Горелки на жидком топливе

Особенности работы комбинированных горелок на жидком топливе.
Несмотря на то, что природный газ является, безусловно наиболее эффективным и удобным в использовании видом топлива.

При его использовании возникает ряд трудностей, а именно — при значительном понижении температуры наружного воздуха снижается давление газа в трубопроводах, в то же время на котельных в этот период возрастает нагрузка и соответственно требуется большее количество газа. Кроме того, все котельные оказываются привязаны «к одной трубе», то есть в случае аварии на трубопроводе останавливаются и население остается без отопления.

Чтобы предотвратить подобные ситуации на крупных котельных предусматривается возможность работы на резервном виде топлива. Как правило, это жидкие виды топлива — мазут, солярка. Для использования при работе одного котла на разных видах топлива используются комбинированные горелки. В режиме работы на жидком топливе они имеют ряд особенностей.

	На рис. Газотурбинная установка имеет две выносные камеры сгорания, установленные симметрично относительно оси ГТУ. Разрез по камерам сгорания показан на рисунке. . Воздух из выходного диффузора компрессора поступает в кольцевое пространство 9 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. 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.
	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.
Здесь 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.

Так, режим работы горелки на газе не предусматривает необходимость наличия топливного насоса, насос включается только в топливном режиме, для привода его в действие предусматривается отдельный электродвигатель. Топливный насос может монтироваться на двухпроводной системе. Обычно насосы поставляются в комплекте с горелкой. Обязательным является наличие фильтра тонкой очистки подключаемого к всасывающему насосу. К нагнетающему отводу насоса может подсоединяться запорный магнитный топливный клапан, называемый еще предохранительным клапаном. По напорному трубопроводу топливо попадает в распределительный блок, на котором смонтированы еще два магнитных клапана. Через один из них топливо подается к форсункам: малого пламени это — клапан малого пламени, через другой — к форсунке большого пламени — это клапан большого пламени. На корпусе горелки монтируется трансформатор системы зажигания топлива. После клапанов малого и большого пламени, по отдельным трубопроводам топливо поступает к распылительным форсункам.

Горелки такого типа относятся к двухступенчатым. Принцип их действия в следующем — распределение топлива: через клапан малого пламени и подача в форсунку малого пламени, это первая ступень, через клапан большого пламени — в форсунку большого пламени — вторая ступень. Отличительной чертой форсунки малого пламени является расположение перед её распылительным конусом электродов розжига топлива, которые соединяются с трансформатором системы зажигания топлива.

В подобных горелках, работающих на жидком топливе, между насосом и магнитным клапаном встраивается подогреватель топлива, управляемый регулятором температуры. У снабжённых таким подогревателем топлива горелок, перед началом работы, жидкое топливо проходит через отопительный патрон и подогревается до необходимой для распыления температуры. После того, как будет достигнута пусковая температура автоматикой управления запускается горелка.

Горелка после этого осуществляет предварительную вентиляцию в течение заданного времени. Затем серводвигатель приводит воздушные заслонки в положение для малого пламени. Получив соответствующий сигнал, автоматика подаёт напряжение на трансформатор зажигания жидкого топлива, в результате чего между электродами розжига образуется «запальная» искра высокого напряжения. После включения трансформатора розжига включается главный запорный магнитный клапан, а также магнитный клапан малого пламени . Таким образом открывается путь для топлива к распылительной форсунке малого пламени . Выходящее распылённое топливо перемешивается с воздухом, зажигается от искры, и горелка начинает работать на малом пламени — первая ступень. После работы в режиме малого пламени, горелка автоматически регулируется на положение большого пламени — вторая ступень. Поступающее топливо, перемешивается с воздухом, зажигается и горелка работает в режиме большого пламени, на второй ступени.

Про общий принцип работы газовой горелки можно почитать здесь.

Общие принципы устройства и работы автоматики газовых котельных.