида углерода при использовании устройства, соответствующего настоящему изобретению.
Фиг. 10 - таблица, в которой приведен типичный покомпонентный состав газообразных топлив для газотурбинных двигателей.
Описанное ниже устройство обогащает подводимое газообразное топливо для газотурбинного двигателя, включающее метан, продуктами частичного сгорания части этого подводимого топлива, включающими промежуточные продукты сгорания, в частности оксид углерода. Высокая скорость распространения пламени оксида углерода способствует поддержанию пламени горения при последующем сжигании обогащенного топлива в газотурбинном двигателе. Кроме того, оксид углерода является особенно подходящим для поддерживания пламени на границе между высоким и низким расходами, т.е. окись углерода характеризуется высоким сопротивлением возмущениям. Это свойство является желательным для предотвращения срыва пламени при горении в газотурбинном двигателе.
Первое устройство, представленное на фиг.1-4, содержит средства 2 для подачи топлива, например трубопровод для подачи топлива под высоким давлением, включающего метан, средства (3) подвода окислителя, например подводящие трубы для впуска воздуха, средства для сжигания, например горелку 1, жаровую трубу 10 и воспламенитель 9. Подводящие трубы являются механической опорой для горелки 1. В качестве альтернативы могут быть использованы отдельные поддерживающие распорки. Топливо, включающее метан, протекает по трубопроводу для подачи топлива в направлении, показанном стрелкой 14, для питания топливом газотурбинного двигателя. Горелка 1 включает передний дисковый элемент 6, радиальный завихритель 5, содержащий завихряющие каналы 5а (см. фиг.4), и предкамеру 7.
Топливо, включающее метан, поступает с левой стороны на фиг.1 и проходит между подводящими трубами, предназначенными для впуска воздуха. Некоторая часть топлива поступает в каналы 5а завихрителя, при прохождении которых оно перемещается радиально внутрь в направлении предкамеры 7. Остальная часть топлива продолжает протекать по трубопроводу для подачи топлива и достигает жаровой трубы 10.
Воздух подводится по подводящим трубам и инжектируется через отверстия 4, имеющиеся в задней поверхности дискового элемента 6. Топливо и воздух перемешиваются в завихренном потоке внутри предкамеры 7 таким образом, что в центральной области потока на удалении от стенок предкамеры 7 образуется горючая смесь.
Полученная горючая смесь поступает в жаровую трубу 10. Воспламенитель 9 инициирует первоначальное горение (пламя показано на фиг.1 позицией 8). После этого горение проходит в режиме самоподдерживания. Образование горючей смеси в центральной зоне предкамеры 7 на удалении от стенок предкамеры 7 способствует тому, чтобы горячие благодаря пламени 8 газы не контактируют со стенками жаровой трубы 10 и поэтому не повреждают их тепловым воздействием. Кроме того, в стенках жаровой трубы 10 выполнены отверстия 11 для эффузионного охлаждения, позволяющие некоторому количеству из вышеупомянутой оставшейся части топлива (несжигаемой части топлива) проходить через трубу 10 (см. стрелки 21) с тем, чтобы отводить теплоту, излучаемую пламенем 8 на трубу 10.
Подача воздуха через подводящие трубы организована таким образом, чтобы она была достаточной для полного сгорания топлива, с которым этот воздух смешивается в предкамере 7. Другими словами, подача воздуха обеспечивается такой, чтобы смесь воздуха с топливом в предкамере 7 представляла собой топливо, богатое в такой степени, чтобы внутри жаровой трубы 10 происходило лишь частичное сгорание топлива. Это частичное сгорание приводит к получению промежуточных продуктов сгорания, в частности оксида углерода. Недостаточный подвод воздуха, кроме того, приводит к тому, что горение внутри трубопровода для подачи топлива не становится неконтролируемым процессом.
