CZ278647B6

CZ278647B6 - Gas turbine combustion chamber

Info

Publication number: CZ278647B6
Application number: CS905790A
Authority: CZ
Inventors: Milos Ing Csc Richter; Stanislav Ing Csc Vesely; Stanislav Ing Paryzek
Original assignee: Prvni Brnenska Strojirna Brno
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1994-04-13
Also published as: CS579090A3

Abstract

The combustion chamber consists of a cover (3) and housing (1) with inner concentrically arranged flue (2), consisting of flue rings (21), with a space between them and the housing (1). The housing (1) is equipped with an air inlet (5) leading into the inner space of the flue (2). In the inner space (16) of the cover (3), on the longitudinal axis of the combustion chamber, a stabilisation burner with gas feed (26) opens into the flue (2). An ignition burner (28) with gas feed (29) opens into the flue (2) together with the main burner consisting of at least one gas feed (22) travelling through the inner space (16) of the cover (3) and opening into at least one ring (7). The rings (7) with holes (24) for the output of gas are concentrically located around the body (4) of the stabilisation burner, having the form of a shrouded insulator stabiliser in radial section. In the inner space (16) of the cover (3) there is a deflector (13) and screen (14) for directing the air feed to the rings (7). For directing the air feed into the inner space of the flue (2) there is a diffuser piece (9) located on the outer wall of the flue ring (21), whereas between the inner wall of the flue ring (21) and wall of the diffuser piece (9), there is an annular space, opening into which is a channel formed between the outer wall of the flue ring (21) and inner wall of the diffuser piece (9). In the annular space there is an outer vaned turbulator (10).<IMAGE>

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká spalovací komory plynové turbiny pro spalování zemního plynu.The present invention relates to a combustion chamber of a gas turbine for combustion of natural gas.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

U stacionárních plynových turbin s jednou nebo více spalovacími komorami je ve spalovací komoře umístěn jeden nebo více hořáků s lopatkovými vířičí. Do těchto hořáků je přivedeno palivo, k lopatkovým vířičům je přivedena část z celkového množství vzduchu vstupujícího do spalovací komory. Další část vzduchu (chladicí vzduch) je zavedena do plamence otvory v plamenci nebo spárami mezi jednotlivými díly plamence. Tyto otvory a spáry jsou upraveny tak, aby jimi proudící vzduch ochlazoval stěny plamence. Zbývající část vzduchu (směšovací vzduch) je zavedena do otvorů v plamenci v oblasti před výstupem spalin ze spalovací komory. Tato část vzduchu slouží k dochlazení spalin na požadovanou teplotu a ke zlepšení rovnoměrnosti teplotního pole proudu spalin.In stationary gas turbines with one or more combustion chambers, one or more vane swirl burners are located in the combustion chamber. Fuel is fed to these burners, and a portion of the total amount of air entering the combustion chamber is fed to the vane swirls. Another part of the air (cooling air) is introduced into the flame tube through openings in the flame tube or through joints between the individual parts of the flame tube. These openings and joints are arranged so that the air flowing through them cools the walls of the flame tube. The remainder of the air (mixing air) is introduced into the openings in the flame tube in the area before the flue gas exits from the combustion chamber. This part of the air serves to cool the flue gas to the desired temperature and to improve the uniformity of the temperature field of the flue gas flow.

