RU2027113C1 - Combustion chamber - Google Patents

Combustion chamber Download PDF

Info

Publication number
RU2027113C1
RU2027113C1 SU5026181A RU2027113C1 RU 2027113 C1 RU2027113 C1 RU 2027113C1 SU 5026181 A SU5026181 A SU 5026181A RU 2027113 C1 RU2027113 C1 RU 2027113C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
burners
combustion chamber
air guide
flame tube
air
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Е.Д. Виноградов
Ю.И. Захаров
К.Ю. Соколов
А.В. Сударев
Д.В. Катушкин
М.Н. Гутник
Original Assignee
Акционерное общество закрытого типа "Минитокс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество закрытого типа "Минитокс" filed Critical Акционерное общество закрытого типа "Минитокс"
Priority to SU5026181 priority Critical patent/RU2027113C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2027113C1 publication Critical patent/RU2027113C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: air directing branch pipes are arranged at definite distance from burners and are deepened in fire space of flame tube to definite depth described in the invention. Total passage area of branch pipes relative to passage area of air swirlers has been determined. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится преимущественно к энергетическому, транспортному и химическому машиностроению, и может быть использовано в газотурбинных установках. The invention relates primarily to power, transport and chemical engineering, and can be used in gas turbine plants.

Широко известны камеры сгорания, содержащие пламенную трубу и фронтовое устройство, включающее кольцевой ряд горелок [1]. Widely known are combustion chambers containing a flame tube and a frontal device including an annular row of burners [1].

Недостатком таких камер сгорания является, как правило, высокая токсичность продуктов сгорания, обусловленная высокой концентрацией в них оксидов азота. The disadvantage of such combustion chambers is, as a rule, the high toxicity of the combustion products, due to the high concentration of nitrogen oxides in them.

Известна также камера сгорания, содержащая пламенную трубу и фронтовое устройство, включающее ряд расположенных по окружности горелок, содержащих лопаточные завихрители воздуха и топливораздающие устройства, причем по окружности пламенной трубы установлены воздухонаправляющие патрубки [2]. Also known is a combustion chamber containing a flame tube and a frontal device, including a number of circumferential burners containing blade air swirls and fuel-dispensing devices, moreover, air guide tubes are installed around the circumference of the flame tube [2].

Недостатком этой камеры сгорания является повышенная токсичность продуктов сгорания, обусловленная малой глубиной проникновения струй воздуха, истекающих из воздухонаправляющих патрубков, в огневую зону камеры сгорания. Дальнобойности струй не хватает для того, чтобы достичь зоны максимальных температур факела и подать в нее необходимое количество воздуха. Струи воздуха размываются набегающим потоком газа, не достигая зоны максимальных температур факела, а воздухонаправляющие патрубки не дают ожидаемого эффекта. The disadvantage of this combustion chamber is the increased toxicity of the combustion products, due to the small penetration depth of the air jets flowing from the air guide pipes into the firing zone of the combustion chamber. The range of the jets is not enough to reach the zone of maximum temperatures of the torch and to supply the necessary amount of air into it. The jets of air are washed away by the oncoming gas flow, not reaching the zone of maximum torch temperatures, and the air guide pipes do not give the expected effect.

Кроме того, при малой глубине проникновения струй воздуха в огневое пространство наблюдается повышенная неравномерность температурного поля газов на выходе из камеры. In addition, with a small depth of penetration of air jets into the firing space, an increased unevenness of the temperature field of gases at the outlet of the chamber is observed.

Целью настоящего изобретения является снижение токсичности продуктов сгорания и уменьшение неравномерности температурного поля газов на выходе из камеры. The aim of the present invention is to reduce the toxicity of combustion products and reduce the unevenness of the temperature field of gases at the outlet of the chamber.

Поставленная цель достигается тем, что воздухонаправляющие патрубки, установленные по окружности пламенной трубы, выступают в огневое пространство камеры сгорания, причем длина выступающих частей патрубков составляет
hп= (0,7÷1,3)

Figure 00000001
- 3,3dпsin
Figure 00000002
(1) где Dп - диаметр пламенной трубы, на котором установлены воздухонаправляющие патрубки;
Dг - диаметр кольцевого ряда горелок (по осям горелок);
α - угол установки патрубка (угол между осями патрубка и камеры сгорания);
dп - внутренний диаметр патрубка.This goal is achieved in that the air guide pipes mounted around the circumference of the flame tube protrude into the firing space of the combustion chamber, the length of the protruding parts of the pipes being
h p = (0.7 ÷ 1.3)
Figure 00000001
- 3.3d n sin
Figure 00000002
(1) where D p is the diameter of the flame tube on which the air guide pipes are installed;
D g - the diameter of the annular row of burners (along the axes of the burners);
α is the installation angle of the pipe (the angle between the axes of the pipe and the combustion chamber);
d p - the inner diameter of the pipe.