Горение внутри жаровой трубы 10 ослабляется за счет струй 12 для разбавления, сформированных частью топлива, не подверженной сжиганию, проходящих через гасящие отверстия 13, имеющиеся в жаровой трубе 10. Подача разбавляющих струй также содействует тщательному перемешиванию несгоревшего топлива с продуктами частичного сгорания, включающими оксид углерода. Ослабление горения с помощью струй 12 для разбавления минимизирует производство нежелательных промежуточных продуктов сгорания, а именно углерода и сажи (образование углерода происходит в больший период времени по сравнению с оксидом углерода). Перемешивание горячих продуктов частичного сгорания с несжигаемым топливом охлаждает продукты сгорания, предотвращая их слишком сильный нагрев.
Полученное топливо, содержащее метан и обогащенное оксидом углерода, затем подается в газотурбинный двигатель. Как объяснялось выше, оксид углерода создает эффект стабилизации процесса горения в газотурбинном двигателе. Цель заключается в том, чтобы смесь воздух/топливо, частично сжигаемая в жаровой трубе 10, была такой, чтобы произвести максимальное количество оксида углерода.
На фиг.9а, 9b и 9с представлены диаграммы, иллюстрирующие образование оксида углерода (в мольных долях) для различных эквивалентных отношений (ЭО) компонентов смеси и давлений. Диаграмма на фиг.9а построена для температуры топлива, включающего метан 300К (149°С); диаграмма на фиг.9b - для температуры топлива равной 400К (204°С), а диаграмма на фиг.9с - для температуры топлива 500К (260°С). Эквивалентное отношение содержаний компонентов смеси воздух/топливо (ЭО) определяется как отношение топлива к воздуху в смеси, разделенное на так называемую стехиометрическую величину. Указанная стехиометрическая величина представляет собой соотношение топливо/воздух, которое обеспечивает полное сгорание (в отличие от частичного сгорания). Таким образом, смесь, богатая топливом, характеризуется величиной ЭО больше единицы. Давления на диаграммах относятся к давлению топлива, включающего метан, в трубопроводе для подачи топлива.
Как видно, смесь воздуха и топлива при величине ЭО, составляющей примерно от 2 до 3,5, имеет тенденцию к максимальному производству оксида углерода в интервале температур от 149 до 260°С.
Второе воплощение устройства, представленное на фиг.5 и фиг.6, выполнено таким же, как и первое, за исключением того, что круговая центральная часть 16 переднего дискового элемента 6 горелки 1 выполнена с уменьшенной в некоторой степени толщиной и образованным вокруг неё кольцевым зазором 23. Центральная часть 16 удерживается внутри дискового элемента 6 с помощью опорных звеньев 31 (см. фиг.6). Топливо 15 ударяется о переднюю поверхность центральной части 16 и охлаждает ее перед тем, как оно проходит через кольцевой зазор 23 и перемешивается с воздухом в предкамере 7. В качестве альтернативы кольцевому зазору, окружающему центральную часть 16, в теле центральной части 16 могут быть выполнены сквозные отверстия. В этом случае топливо прежде чем оно будет проходить через эти отверстия и перемешиваться с воздухом в предкамере 7, будет ударяться о переднюю поверхность центральной части 16 и охлаждать ее.
На фиг.7 представлено третье воплощение устройства, которое выполнено таким же, как и первое, за исключением того, что жаровая труба 10 в качестве ее продолжения дополнена экранирующим удлинителем 17. Экранирующий удлинитель 17 имеет достаточную длину, чтобы обеспечить полное перемешивание струями 12 для разбавления несжигаемого топлива с продуктами частичного сгорания, полученными в жаровой трубе 10. Наличие экранирующего удлинителя 17 обеспечивает то, что «горячие точки» продуктов частичного сгорания не достигнут стенок трубопровода, что могло бы ослабить стенки, способствовать их коррозии и прожогу.
На фиг.8 представлено четвертое воплощение устройства, которое выполнено таким же, как и третье, за исключением того, что выше по потоку от горелки 1 дополнительно установлен вихревой диод 18 в целях значительного уменьшения проходного сечения канала выше по потоку от места пульсаций давления и/или шума, возникающего при горении, производимого устройством, например, для того, чтобы избежать распространение возмущения от такого же устройства, подсоединенного к одному и тому же топливному коллектору 19.
