Горение газообразного топлива

Физические свойства

Уравнение горения:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O

Факторы горения:

1. Количество тепла достаточное для воспламенения

2. Соотношение: на 1 м³ газа необходимо 10 м³ воздуха

Рис. 28. Схема химического процесса горения.

Вопросы для самопроверки:

1. Классификация топлива.

2. Рабочая, горючая и сухая массы топлива.

3. Преимущества и недостатки газообразного топлива.

4. Физические свойства и факторы горения.

5. Химический процесс горения.

Камера сгорания. Назначение, типы, коэффициент избытка топлива. Основные узлы КС и рабочие процессы.

Камера сгорания.

Назначение: преобразование химической энергии топлива в тепловую путем организации эффективного сгорания топлива в потоке сжатого воздуха поступающего из компрессора.

Рис. 29. Диаграмма процесса горения.

Горение – быстро протекающий химический процесс окисления топлива, сопровождающийся выделением большого количества тепла.

L₀ – стехиометрический коэффициент (минимальная масса воздуха необходимая для полного сгорания 1 кг топлива)

Необходимо 14,5 кг воздуха.

α – коэффициент избытка воздуха

Максимальная эффективность процесса горения – при α=1. В этом случае полностью сгорает все топливо и полностью используется весь кислород, содержащийся в воздухе зоны горения. На практике для гарантированного сгорания топлива поддерживается α=1,1-1,2. Температура в зоне горения при этом может достигать 2000⁰С.

Однако, на выходе из камеры сгорания температура потока должна быть в допустимых пределах по жаропрочности лопаток и узлов турбины, а это 800⁰С-900⁰С. Организация устойчивого процесса горения при такой температуре невозможна. Поэтому в камерах сгорания любого типа ГТУ используется принцип двухзонности, а именно: локализация зоны горения, внутри зоны смешения.

На всех режимах работы двигателя «первичным воздухом» в зоне горения обеспечивается α=1,1-1,2, чем создаются благоприятные условия для быстрого, устойчивого и полного сгорания топлива. В зоне смешения раскаленные газы перемешиваются с относительно холодным «вторичным воздухом», в результате чего на выходе из камеры сгорания температура потока не превышает 800⁰С-900⁰С.

Рис. 30. Распределение воздушного потока в камере сгорания.

«Первичный воздух»:

– (25-30)% - через завихрители и стабилизаторы пламени в зону горения.

«Вторичный воздух»:

– (50-60)% - через отверстия смесителя для перемешивания с «первичным воздухом» и создания приемлемого поля температур на выходе из камеры сгорания;

– (10-25)% - пленочное охлаждение стенок жаровых труб (через щелевые или «терочные» отверстия).

Принципы организации рабочего процесса в камере сгорания:

– Двухзонность (подробно сказано выше).

– Снижение скорости воздуха во входном диффузоре до 50-60 м/сек с целью предотвращения срыва пламени.

– Максимальное перемешивание смеси (с помощью завихрителей и стабилизаторов пламени и дальнейшее снижение скорости потока до 15-25 м/сек).

– Пленочное охлаждение стенок жаровой трубы (тонкий слой вторичного воздуха вдоль стенок жаровой трубы).