Суть заявляемого технического решения состоит в том, что благодаря выступающим в огневое пространство частям воздухонаправляющих патрубков удается увеличить глубину проникновения струй воздуха в огневое пространство камеры сгорания и подать необходимое количество воздуха в зону максимальной температуры газов. Это позволяет снизить уровень максимальной температуры до величины, при которой образование токсичных веществ незначительно. The essence of the claimed technical solution is that due to the parts of the air guide pipes protruding into the firing space, it is possible to increase the depth of penetration of the air jets into the firing space of the combustion chamber and to supply the necessary amount of air to the zone of maximum gas temperature. This allows you to reduce the maximum temperature to a value at which the formation of toxic substances is negligible.

Кроме того, при этом интенсифицируются процессы перемешивания в камере сгорания и существенно снижается неравномерность температурного поля газов на выходе из камеры. In addition, the mixing processes in the combustion chamber are intensified and the non-uniformity of the temperature field of the gases at the outlet of the chamber is significantly reduced.

Существенным отличием заявляемой камеры сгорания является то, что воздухонаправляющие патрубки выступают в огневое пространство камеры сгорания, причем длина выступающих частей патрубков определяется по формуле (1) в зависимости от геометрических характеристик камеры сгорания (Dп, Dг), диаметра патрубков (dп) и угла их установки (α). Именно при такой длине выступающей части патрубка истекающая из него струя достигает зоны максимальных температур газов.A significant difference of the inventive combustion chamber is that the air guide pipes protrude into the firing space of the combustion chamber, and the length of the protruding parts of the pipes is determined by the formula (1) depending on the geometric characteristics of the combustion chamber (D p , D g ), the diameter of the pipes (d p ) and angle of installation (α). It is with such a length of the protruding part of the nozzle that the jet flowing from it reaches the zone of maximum gas temperatures.

Формула (1) для определения длины выступающей в огневое пространство части воздухонаправляющего патрубка получена исходя из следующих соображений. Formula (1) for determining the length of the portion of the air guide pipe protruding into the firing space is obtained based on the following considerations.

Для эффективной работы патрубков необходимо, чтобы подаваемые ими струи воздуха проникали в огневое пространство камеры сгорания до зоны максимальных температур, т.е. до цилиндрической поверхности, проходящей через продолжение осей горелок. Это условие можно записать так

Figure 00000003
= sinα(hп+hc) (2)
где Dп - диаметр пламенной трубы, на котором установлены воздухоподводящие патрубки;
Dг - диаметр кольцевого ряда горелок (по осям горелок);
α - угол установки патрубков - угол между осями патрубка и камеры сгорания;
hп - длина выступающей в огневое пространство части патрубка;
hс - дальнобойность струи воздуха, истекающей из патрубка.For effective operation of the nozzles, it is necessary that the air jets supplied by them penetrate into the firing space of the combustion chamber to the zone of maximum temperatures, i.e. to a cylindrical surface passing through the extension of the axes of the burners. This condition can be written as
Figure 00000003
= sinα (h p + h c ) (2)
where D p - the diameter of the flame tube on which the air inlet pipes are installed;
D g - the diameter of the annular row of burners (along the axes of the burners);
α is the angle of the nozzles — the angle between the axes of the nozzle and the combustion chamber;
h p - the length of the pipe protruding into the firing space;
h with - the range of the jet of air flowing from the pipe.

Тогда длина выступающей части патрубка равна
hп=

Figure 00000004
- hc (3)
Оценим дальнобойность струи, истекающей из патрубка, используя соотношение (см. Э.Г.Нарежный, А.В.Сударев. Камеры сгорания судовых газотурбинных установок. Л.: Судостроение, 1973, с.231).Then the length of the protruding part of the pipe is equal to
h p =
Figure 00000004
- h c (3)
Let us evaluate the range of the jet flowing out of the nozzle using the relation (see E.G. Narezhny, A.V. Sudarev. Combustion chambers of ship gas turbine units. L .: Sudostroenie, 1973, p.231).

hc= 2dпsin

Figure 00000005
(4) где dп - внутренний диаметр патрубка;
Ψ - угол атаки;
Uс,Uо - скорости струи и сносящего потока;
Тс,То - температуры струи и сносящего потока.h c = 2d n sin
Figure 00000005
(4) where d p is the inner diameter of the pipe;
Ψ - angle of attack;
U with , U about - the speed of the jet and blow flow;
T with , T about - the temperature of the jet and blow flow.