В устройстве, описанном выше в качестве примера, радиальный завихритель смешивает часть подачи газообразного топлива с воздухом так, чтобы создать смесь, богатую топливом, для частичного сжигания. Следует принять во внимание, что нет необходимости осуществлять это перемешивание именно с использованием радиального завихрителя. Например, перемешивание можно осуществлять с помощью осевого завихрителя или с помощью перемешивающего устройства, отличающегося от завихрителя.
Устройство, описанное выше в качестве примера, обогащает оксидом углерода чистый метан, используемый в качестве топлива для газотурбинного двигателя. Конечно, при практическом коммерческом использовании устройства обогащаемым топливом газотурбинного двигателя не может быть чистый метан, а может быть использовано промышленное топливо газотурбинного двигателя. Ниже приведены примеры трех промышленных топлив для газотурбинного двигателя: биогаз, природный газ Великобритании и нефтезаводской газ. В таблице на фиг. 10 приведены типичные покомпонентные составы трех этих топлив. Количества в таблице даны в объемных процентах.
В устройстве, описанном выше в качестве примера, часть газообразного топлива отбирают, частично сжигают и затем перемешивают с остальной, не сжигаемой частично частью с получением конечного топлива. Частичное сжигание регулируют так, чтобы активизировать получение промежуточного продукта сгорания - оксида углерода с тем, чтобы конечное топливо было обогащено оксидом углерода, что позволяет повысить стабильность процесса горения. Однако необходимо принимать во внимание, что частичное сжигание топлива можно регулировать с целью активизирования процесса получения промежуточного продукта сгорания, отличающегося от оксида углерода, также обеспечивающего повышение стабильности горения. Следует понимать, что задача частичного сжигания заключается в том, чтобы обеспечить промежуточные продукты сгорания, в которых располагаемые химические валентные связи не полностью насыщены. Такие продукты характеризуются высокой химической активностью (реакционную способность) и, следовательно, имеют высокие скорость распространения пламени и сопротивление возмущениям (см. упоминание об этом ранее в отношении оксида углерода). Кроме того, такие продукты способны также ослаблять или "захватывать" связи молекул несгоревшего топлива, повышая химическую активность этих молекул. Помимо того, необходимо отметить, что конечное обогащенное топливо вследствие частичного сгорания находится при повышенной температуре. Эта повышенная температура также повышает химическую активность топлива.
Следует также понимать, что настоящее изобретение создает желательный эффект восстановления определенного количества связанного азота, присутствующего в составе топлива, посредством восстановления связанного азота до азота N2. Хотя газообразное топливо обычно содержит весьма незначительное количество связанного азота, восстановление определенного количества связанного в топливе азота полезно при стремлении получить сверхнизкий- или крайне низкий выход из топлива веществ, загрязняющих атмосферу.
Устройство, описанное выше в качестве примера, обогащает газообразное топливо, предназначенное для подачи в газотурбинный двигатель. Следует принимать во внимание, что настоящее изобретение может быть использовано для обогащения газообразного топлива и для подачи в поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором требуется или желательно увеличить скорость сгорания топлива в двигателе.

Claims (23)

1. Устройство для модифицирования состава газообразного топлива, содержащее средства (2) для подачи топлива, средства (3) подвода окислителя, средства (1, 9, 10) для сжигания топлива, использующие окислитель для частичного сжигания первой части топлива с получением в результате продуктов частичного сгорания, включающих промежуточные продукты сгорания, при этом продукты частичного сгорания смешивают с остальной частью топлива, не сжигаемой частично, обеспечивая тем самым модифицированное топливо, при этом средство (10) для сжигания топлива снабжено отверстиями (13) для ослабления горения, обеспечивающими дополнительное регулирование частичного сжигания с помощью струй (12) для разбавления, образованных из остальной части топлива, причем остальная часть топлива поступает в зону частичного сжигания с тем, чтобы обеспечить получение промежуточных продуктов сгорания, необходимых для получения предварительно заданного модифицированного топлива.
