DE2944863A1

DE2944863A1 - Gas-turbine combustion chamber - has tangential inlet for fine granular fuel and air near end wall

Info

Publication number: DE2944863A1
Application number: DE19792944863
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. 7142 Marbach Meyer
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1979-11-07
Filing date: 1979-11-07
Publication date: 1981-05-27

Abstract

The gas-turbine combustion chamber has a cylindrical space at the end through which a mixture of fuel and air is delivered. A funnel-shaoed widening portion of the flame tube is connected to this space and contains a conical guide body coaxial to the latter and whose sides run parallel to the flame tube portion. The cylindrical space has a closed end wall, near which there discharge tangentally one or more passages delivering a mixture of fuel in fine granular or dust form and air. The guide body can be fixed to the end wall via a cylindrical bracket coaxial to the cylindrical space.

Description

Brennkaer für Gas turbinen"Brennkaer for gas turbines "

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für Gasturbinen mit einem an der Stirnseite der Brennka"ser angeordneten zylindrischen Raum für die Zufuhr eines Gemisches aus Brennstoff und Luft, an den sich ein sich trichterförmig erweiternder Abschnitt des Flainrohres anschließt, in den ein koaxial zum zylindrischen Raum angeordneter kegeliger Leitkörper mit im wesentlichen parallel zum Flamrohrabschnitt verlaufender Mantelfläche hineinragt. tin solcher der eigentlichen Brennkammer vorgeordneter mit eine.The invention relates to a combustion chamber for gas turbines with a cylindrical space for the Supply of a mixture of fuel and air, to which a funnel-shaped The widening section of the Flain tube is connected, into which a coaxial to the cylindrical Space-arranged conical guide body with essentially parallel to the flame tube section extending jacket surface protrudes. tin such upstream of the actual combustion chamber with one.

Leitkörper versehener Raum ergibt durch seine Gestalt ein günstiges Einströmen des Gemisches ins Innere der Brennkammer und erleichtert die Ausbildung eines die Flammen stabilisierenden Rezirkulationsgebietes hinter der Grundfläche des kegeligen Leitkörpers.The shape of the space provided with guide bodies results in a favorable one The mixture flows into the interior of the combustion chamber and facilitates the training a recirculation area behind the base to stabilize the flames of the conical guide body.

Bei einer bekannten derartigen Brennkammer (DE-OS 24 15 o36), die der Verbrennung flüssiger Brennstoffe dient, wird der zylindrische Raum axial von einem Brennstoff-Luft-Geinisch durchströmt, wobei dieses durch Verdampfen des flüssigen Brennstoffes aufbereitet wird. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für die Aufbereitung eines Gemisches aus festen Brennstoffen in feinkörniger oder staubförmiger Form und Luft, den zylindrischen Raum so auszugestal ten. daß ein gut verwirbeltes Gemisch in das Innere der Brennkammer einströmt und dort möglichst vollständig verbrennt. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß der zylindrische Raum eine geschlossene Stirnwand aufweist, in deren Bereich zur Zuführung eines Gemisches aus feinkörnigem oder staubförmigen Brennstoff und Luft mindestens ein Kanal tangential einmündet.In a known such combustion chamber (DE-OS 24 15 o36), the is used for the combustion of liquid fuels, the cylindrical space is axially of a fuel-air mixture flows through, this by evaporation of the liquid Fuel is processed. In contrast, the invention is based on the object for the preparation of a mixture of solid fuels in fine-grain or dust-like form and air to design the cylindrical space so th. That a well swirled mixture flows into the interior of the combustion chamber and there as possible burns completely. This is done according to the invention in that the cylindrical space has a closed end wall, in the area for Feeding a mixture of fine-grained or dusty fuel and air at least one channel opens tangentially.