Учитывая закрутку потока в камере сгорания, угол атаки можно определить по формуле
Ψ = arctg

Figure 00000006
(5) где φ - угол закрутки потока.Given the swirl of the flow in the combustion chamber, the angle of attack can be determined by the formula
Ψ = arctg
Figure 00000006
(5) where φ is the swirl angle of the flow.

В реальных камерах сгорания углы α и φ лежат в пределах (45-60)о. Учитывая это и анализируя формулу (5) с погрешностью, не превышающей 12%, можно принять
sinΨ = sin

Figure 00000007
(6)
Отношение скоростей струи и сносящего потока примерно равно корню из отношения коэффициентов гидравлического сопротивления завихрителя и патрубка
Figure 00000008
≃
Figure 00000009
(7) Поскольку коэффициенты гидравлического сопротивления различаются незначительно можно считать, что
Figure 00000010
≈ 1 (8)
Оценим теперь величину
Figure 00000011
. Температура струи равна температуре воздуха на входе в камеру, которая для современных камер сгорания лежит в пределах
Тс=Тв=(600-800)К.In real combustion chambers, the angles α and φ lie in the range (45-60) о . Given this and analyzing formula (5) with an error not exceeding 12%, we can accept
sinΨ = sin
Figure 00000007
(6)
The ratio of the jet velocity and the drift flow is approximately equal to the root of the ratio of the hydraulic resistance coefficients of the swirler and nozzle
Figure 00000008
≃
Figure 00000009
(7) Since the coefficients of hydraulic resistance differ slightly, we can assume that
Figure 00000010
≈ 1 (8)
We now estimate the quantity
Figure 00000011
. The temperature of the jet is equal to the temperature of the air entering the chamber, which for modern combustion chambers is within
T c = T = (600-800) K.

Температура сносящего потока меняется по радиусу камеры от Тв у стенки до температуры факела у оси горелки, которая составляет Тф=(2000-2100)К. Полагая в первом приближении
To=

Figure 00000012
(9) получим интервал 1,50 <
Figure 00000013
< 1,75 Тогда с погрешностью, не превышающей 8%, можно принять
Figure 00000014
≈ 1,63 (10)
Подставляя в формулу (4) значения параметров из соотношений (6), (8) и (10), получим формулу
hc= 3,26dпsin
Figure 00000015
(11)
Тогда из формулы (3) получим
hп=
Figure 00000016
- 3,26 dпsin
Figure 00000017
(12)
Вводя поправочный коэффициент 0,7-1,3, учитывающий принятые допущения и соответствующие погрешности, получим формулу (1).The temperature of the drift flow varies along the radius of the chamber from T at the wall to the torch temperature at the axis of the burner, which is T f = (2000-2100) K. Believing as a first approximation
T o =
Figure 00000012
(9) we obtain the interval 1.50 <
Figure 00000013
<1.75 Then with an error not exceeding 8%, you can accept
Figure 00000014
≈ 1.63 (10)
Substituting the values of the parameters from relations (6), (8) and (10) into formula (4), we obtain the formula
h c = 3.26d n sin
Figure 00000015
(eleven)
Then from formula (3) we obtain
h p =
Figure 00000016
- 3.26 d n sin
Figure 00000017
(12)
Introducing a correction factor of 0.7-1.3, taking into account the assumptions made and the corresponding errors, we obtain the formula (1).

Если длина выступающей части патрубков будет меньше рекомендуемой, то струя воздуха будет размываться набегающим потоком до того, как она достигнет зоны максимальной температуры факела, и установка патрубков будет неэффективной. При излишней длине выступающей части патрубка его эффективность также снижается, причем возможен перегрев патрубка, а такжке захолаживание приосевой зоны камеры сгорания, т.е. увеличение неравномерности температурного поля газов на выходе из камеры. If the length of the protruding part of the nozzles is less than recommended, then the air stream will be washed away by the incoming stream before it reaches the zone of maximum temperature of the torch, and the installation of the nozzles will be ineffective. If the protruding part of the pipe is excessively long, its efficiency also decreases, and the pipe may overheat, and also cooling the paraxial zone of the combustion chamber, i.e. an increase in the non-uniformity of the temperature field of the gases at the outlet of the chamber.

На чертеже изображен продольный разрез камеры сгорания. The drawing shows a longitudinal section of a combustion chamber.

Камера сгорания содержит пламенную трубу 1 и фронтовое устройство 2, включающее ряд расположенных по окружности горелок 3. По окружности пламенной трубы установлены воздухонаправляющие патрубки 5. Кроме того, на чертеже обозначено: кольцевой завихритель воздуха охлаждения пламенной трубы - 4, корпус - 6, центральная горелка - 7. The combustion chamber contains a flame tube 1 and a frontal device 2, including a number of burners located around the circumference 3. Air guide tubes 5 are installed around the circumference of the flame tube. In addition, the drawing indicates: annular swirl of cooling air of the flame tube - 4, body - 6, central burner - 7.