2. Устройство по п.1, в котором средства (2) для подачи топлива включают трубопровод, по которому протекает газообразное топливо, средства (3) подвода окислителя включают одну или большее количество подводящих труб, которые проходят через стенки указанного трубопровода, а средства (1, 9, 10) для сжигания топлива размещены, по существу, внутри трубопровода на пути движения потока топлива по трубопроводу.
3. Устройство по п.2, в котором средства (1, 9, 10) для сжигания топлива включают горелку для смешивания окислителя с первой частью топлива, камеру сгорания, расположенную ниже по ходу движения потока от горелки, в которой осуществляется указанное частичное сжигание первой части топлива, и воспламенитель для инициирования частичного сжигания топлива.
4. Устройство по п.3, в котором в зоне, находящейся ниже по потоку от камеры сгорания (10), выполнены отверстия (13) для ослабления горения.
5. Устройство по п.3, в котором камера сгорания снабжена отверстиями (11) для эффузионного охлаждения, через которые указанная остальная часть топлива, не сжигаемая частично, проходит из внешнего объема во внутренний объем камеры сгорания для охлаждения стенок камеры.
6. Устройство по п.4, в котором камера сгорания снабжена отверстиями (11) для эффузионного охлаждения, через которые указанная остальная часть топлива, не сжигаемая частично, проходит из внешнего объема во внутренний объем камеры сгорания для охлаждения стенок камеры сгорания.
7. Устройство по п.3, в котором горелка содержит размещенный выше по потоку дисковый элемент (6), снабженный отверстиями (4) для прохода окислителя, которые сообщаются с указанными входными подводящими трубами, радиальный завихритель (5), размещенный ниже по потоку от указанного дискового элемента (6), предназначенный для придания указанной первой части топлива такого направления, чтобы она транспортировалась, по существу, радиально внутрь и приобретала вихревое движение, при этом в радиальный завихритель (5) поступает поток окислителя из отверстий (4) в дисковом элементе (6) для его перемешивания с первой частью топлива, а ниже по потоку от радиального завихрителя (5) размещена предкамера (7), в которую поступает вихревой поток топлива и окислителя из завихрителя (5).
8. Устройство по п.4, в котором горелка содержит размещенный выше по потоку дисковый элемент (6), снабженный отверстиями (4) для прохода окислителя, которые сообщаются с указанными входными подводящими трубами, радиальный завихритель (5), размещенный ниже по потоку от указанного дискового элемента (6), предназначенный для придания указанной первой части топлива такого направления, чтобы она транспортировалась, по существу, радиально внутрь и приобретала вихревое движение, при этом в радиальный завихритель (5) поступает поток окислителя из отверстий (4) в дисковом элементе (6) для его перемешивания с первой частью топлива, а ниже по потоку от радиального завихрителя (5) размещена предкамера (7), в которую поступает вихревой поток топлива и окислителя из завихрителя (5).
9. Устройство по п.5, в котором горелка содержит размещенный выше по потоку дисковый элемент (6), снабженный отверстиями (4) для прохода окислителя, которые сообщаются с указанными входными подводящими трубами, радиальный завихритель (5), размещенный ниже по потоку от указанного дискового элемента (6), предназначенный для придания указанной первой части топлива такого направления, чтобы она транспортировалась, по существу, радиально внутрь и приобретала вихревое движение, при этом в радиальный завихритель (5) поступает поток окислителя из отверстий (4) в дисковом элементе (6) для его перемешивания с первой частью топлива, а ниже по потоку от радиального завихрителя (5) размещена предкамера (7), в которую поступает вихревой поток топлива и окислителя из завихрителя (5).
10. Устройство по п.6, в котором расположенный выше по потоку дисковый элемент (6) выполнен таким, что топливо может проходить вокруг и через центральную часть (16) дискового элемента (6), при этом поток топлива ударяется в центральную часть (16) и охлаждает ее прежде, чем он проходит вокруг/сквозь центральную часть (16) дискового элемента и достигает центральной зоны радиального завихрителя (5).