Durch die tangentiale Einmündung eines oder mehrerer Kanäle wird dem Gemisch in dem zylindrischen Raum ein Drall erteilt. mit dem dieses durch den von dem kegeligen Leitkörper gebildeten Ringspalt in die Brennzone der Brennkammer einströmt. Dabei verbessert die durch den Drall hervorgebrachte Verwirbelung von Luft und festen Teilchen wesentlich deren Verbrennung.The tangential confluence of one or more channels is the Mixture given a twist in the cylindrical space. with which this through the from the conical guide body formed annular gap in the combustion zone flows into the combustion chamber. The result is improved by the twist Turbulence of air and solid particles is essential to their combustion.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Leitkörper mit einem koaxial zum zylindrischen Raum angeordneten zylindrischen Träger an der Stirnwand des zylindrischen Raumes befestigt. Diese Art der Befestigung macht die sonst iiblichen radialen Streben, die den Leitkörper mit dem Gehäuse verbinden, entbehrlich. Der sich in der Hauptströmungsrichtung erstreckende Träger ermöglicht ein hindernisfreies Durchströmen des zylindrischen Raumes. Durch Streben bedingte Ablagerungen fester Teilchen fallen weg. Der zylindrische Träger verbessert durch seine zentrale Lage außerdem die erwiinschte Ausbildung eines kräftigen Dralles.According to an advantageous embodiment of the invention, the guide body with a cylindrical support arranged coaxially to the cylindrical space on the Front wall of the cylindrical space attached. This type of attachment makes the otherwise usual radial struts that connect the guide body to the housing, dispensable. The carrier, which extends in the main flow direction, allows an unobstructed flow through the cylindrical space. Conditioned by aspiration Deposits of solid particles are eliminated. The cylindrical support is improved by its central location also enables the desired development of a powerful twist.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist die Stirnwand des zylindrischen Raumes eine konkave Innenseite auf, die in eine zylindrische Innenseite übergeht. Das in einer Querebene zur Brennkammerachse einströmende Gemisch wird dadurch stromungsgiinstig in die zur Brennzone führende Hauptströmungsrichtung umgelenkt. Nischen und Toträume im Bereich der Stirnwand, die zu Ablagerung fester Teilchen führen könne, werden dadurch vermieden.According to a further embodiment of the invention, the end wall of the cylindrical space on a concave inside, which in a cylindrical inside transforms. The mixture flowing in in a transverse plane to the combustion chamber axis is thereby diverted flow-favorably in the main flow direction leading to the combustion zone. Niches and dead spaces in the area of the front wall, which lead to the deposition of solid particles lead are avoided.

Erfindungsgemäß kann das Flammrohr im stromabwärts gelegenen Bereich der an den Leitkörper angrenzenden Brennzone Öffnungen aufweisen. durch die Sekundärluft aus einem das Flammrohr umgebenden Ringraum in die Brennzone einströmt. Das dadurch in der Brennzone hervorgerufene Rezirkulationsgebiet ergibt im Zusammenwirken mit dem aus dem zylindrischen Raum mit einem Drall einströmenden Gemisch eine besonders gute Verbrennung des in der Primärluft mitgeführten feinkörnigen oder staubförmigen Brennstoffes.According to the invention, the flame tube can be located in the downstream area the combustion zone adjoining the guide body have openings. through the secondary air flows into the combustion zone from an annular space surrounding the flame tube. That by it The recirculation area created in the combustion zone results in interaction with the mixture flowing in from the cylindrical space with a swirl is a special one good combustion of the fine-grained or dusty ones carried in the primary air Fuel.

Die Erfindung wird anhand von Ausfiihrungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, im folgenden näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch eine Brennkammer, Fig. 2 einen Querschnitt durch diese Brennkammer nach der Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Querschnitt durch eine ähnliche Brennkammer.The invention is based on exemplary embodiments shown in the drawing are shown, explained in more detail below. 1 shows a longitudinal center section through a combustion chamber, Fig. 2 shows a cross section through this combustion chamber according to the Line II-II in FIGS. 1 and 3 through a cross section corresponding to FIG. 2 a similar combustion chamber.

Die in Fig. 1 dargestellte Brennkammerfiir eine Gasturbine dient der Verbrennung von Kohlenstaub. Sie besteht im wesentlichen aus einem Flammrohr 11, das den Innenraum 12 der Brennkammer umschließt und das von einem Mantel 13 umgeben ist, der mit dem Flammrohr 11 einen ringförmigen Sammelraum 14 bildet. An der Stirnseite der Brennkammer ist ein zylindrisches Gehäuse 15 kleineren Durchmessers angeordnet, das einen Drallraum 16 umschließt.The combustion chamber for a gas turbine shown in FIG. 1 is used for Burning coal dust. It consists essentially of a flame tube 11, which encloses the interior 12 of the combustion chamber and which is surrounded by a jacket 13 which forms an annular collecting space 14 with the flame tube 11. At the front a cylindrical housing 15 of smaller diameter is arranged in the combustion chamber, which encloses a swirl space 16.

