В камере сгорания (КС) ГТУ формируется высокотемпературная рабочая среда при сжигании газообразных или жидких органических топлив в потоке сжатого в компрессоре воздуха, который является окислителем в процессе горения. Основным видом топлива для ГТУ является природный газ (по ГОСТ 5542-87 с низшей теплотой сгорания 31,8 МДж/м3 и температурой воспламенения 600-800оС), состоящий из смеси различных углеводородов (более 90% метана) и поступающий на электростанцию от магистрального газопровода. Представителями жидкого топлива являются газотурбинное топливо (по ГОСТ 10433-75 с низшей теплотой сгорания 39,8 МДж/м3 и температурой вспышки 60-65оС), дизельное топливо (по ГОСТ 305-82 с низшей теплотой сгорания 42,8 МДж/м3 и температурой вспышки 35-90оС), а также высококачественный мазут (флотский мазут марок Ф-5, Ф-12).
Устройство камеры сгорания показано на схеме рис. 30.6. Она состоит из корпуса 1, пламенной трубы 2, форсунки 3, через которую подается топливо Т, лопаточного регистра 4 (завихритель воздуха), и запального устройства 6 (свеча). Сжатый воздух с температурой 300-350оС подается из компрессора в КС по переходному патрубку 7. Расход первичного воздуха (через каналы 8) для сжигания топлива в зависимости от его расхода регулируется поворотом лопаток регистра 4 посредством специального механизма управления. Через кольцевое пространство между пламенной трубой и корпусом подается вторичный охлаждающий воздух (через щели 9). Воздух для регулирования температуры газов перед ГТ подается через щели охлаждения 10. Позициями 11 и 12 обозначены переходный и входной каналы (патрубки) перед газовой турбиной.
Рис. 30.6. Схема одноступенчатой КС (а) и ее конструкция (б)
1 – корпус; 2 – пламенная труба; 3 – форсунка; 4 – завихритель воздуха; 5 - трубка; 6 – запальное устройство; 7 – сжатый воздух после компрессора; 8 – воздух для сжигания топлива;
9 – охлаждающий воздух; 10 – воздух для регулирования температуры газов перед ГТ;
11 – переходный патрубок; 12 – вход в ГТ. G В, G 1, G ОХЛ, G 2 – расходы воздуха, направляемого соответственно в камеру сгорания, через регистр, через щели охлаждения и в смеситель; Т – топливо, поступающее через форсунку; ЗОТ – зона обратных токов;
L ОГ – зона горения; L СМ – зона смешения
В камере сгорания выделяют две характерные зоны: L ОГ – зона горения и L СМ – зона смешения. В зоне горения формируется смесь топлива с кислородом первичного воздуха, сгорающая при высокой температуре. Для интенсификации и стабилизации процесса горения в форсуночном устройстве осуществляется интенсивная закрутка воздуха и его смеси с топливом, в результате чего образуется область (зона) обратных токов (ЗОТ). В эту область с более низким статическим давлением подсасывается воздух из завихрителя регистра.
Экономичность камеры сгорания оценивается тепловым КПД hКС, определяющим полноту сгорания топлива. Кроме потери от неполного сгорания топлива (меньше 1% от общего расхода теплоты) он учитывает и потери теплоты в окружающее пространство (менее 0,5% от расхода теплоты). Для современных камер сгорания hКС = 0,97-0,99.
Камеры сгорания ГТУ подразделяются по назначению (основные, промежуточного подогрева газов), компоновке в схеме ГТУ (выносные и встроенные), конструкции корпуса и пламенных труб (индивидуальные, кольцевые, трубчато-кольцевые и секционные), количеству горелок в одной пламенной трубе (одно- и многогорелочные).
Выносные (индивидуальные) камеры сгорания применяются в ряде отечественных (ГТЭ-35-770) и зарубежных (V94.2 и V94.3 «Siemens », GT140 «АВВ») ГТУ (рис. 30.7, а). При наличии положительных качеств, включая хорошие условия для их обслуживания и ремонта, в современных энергетических ГТУ они стали применяться реже (из-за более высоких массогабаритных параметров и дополнительных потерь в тракте газоходов).
А) б)
Рис. 30.7. Конструкции ГТУ с выносными (а) и кольцевыми (б) камерами сгорания
В кольцевых встроенных камерах сгорания (рис.30.7, б) рабочий объем представляет собой сплошное кольцевое пространство между наружной 1 и внутренней 2 обечайками (цилиндрами) шириной 150-200 мм. Цилиндры 8 и 9 составляют кожух камеры. Первичный воздух через устройство 4 подается в зону горения I. Вторичный воздух по кольцевым зазорам 6 и 7 направляется к смесительным насадкам 5, через которые поступает в зону смешения II. Форсунки 3 расположены по всей окружности, что обеспечивает хорошее перемешивание топлива с воздухом и горение по всему кольцевому каналу. Такие камеры имеют меньший объем, более равномерное поле температуры газов на выходе, но они сложнее в эксплуатации и ремонте.