11. Устройство по любому из пп.4-10, кроме того, содержащее экранирующий удлинитель (17) указанной камеры сгорания, способствующий перемешиванию указанной остальной части топлива, не сжигаемой частично, с продуктами частичного сжигания, при этом экранирующий удлинитель (17) отделен зазором от стенок трубопровода так, чтобы он мог охлаждаться топливом, проходящим между этим экранирующим удлинителем (17) и стенками трубопровода.
12. Устройство по любому из пп.2-10, кроме того, содержащее вихревой диод (18), расположенный выше по потоку от средств (1, 9, 10) для сжигания, служащий для уменьшения проходного сечения выше по потоку от места пульсаций давления и/или шума, возникающего в процессе горении при функционировании средств (1, 9, 10) для сжигания.
13. Устройство по п.11, кроме того, содержащее вихревой диод (18), расположенный выше по потоку от средств (1, 9, 10) для сжигания, служащий для уменьшения проходного сечения выше по потоку от места пульсаций давления и/или шума, возникающего в процессе горении при функционировании средств (1, 9, 10) сжигания.
14. Устройство по любому из пп.1-10, в котором регулирование частичного сжигания включает регулирование соотношения содержаний окислителя и топлива, осуществляемое при частичном сжигании, способствующее производству промежуточного продукта сгорания - оксида углерода.
15. Устройство по п.11, в котором регулирование частичного сжигания включает регулирование соотношения содержаний окислителя и топлива, осуществляемое при частичном сжигании, способствующее производству промежуточного продукта сгорания - оксида углерода.
16. Устройство по 12, в котором регулирование частичного сжигания включает регулирование соотношения содержаний окислителя и топлива, осуществляемое при частичном сжигании, способствующее производству промежуточного продукта сгорания - оксида углерода.
17. Устройство по 13, в котором регулирование частичного сжигания включает регулирование соотношения содержаний окислителя и топлива, осуществляемое при частичном сжигании, способствующее производству промежуточного продукта сгорания - оксида углерода.
18. Устройство по любому из пп.1-10, в котором в качестве окислителя используют воздух.
19. Устройство по п.11, в котором в качестве окислителя используют воздух.
20. Устройство по любому из пп.1-10, в котором газообразное топливо является топливом для газотурбинного двигателя или топливом для поршневого двигателя внутреннего сгорания и/или включает метан.
21. Устройство по любому из пп.1-7, в котором газообразное топливо является топливом для газотурбинного двигателя или топливом для поршневого двигателя внутреннего сгорания и/или включает метан.
22. Газотурбинный двигатель, содержащий устройство в соответствии с любым из пп.1-21, установленное в его трубопроводе для подачи топлива.
23. Способ модифицирования состава газообразного топлива, включающий стадии использования окислителя для частичного сжигания первой части газообразного топлива с получением продуктов частичного сгорания, включающих промежуточные продукты сгорания, и перемешивания продуктов частичного сгорания с остальной частью топлива, не сжигаемой частично, обеспечивая тем самым получение модифицированного топлива, при этом частичное сжигание регулируют так, чтобы обеспечить получение промежуточных продуктов сгорания, необходимых для производства предварительно заданного модифицированного топлива.