Am Mantel 13 ist ein Rohr 17 befestigt, das der 7ufuhr von Sekundärluft zum Sammelraum 14 dient. Im stromabwärts gelegenen Bereich der an den Drallraum 16 angrenzenden Drennzone 18 sind im Flammrohr 11 Öffnungen 19 angeordnet. Noch weiter stromabwärts weist das Flammrohr 11 Öffnungen 20 auf. Durch die Öffnungen 19 und 20 kann Sekundärluft aus dem Sammelraum 14 in den Innenraum 12 der Brennkammer einströmen.A pipe 17 is attached to the jacket 13, which is used for the supply of secondary air to the collecting space 14 is used. In the downstream area of the swirl chamber 16 adjacent drilling zone 18 11 openings 19 are arranged in the flame tube. Yet Further downstream, the flame tube 11 has openings 20. Through the openings 19 and 20 can secondary air from the collecting space 14 into the interior 12 of the combustion chamber pour in.

Das Gehäuse 15 des Drallraumes 16 weist eine Stirnwand 21 auf, deren Innenseite 22 die Gestalt einer halben Hohlkugel hat.The housing 15 of the swirl chamber 16 has an end wall 21, the Inside 22 has the shape of half a hollow sphere.

Die gewölbte Innenseite 22 geht in die zylindrische Innenseite 23 des Drallraumes 16 über. Im Bereich der Stirnwand 21 mündet tangential ein Rohr 24 für die Zufuhr eines Gemisches aus Kohlenstaub und Primärluft. Das Gehäuse 15 geht in einen sich trichterförmig erweiternden Abschnitt 25 des Flammrohres 11 über.The curved inside 22 goes into the cylindrical inside 23 of the swirl space 16 over. A pipe opens tangentially in the area of the end wall 21 24 for the supply of a mixture of coal dust and primary air. The housing 15 merges into a funnel-shaped widening section 25 of the flame tube 11.

In dem Drallraum 16 ist koaxial zum Gehäuse 15 ein kegeliger Leitkörper 26 angeordnet, der mit im wesentlichen parallel zum trichterförmigen Abschnitt 25 verlaufender Mantelfläche 27 in das Flammrohr 11 hineinragt. Die ebene oder leicht konkave Grundfläche 28 des kegeligen Leitkörpers 26 grenzt an die Brennzone 18 im Innenraum 12 der Brennkammer an. Der Leitkörper 26 ist mit einem zum Gehäuse 15 koaxialen zylindrischen Träger 29, der in die Spitze 30 des Leitkörpers 26 übergeht, an der Stirnwand 21 befestigt. Der Drallraum 16 erhält durch den zylindrischen Träger 29 und den kegeligen Leitkörper 26 die Gestalt eines Ringraumes, dessen mittlerer Durchmesser im Reich des Leitkörpers 26 zunimmt und der mit einem Ringspalt 31 in den Innenraum 12 der Brennka-ier einmündet.In the swirl chamber 16, a conical guide body is coaxial with the housing 15 26 arranged, which is essentially parallel to the funnel-shaped section 25 extending jacket surface 27 protrudes into the flame tube 11. The flat or easy concave base 28 of the conical guide body 26 adjoins the combustion zone 18 in the Interior 12 of the combustion chamber. The guide body 26 is connected to a housing 15 coaxial cylindrical carrier 29, which merges into the tip 30 of the guide body 26, attached to the end wall 21. The swirl space 16 is given by the cylindrical carrier 29 and the conical guide body 26 has the shape of an annular space, the middle of which Diameter in the realm of the guide body 26 increases and the with an annular gap 31 in the interior 12 of the Brennka-ier opens.

Der beim Betrieb der Gasturbine in der Brennkammer herrschende Strömungsverlauf ist in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet.The flow course prevailing in the combustion chamber during operation of the gas turbine is indicated in the drawing by arrows.

Durch das Rohr 24 strömt ein pneumatisch gefördert es Gemisch aus Kohlenstaub und verdichteter Primärluft in den Drallraum 16. Infolge der tangentialen Einmündung des Rohres 24 in den Drallraum 16 wird dem Gemisch ein Drall erteilt. Gleichzeitig wird das Gemisch durch die gewölbte Stirnwand 21 des Gehäuses 15 in Richtung des Innenraumes 12 der Bronnkammer umgelenkt.A pneumatically conveyed mixture flows out through the pipe 24 Coal dust and compressed primary air in the swirl chamber 16. As a result of the tangential The confluence of the tube 24 into the swirl space 16 is given a swirl to the mixture. At the same time, the mixture is through the curved end wall 21 of the housing 15 in Direction of the interior 12 of the Bronnkammer diverted.