U provedení spalovací komory, kdy palivo a vzduch jsou přiváděny k jednotlivým hořákům s lopatkovými vířiči, se spaluje hořlavá směs v plameni velkého objemu s rozsáhlými oblastmi spalování při nízkém přebytku vzduchu, což vytváří předpoklady pro dlouhou dobu pobytu částeček spalin v oblasti vysokých teplot. Jak vysoká teplota, tak i dlouhá doba pobytu částeček spalin v oblasti vysokých teplot vedou k intenzivní tvorbě oxidů dusíku, které jsou spalinami odváděny do okolní atmosféry. Koncentrace oxidů dusíku ve spalinách několikanásobně překračují mezní hodnoty, které jsou stanoveny předpisy.In the embodiment of the combustion chamber, where fuel and air are supplied to the individual burners with vane swirls, the flammable mixture is burned in a large-volume flame with large combustion areas at low excess air, creating conditions for a long residence time of the flue gas particles at high temperatures. Both the high temperature and the long residence time of the flue gas particles in the high temperature region lead to the intensive formation of nitrogen oxides which are discharged into the surrounding atmosphere by the flue gas. The concentrations of nitrogen oxides in the flue gas exceed several times the limits laid down by regulations.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené nevýhody odstraňuje spalovací komora plynové turbiny, sestávající z víka a pláště a uvnitř souose umístěným plamencem, mezi nímž a pláštěm je vytvořena mezera, kde plášť je opatřen vstupem vzduchu do vnitřního prostoru plamence. Ve vnitřním prostoru víka jsou v podélné ose spalovací komory umístěny do plamence ústící stabilizační hořák s přívodem plynu a zapalovací hořák s přívodem plynu, jehož podstata spočívá v tom, že do plamence tvořeného plamencovými prstenci ústí i hlavní hořák sestávající z alespoň jednoho prstence s otvory pro výstup plynu, který je souose umístěn kolem tělesa stabilizačního hořáku.These drawbacks are overcome by a gas turbine combustion chamber consisting of a lid and a housing and a coaxially positioned flame tube disposed within it, with a gap formed between it and the housing, the housing being provided with air inlet to the inner space of the flame tube. In the inner space of the lid, a stabilizing burner with a gas inlet and a pilot burner with a gas inlet are placed in the flame tube in the longitudinal axis of the combustion chamber, which consists in that the main burner consisting of at least one ring with apertures a gas outlet coaxially positioned around the stabilizing burner body.

V radiálním řezu má alespoň jeden prstenec tvar střížkového stabilizátoru. Ve vnitřním prostoru víka je potom umístěn deflektor pro usměrnění přívodu vzduchu k alespoň jednomu prstenci.In a radial section, at least one ring has the shape of a shear stabilizer. A deflector is then located in the interior of the lid to direct the air supply to the at least one ring.

V tomto vnitřním prostoru víka je umí stěn.. 3Íto pro usměrnění přívodu vzduchu k alespoň jednomu prstenci. Na vnější stěně plamencového prstence je umístěn převáděcí kus pro usměrnění přívodu vzduchu do vnitřního prostoru plamence. Dále je mezi vnitřní stěnou plamencového prstence a stěnou převáděcího kusu vytvořena prstencová mezera, ve které je umístěn vnější lopatkový vířič, přičemž do této prstencové mezery ústí kanál, který je vytvořen mezi vnější stěnou plamencového prstence a vnitřní stěnou převáděcího kusu.In this inner space of the lid, it can be wall-mounted to direct the air supply to the at least one ring. A transfer piece is provided on the outer wall of the flame ring to direct the air supply to the inner space of the flame ring. Further, an annular gap is formed between the inner wall of the flame ring and the wall of the transfer piece, in which the outer vane swirl is located, a channel formed between the outer wall of the flame ring and the inner wall of the transfer piece.

-1CZ 278647 B6-1GB 278647 B6

Spalovací komorou plynové turbiny podle vynálezu se dosáhne základního požadavku uplatňovaného v současné době na všechna spalovací zařízení, t j . nízké tvorby oxidů dusíku a oxidu uhelnatého. Toho je dosaženo rovnoměrným rozdělením vzduchu a plynu do hlavního hořáku. Tím se při spalování směsi hlavním hořákem dosáhne rovnoměrného rozdělení teplot, výrazného zmenšení oblasti spalování s nízkým přebytkem vzduchu a zkrácení doby pobytu částeček spalin v oblasti vysokých teplot. Přívod chladicího vzduchu vnějším lopatkovým vířičem a mezikruhovými spárami mezi plamencovými prstenci do vnitřního prostoru plamence zajišťuje dobré ochlazení plamence.The combustion chamber of the gas turbine according to the invention achieves the basic requirement currently applied to all combustion plants, i. low formation of nitrogen oxides and carbon monoxide. This is achieved by uniformly distributing air and gas to the main burner. As a result, the combustion of the mixture by the main burner achieves a uniform temperature distribution, a significant reduction of the combustion area with a low excess of air and a shorter residence time of the flue gas particles in the high temperature range. The supply of cooling air through the outer blade swirl and the annular joints between the flame rings into the inner space of the flame tube ensures good cooling of the flame tube.