RU2008111638/06A 2005-08-27 2006-07-31 Устройство для модифицирования состава газообразного топлива RU2419032C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0517552.6 2005-08-27
GB0517552A GB2429516B (en) 2005-08-27 2005-08-27 An apparatus for modifying the content of a gaseous fuel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008111638A RU2008111638A (ru) 2009-10-10
RU2419032C2 true RU2419032C2 (ru) 2011-05-20

Family

ID=35198516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008111638/06A RU2419032C2 (ru) 2005-08-27 2006-07-31 Устройство для модифицирования состава газообразного топлива

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20090249793A1 (ru)
EP (1) EP1917470A1 (ru)
JP (1) JP4660594B2 (ru)
CN (1) CN101253366B (ru)
BR (1) BRPI0615240A2 (ru)
GB (1) GB2429516B (ru)
RU (1) RU2419032C2 (ru)
WO (1) WO2007025822A1 (ru)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1956296A1 (en) * 2007-02-12 2008-08-13 Siemens Aktiengesellschaft Fuel supply module
US8413446B2 (en) * 2008-12-10 2013-04-09 Caterpillar Inc. Fuel injector arrangement having porous premixing chamber
FR2953280B1 (fr) * 2009-11-30 2014-10-10 Fives Stein Procede de correction des reglages de combustion d'un ensemble de chambres de combustion et installation mettant en oeuvre le procede
US20120052451A1 (en) * 2010-08-31 2012-03-01 General Electric Company Fuel nozzle and method for swirl control
WO2013009211A1 (en) * 2011-07-14 2013-01-17 General Electric Company Fuel cooled combustor
JP5911387B2 (ja) * 2012-07-06 2016-04-27 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン燃焼器およびガスタービン燃焼器の運用方法
CN105164471B (zh) 2013-03-13 2017-09-08 工业涡轮(英国)有限公司 贫方位角火焰燃烧器
CN104566463B (zh) * 2014-11-29 2016-12-07 哈尔滨广瀚燃气轮机有限公司 燃气轮机低排放燃烧室空气调节装置
PL3420277T3 (pl) * 2016-02-23 2021-04-06 Thermacell Repellents, Inc. Kanister na paliwo i adapter do urządzenia odstraszającego owady
CN107280577B (zh) * 2016-03-31 2020-11-03 康塔有限公司 真空吸尘器
HUE046690T2 (hu) * 2016-09-30 2020-03-30 Siemens Ag Égetõberendezés égõvel és turbulens áramlásokhoz átfolyásmérõ egységgel
US11156164B2 (en) 2019-05-21 2021-10-26 General Electric Company System and method for high frequency accoustic dampers with caps
US11174792B2 (en) 2019-05-21 2021-11-16 General Electric Company System and method for high frequency acoustic dampers with baffles
US11846426B2 (en) 2021-06-24 2023-12-19 General Electric Company Gas turbine combustor having secondary fuel nozzles with plural passages for injecting a diluent and a fuel
US12031486B2 (en) 2022-01-13 2024-07-09 General Electric Company Combustor with lean openings
US12018839B2 (en) 2022-10-20 2024-06-25 General Electric Company Gas turbine engine combustor with dilution passages
EP4390226A1 (en) 2022-12-20 2024-06-26 General Electric Company Gas turbine engine combustor with a set of dilution passages
US12158270B2 (en) 2022-12-20 2024-12-03 General Electric Company Gas turbine engine combustor with a set of dilution passages
US12163663B2 (en) 2023-04-17 2024-12-10 Rtx Corporation Fuel cooled fuel-air mixer for turbine engine combustion section

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU208871A1 (ru) * Н. П. Табунщиков, В. Е. Фильшин , Г. Л. Андрющенко Научно исследовательский институт основной химии Газовая горелка
US3901197A (en) * 1973-05-04 1975-08-26 Toyota Motor Co Ltd Method and device for reforming the quality of fuel oil in an internal combustion engine

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2225647A (en) * 1937-07-14 1940-12-24 John E Liekendael Carburetor
NL253164A (ru) * 1959-07-08
GB1465785A (en) * 1973-03-12 1977-03-02 Tokyo Gas Co Ltd Burner and method of combustion-