Dadurch durchströmt das Gemisch schraubenförmig den ringförmigen, von Toträumen und Hindernissen freien Drallraum 16 zwischen dem zylindrischen Träger 29 und dem kegeligen Leitkörper 26 einerseits und dem Gehäuse 15 und einem Teil des trichterförmigen Abschnittes 25 des Flammrohres 11 andererseits. Durch den Ringspalt 31 strömt das drallbehaftete Gemisch in die Brennzone 18 der Brennka-ier, in der der tohlenstaub verbrannt wird. Die Querschnittsfläche des Ringspalte 31 ist dabei so gewählt, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches im Ringspalt 31 größer ist als die Fla engeschwindigkeit. Ein Rückschlagen der Flammen in den Drallraum 16 wird damit unmöglich gemacht.As a result, the mixture flows helically through the ring-shaped, swirl space 16 free of dead spaces and obstacles between the cylindrical carrier 29 and the conical guide body 26 on the one hand and the housing 15 and a part of the funnel-shaped section 25 of the flame tube 11 on the other hand. Through the annular gap 31, the swirled mixture flows into the combustion zone 18 of the Brennka-ier, in the the dust is burned. The cross-sectional area of the annular gap 31 is included chosen so that the flow velocity of the mixture in the annular gap 31 is greater is than the plane speed. A flashback of the flames into the swirl space 16 is thus made impossible.

Ein Teil der aus dem Sammelraum 14 durch die Öffnungen 19 in den Innenraum 12 der Brennkammer gelangenden verdichteten Sekundärluft strömt entgegen der Hauptströmungsrichtung in die Brennzone 10 ein und bildet dort ein Rezirkulationsgebiet. das die Flammen stabilisiert und die Verbrennung des aus dem Drallraum 16 einströmenden Kohlenstauhes unterstützt.A part of the from the collecting space 14 through the openings 19 into the interior 12 the compressed secondary air reaching the combustion chamber flows against the main flow direction into the combustion zone 10 and forms a recirculation area there. that the flames stabilized and the combustion of the coal damming flowing in from the swirl chamber 16 supports.

In der Zone zwischen den Öffnungen 19 und 20 wird noch verbliebenes Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid verbrannt. Der durch die Öffnungen 20 in den Innenraum 12 der Brennkammer strömende Teil der Sekundärlult verdünnt die Abgase und kühlt sie dabei alls die zulässige Turbinentemperatur ab.In the zone between the openings 19 and 20 there is still some remaining Carbon monoxide burned to carbon dioxide. The through the openings 20 in the interior 12 the part of the secondary air flowing into the combustion chamber dilutes the exhaust gases and cools them they all depend on the permissible turbine temperature.

Der in Fig. 3 im Querschnitt gezeigte Drallraum 32 einer ähnlichen flrennkammer ist mit zwei storen 33 und 34 für die Zuftshr des Gemisches aus Kohlenstaub und Luft verbunden. Die Hohre 33 und 34 münden an einander gegenüberliegenden Ste] -len tangential in den Drallraum 32. Dem Gemisch wird durch diese Anordnung ein hesonders kräftiger Drall erteilt.The swirl chamber 32 shown in cross section in FIG. 3 is a similar one The combustion chamber is equipped with two blinds 33 and 34 for supplying the mixture of coal dust and air connected. The tubes 33 and 34 lead to opposite ste] -len tangentially into the swirl chamber 32. The mixture is a granted a particularly strong twist.

Claims

Claims 0 combustion chamber for gas turbines with one on the front side the combustion chamber arranged cylindrical space for the supply of a mixture Fuel and air to which a funnel-shaped widening section extends of the flame tube, in which a coaxially arranged to the cylindrical space conical guide body with a substantially parallel to the flame tube section Elantelfläche protrudes, d u r c h e -k e n n n z e i c h n e t that the cylindrical Space (16) has a closed end wall (21), in the area of which for supply a mixture of fine-grained or dusty fuel and air at least a channel (24) opens tangentially.

2) Combustion chamber according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the guide body (26) with a coaxial to the cylindrical space (16) arranged cylindrical carrier (29) on the end wall (21) of the cylindrical space (16) is attached.

3) combustion chamber according to claim 1 or claim 2, d a d u r c h g e it is not indicated that the end wall (21) of the cylindrical space (16) has a has concave inside (22) which merges into a cylindrical inside (23).

4) combustion chamber according to one or more of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the flame tube (11) in the downstream located area of the combustion zone (i8) openings adjoining the guide body (26) (19), through the secondary air from an annular space surrounding the flame tube (ii) (14) flows into the combustion zone (18).