Navrhovaná koncepce zlepšuje současně aerodynamické vlastnosti spalovací komory. Tím se dosáhne výrazného snížení tlakové ztráty spalovací komory. Rovnoměrným spalováním v celé ploše hlavního hořáku se také dosáhne rovnoměrného teplotního polena výstupu spalin ze spalovací komory.The proposed concept simultaneously improves the aerodynamic properties of the combustion chamber. This significantly reduces the pressure loss of the combustion chamber. The uniform combustion of the exhaust gas from the combustion chamber is also achieved by uniform combustion over the entire surface of the main burner.

Přehled obrázků na výkreseOverview of the drawings

Příklad provedení spalovací komory podle vynálezu je znázorněn na připojených výkresech, kde na obr. 1 je zobrazen podélný řez spalovací komorou, na obr. 2 jsou v podélném řezu znázorněny stabilizační hořák, zapalovací hořák, hlavní hořák a víko spalovací komory, a na obr. 3 je příčný řez spalovací komorou.An exemplary embodiment of a combustion chamber according to the invention is shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a longitudinal section of the combustion chamber, Fig. 2 shows a longitudinal section of a stabilization burner, pilot burner, main burner and combustion chamber cover; 3 is a cross-sectional view of the combustion chamber.

Příklad provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Nosnou částí spalovací komory je plášť 1 spalovací komory, který je opatřen vstupem 15 vzduchu. Do pláště 1, je vložen plamenec 2, který je sestaven ze vzájemně se překrývajících plamencových prstenců 21. Průměr jednotlivých plamencových prstenců 21 se směrem od prstenců 7 hlavního hořáku k výstupu 18 spalin ze spalovací komory postupně zvětšuje. Plamencové prstence 21 se vzájemně překrývají. V místě překrytí jsou prstencové kanály 19. V plamenci 2 jsou v plamencových prstencích 21 otvory 20 směšovače. Spalovací komora je uzavřena víkem 3., které je spojeno v přírubách šrouby s pláštěm 1.The carrier part of the combustion chamber is a combustion chamber jacket 1 which is provided with an air inlet 15. In the housing 1, a flame tube 2 is inserted, which consists of overlapping flame rings 21. The diameter of the individual flame rings 21 gradually increases from the main burner rings 7 to the flue gas outlet 18 of the combustion chamber. The flame rings 21 overlap each other. In the overlapping area there are annular channels 19. In the flame tube 2 there are openings 20 of the mixer in the flame rings. The combustion chamber is closed by a cover 3, which is connected in flanges by screws with jacket 1.

Ve vnitřním prostoru 16 víka 2 je zabudován stabilizační hořák, jehož součástmi jsou těleso 4 stabilizačního hořáku, vířič 5, hlavice 6 stabilizačního hořáku s otvory pro výstup plynu a trubka 25, kterou je hlavice 6 stabilizačního hořáku spojena s přívodem 26 plynu. V tělese 4 stabilizačního hořáku je umístěn zapalovací hořák 28 s přívodem 29 plynu.In the inner space 16 of the cover 2, a stabilization burner is built, which comprises a stabilization burner body 4, a swirler 5, a stabilization burner head 6 with gas outlet openings and a tube 25 through which the stabilization burner head 6 is connected to the gas supply 26. An ignition burner 28 with a gas supply 29 is arranged in the stabilization burner body 4.