US4909727A (en) * 1987-03-04 1990-03-20 Combustion Tec, Inc. Oxygen enriched continuous combustion in a regenerative furance
US4762487A (en) * 1987-08-13 1988-08-09 Gas Research Institute Diode supplied pulsed combustor
US6564556B2 (en) * 1992-10-27 2003-05-20 J. Lyell Ginter High efficiency low pollution hybrid brayton cycle combustor
JP3335713B2 (ja) * 1993-06-28 2002-10-21 株式会社東芝 ガスタービン燃焼器
US5394688A (en) * 1993-10-27 1995-03-07 Westinghouse Electric Corporation Gas turbine combustor swirl vane arrangement
US5725366A (en) * 1994-03-28 1998-03-10 Institute Of Gas Technology High-heat transfer, low-nox oxygen-fuel combustion system
JP3196549B2 (ja) * 1995-01-09 2001-08-06 株式会社日立製作所 燃料改質装置を備えた発電システム
DE19536836C2 (de) * 1995-10-02 2003-11-13 Alstom Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage
DE19654022A1 (de) * 1996-12-21 1998-06-25 Abb Research Ltd Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe
KR100659678B1 (ko) * 1999-08-17 2006-12-21 닛폰화네스코교 가부시기가이샤 연소 방법 및 버너
DE10055613A1 (de) * 2000-11-09 2002-05-23 Xcellsis Gmbh Verfahren zur Zufuhr von Brennstoff und/oder thermischer Energie in einen Gasstrom
DE10061526A1 (de) * 2000-12-11 2002-06-20 Alstom Switzerland Ltd Vormischbrenneranordnung zum Betrieb einer Brennkammer
JP4683787B2 (ja) * 2001-03-09 2011-05-18 大阪瓦斯株式会社 バーナ装置及びガスタービンエンジン
DE50313028D1 (de) * 2002-05-02 2010-10-14 Alstom Technology Ltd Katalytischer Brenner
US20050144961A1 (en) * 2003-12-24 2005-07-07 General Electric Company System and method for cogeneration of hydrogen and electricity

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU208871A1 (ru) * Н. П. Табунщиков, В. Е. Фильшин , Г. Л. Андрющенко Научно исследовательский институт основной химии Газовая горелка
SU167593A1 (ru) *
US3901197A (en) * 1973-05-04 1975-08-26 Toyota Motor Co Ltd Method and device for reforming the quality of fuel oil in an internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
CN101253366A (zh) 2008-08-27
US20090249793A1 (en) 2009-10-08
BRPI0615240A2 (pt) 2011-05-10
GB2429516A (en) 2007-02-28
EP1917470A1 (en) 2008-05-07
RU2008111638A (ru) 2009-10-10
WO2007025822A1 (en) 2007-03-08
JP2009506250A (ja) 2009-02-12
GB0517552D0 (en) 2005-10-05
CN101253366B (zh) 2013-05-15
GB2429516B (en) 2010-12-29
JP4660594B2 (ja) 2011-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2419032C2 (ru) Устройство для модифицирования состава газообразного топлива
CN101368739B (zh) 燃气涡轮发动机内的燃料的燃烧方法和装置
US8176739B2 (en) Coanda injection system for axially staged low emission combustors
CN100473905C (zh) 用于燃烧低热量燃烧气体的预混合燃烧器以及方法
JP2713627B2 (ja) ガスタービン燃焼器、これを備えているガスタービン設備、及びこの燃焼方法
US7874157B2 (en) Coanda pilot nozzle for low emission combustors
US20100095649A1 (en) Staged combustion systems and methods
JP5574659B2 (ja) 連続燃焼ガスタービン及びそのようなガスタービンのための燃焼器の排出物を減少させるための方法
US7513115B2 (en) Flashback suppression system for a gas turbine combustor
CN1039362C (zh) 燃料燃烧器的燃烧方法及设备
CN101881454A (zh) 由惰性气体或较低反应性燃料层进行燃料覆盖
JP2011027395A (ja) ガスタービン予混合システム
CN104870902A (zh) 适合多种燃料的燃气轮机燃烧器
RU2010144549A (ru) Горелка
US20030101729A1 (en) Retrofittable air assisted fuel injection method to control gaseous and acoustic emissions
CA2537926C (en) Pilot combustor for stabilizing combustion in gas turbine engines
JP2009528503A (ja) ガスタービン用燃焼器およびガスタービン用燃焼器の運転方法
JP4352821B2 (ja) 希薄予蒸発予混合燃焼器
JP4482858B2 (ja) 希薄予蒸発予混合燃焼器
JPH0555763B2 (ru)
JP4352824B2 (ja) 希薄予蒸発予混合燃焼器
RU2428627C1 (ru) Горелочное устройство
WO2023187215A1 (en) Gas burner with low nox emission
JPS6055724B2 (ja) ガスタ−ビン燃焼器
JPH08226611A (ja) 燃料の燃焼方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140801