Ve vnitřním prostoru 16 víka 2 je zabudován hlavní hořák sestávající z prstenců 2 s otvory 24 pro výstup plynu. Prstence 7 hlavního hoříku jsou souose umístěny kolem tělesa 4 stabilizačního hořáku a jsou upraveny tak, že v radiálním řezu mají tvar stříškového stabilizátoru. Mezi jednotlivými prstenci 7 jsou prstencové mezery 27. Prstence 7 hlavního hořáku jsou s víkem 2 spojeny pomocí nosných trubek 2 ^a radiálně vedených propojovacích trubek 23. Nosné trubky 8 jsou napojeny na přívod 22 plynu do hlavního hořáku.A main burner consisting of rings 2 with gas outlet openings 24 is incorporated in the interior 16 of the lid 2. The main burner rings 7 are coaxially disposed around the stabilizing burner body 4 and are arranged in the form of a roof stabilizer in a radial section. Annular gaps 27 are provided between the individual rings 7. The main burner rings 7 are connected to the lid 2 by means of support tubes 2 ^and radially extending connecting tubes 23. The support tubes 8 are connected to the gas supply 22 to the main burner.

-2CZ 278647 B6-2GB 278647 B6

Do pláště 1 spalovací komory je pomocí tangenciálních žeber 11 uchycen převáděcí kus 9. Mezi vnitřní stěnou plamencového prstence 21 a stěnou převáděcího kusu 9 je prstencová mezera, ve které je umístěn vnější lopatkový vířič 10.A transfer piece 9 is attached to the combustion chamber shell 1 by means of tangential ribs 11. Between the inner wall of the flame ring 21 and the wall of the transfer piece 9 there is an annular gap in which the outer vane swirl 10 is located.

Ve vnitřním prostoru 16 víka 3 jsou zabudovány síto 14, a deflektor 13, který je do víka 2 upevněn pomocí žeber 12. Ve vnitřním prostoru plamence 2 je poblíž prstenců 7 hlavního hořáku oblast 17, ve které dochází ke směšování paliva se vzduchem.In the inner space 16 of the lid 3, a sieve 14, and a deflector 13 are mounted, which are fixed to the lid 2 by means of ribs 12. In the inner space of the flame tube 2 is near the rings 7 of the main burner.

Rozvod plynu do prstenců 2 hlavního hořáku je zajištěn nosnými trubkami 2 ^a propojovacími trubkami 23. Od přívodu 22 plynu postupuje plyn nosnými trubkami 2 do propojovacích trubek 22, ze kterých vstupuje do prstenců 7. Do vnitřního prostoru plamence 2 vystupuje plyn otvory 24.The gas distribution to the main burner rings 2 is provided by the support tubes 2 ^{and the} interconnecting tubes 23. From the gas supply 22, the gas passes through the carrier tubes 2 to the interconnecting tubes 22, from which it enters the rings 7.

Do stabilizačního hořáku je plyn přiveden přívodem 26 plynu, odkud postupuje trubkou 25 do hlavice 6 stabilizačního hořáku. Otvory v hlavici 6 stabilizačního hořáku plyn vystupuje do vnitřního prostoru plamence 2. Vzduch je do spalovací komory přiveden vstupy 15 vzduchu a dále je veden do mezery mezi pláštěm 1 a plamencem 2, kde se vzduch rozdělí na jednotlivé průtočné průřezy, kterými vstupuje do plamence 2. Část vzduchu proudí do vnitřního prostoru 16 víka 2, kde se dělí na vzduch postupující k prstencům 7, k vířiči 5 stabilizačního hořáku a k zapalovacímu hořáku 28. K vířiči 5 stabilizačního hořáku a k zapalovacímu hořáku 28 se vzduch dostává otvory v tělese 4. stabilizačního hořáku. Vzduch přiváděný k prstencům 7 je na své dráze usměrňován ve vnitřním prostoru 16 víka 2 deflektorem 13 a podle potřeby sítem 14. 0 použití deflektoru 13 nebo síta 14 rozhodují dosahované parametry a jejich použití není vždy nezbytné. Plyn vystupující z otvorů v hlavici 6 stabilizačního hořáku se směšuje se vzduchem vystupujícím z vířiče 5 stabilizačního hořáku. Plyn vystupující z otvorů 24 prstenců 7 se směšuje se vzduchem proudícím prstencovými mezerami 27 bezprostředně za hlavním hořákem v prostoru 17. Směs paliva se vzduchem, vytvořená stabilizačním a hlavním hořákem, je zapálena zapalovacím hořákem 28, jehož plamen prošlehuje do prostoru 17 přes vířič 5 stabilizačního hořáku.The gas is supplied to the stabilizing burner via a gas inlet 26, from where it passes through a tube 25 to the head 6 of the stabilizing burner. Through the openings in the head 6 of the stabilizing burner, the gas exits into the interior of the flame tube 2. The air is introduced into the combustion chamber through the air inlets 15 and is further directed to the gap between the jacket 1 and the flame tube. A portion of the air flows into the interior 16 of the lid 2, where it is divided into air advancing to the rings 7, the stabilizer burner swirl 5 and the ignition burner 28. The air enters the stabilizer burner swirl 5 and the pilot burner 28 . The air supplied to the rings 7 is guided on its path in the interior 16 of the lid 2 by a deflector 13 and, if necessary, by a sieve 14. The use of a deflector 13 or sieve 14 determines the achieved parameters and their use is not always necessary. The gas exiting the apertures in the stabilizing burner head 6 is mixed with the air exiting the stabilizing burner vortex 5. The gas exiting the apertures 24 of the rings 7 mixes with the air-flowing annular gaps 27 immediately downstream of the main burner in the space 17. The fuel-air mixture formed by the stabilizer and the main burner is ignited by the pilot burner 28. burner.

Další část vzduchu vstupuje do prstencových kanálů 19 a vystupuje z nich do vnitřního prostoru plamence 2. Část zbývajícího vzduchu vstupuje do vnitřního prostoru plamence 2 otvory 20. Zbývající vzduch proudí do vnitřního prostoru plamence 2 kanálem přes vnější lopatkový vířič 10. Vzduch vstupující do vnitřního prostoru plamence 2 prstencovými kanály 19, otvory 20 a vnějším lopatkovým vířičem 10 se podílí na chlazení plamencových prstenců 21 a smísením se spalinami upravuje teplotu spalin na teplotu požadovanou pro provoz plynové turbiny. Ze spalovací komory do vstupního hrdla plynové turbiny proudí spaliny výstupem 18 spalin.A further portion of the air enters the annular channels 19 and exits therefrom into the interior of the flame tube 2. A portion of the remaining air enters the interior of the flame tube 2 through the openings 20. The remaining air flows into the interior of the flame tube. The flame ring 2, by means of the annular channels 19, the openings 20 and the outer vortex swirler 10, participates in the cooling of the flame rings 21 and, by mixing with the flue gases, adjusts the flue gas temperature to the temperature required for gas turbine operation. Flue gas flows from the combustion chamber to the gas turbine inlet through the exhaust gas outlet 18.

-3CZ 278647 B6-3GB 278647 B6

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims

A combustion chamber of a gas turbine comprising a cover and a housing with an internally disposed flame tube, a gap being formed therebetween, wherein the housing is provided with an air inlet to the inner space of the flame tube and a stabilizer burner with a gas inlet and a pilot burner with a gas inlet, characterized in that a main burner consisting of at least one gas inlet (22) extending through the interior space (16) of the lid also flows into the flame (2) formed by the flame rings (21) (3) and extending into at least one ring (7) with gas outlet openings (24) coaxially positioned around the stabilizing burner body (4).

Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the at least one ring (7) has the form of a roof stabilizer in radial section.

Combustion chamber according to claim 1, characterized in that a deflector (13) is arranged in the inner space (16) of the cover (3) for directing the air supply to the at least one ring (7).

Combustion chamber according to claims 1 to 3, characterized in that a sieve (14) is arranged in the inner space (16) of the cover (3) for directing the air supply to the at least one ring (7).

Combustion chamber according to claim 1, characterized in that a transfer piece (9) is arranged on the outer wall of the flame ring (21) for directing the air supply to the inner space of the flame ring (2).

Combustion chamber according to claims 1 and 5, characterized in that an annular gap is formed between the inner wall of the flame ring (21) and the wall of the transfer piece (9).

Combustion chamber according to claim 6, characterized in that an outer blade swirl (10) is arranged in the annular gap.

8. The combustion chamber of claims 1, 5, 6 and 7, characterized in that a channel is formed in the annular gap between the outer wall of the flame ring (21) and the inner wall of the transfer piece (9).