При работе камеры сгорания воздух по кольцевому каналу, образованному корпусом 6 и пламенной трубой 1, поступает к фронтовому устройству 2. Часть воздуха проходит через лопаточные завихрители горелок 3 и смешивается с топливом, подаваемым топливораздающими устройствами горелок. Благодаря наличию обратных токов в осевых зонах закрученных струй топливовоздушная смесь сгорает, образуя за каждой горелкой стабилизированный факел. Другая часть воздуха через воздухонаправляющие патрубки 5 поступает в зону максимальной температуры факелов, причем благодаря тому, что патрубки выступают в огневое пространство камеры сгорания на заданную величину (см. формулу (1)) обеспечивается требуемая глубина проникновения струй воздуха в огневую зону камеры. Этим достигаются низкие токсичность продуктов сгорания и неравномерность температурного поля газов на выходе из камеры (подробно см. выше). During operation of the combustion chamber, air flows through the annular channel formed by the housing 6 and the flame tube 1 to the frontal device 2. A part of the air passes through the blade swirls of the burners 3 and mixes with the fuel supplied by the burner fuel distributing devices. Due to the presence of reverse currents in the axial zones of the swirling jets, the air-fuel mixture burns, forming a stable torch behind each burner. Another part of the air through the air guide nozzles 5 enters the zone of maximum temperature of the flares, and due to the fact that the nozzles protrude into the firing space of the combustion chamber by a predetermined amount (see formula (1)), the required depth of penetration of air jets into the fire zone of the chamber is provided. This achieves low toxicity of combustion products and uneven temperature field of gases at the outlet of the chamber (see above for details).

И, наконец, третья часть воздуха направляется завихрителем 4 вдоль пламенной трубы для ее охлаждения. And finally, the third part of the air is directed by the swirl 4 along the flame tube to cool it.

Заявляемое техническое решение экспериментально проверено. Испытания проводились в натурных условиях на газоперекачивающем агрегате ГТК-750-6. Испытания показали, что концентрация оксидов азота в продуктах сгорания по сравнению со штатной камерой сгорания уменьшается в 5-6 раз при одновременном уменьшении неравномерности температурного поля газов в 1,5-2,0 раза. The claimed technical solution is experimentally verified. The tests were carried out in full-scale conditions at the gas compressor unit GTK-750-6. Tests have shown that the concentration of nitrogen oxides in the combustion products compared to the standard combustion chamber is reduced by 5-6 times while reducing the unevenness of the temperature field of gases by 1.5-2.0 times.

В настоящее время ведется подготовка к серийному внедрению. Preparations are underway for serial implementation.

Claims (1)

КАМЕРА СГОРАНИЯ, содержащая пламенную трубу, фронтовое устройство, включающее ряд расположенных по окружности горелок, имеющих лопаточные завихрители воздуха и топливораздающие устройства, установленные по окружности пламенной трубы с выступанием в ее огневое пространство основные воздухонаправляющие патрубки, отличающаяся тем, что камера снабжена дополнительными воздухонаправляющими патрубками, установленными во фронтовом устройстве между горелками, причем основные и дополнительные патрубки установлены с пересечением их осей с цилиндрической поверхностью, проведенной через оси горелок, на расстоянии от горелок, равном 1 - 2 диаметрам горелок, суммарная площадь проходного сечения патрубков равна 0,5 - 0,8 суммарной площади проходного сечения завихрителей воздуха горелок, а длина hп выступающей в огневое пространство части основных воздухонаправляющих патрубков равна
Figure 00000018

где Dп - диаметр пламенной трубы, на котором установлены воздухонаправляющие патрубки;
Dг - диаметр окружности, на которой расположены горелки (по осям горелок);
α - угол между осями патрубка и камеры сгорания;
dп - внутренний диаметр патрубка.COMBUSTION CHAMBER, containing a flame tube, a frontal device including a series of circumferential burners having blade air swirls and fuel distributing devices installed around the circumference of the flame tube with protruding main air guide tubes in which the chamber is provided with additional air guide tubes, installed in the front device between the burners, and the main and additional nozzles are installed with the intersection of their axes with the cylindrical surface drawn through the axis of the burners, at a distance from the burners equal to 1 - 2 diameters of the burners, the total passage area of the nozzles is 0.5 - 0.8 of the total passage area of the burner swirls, and the length h p protruding into the firing space the main air guide pipes equal
Figure 00000018

where D p - the diameter of the flame tube on which the air guide pipes are installed;
D g - the diameter of the circle on which the burners are located (along the axes of the burners);
α is the angle between the axes of the pipe and the combustion chamber;
d p - the inner diameter of the pipe.
SU5026181 1992-02-04 1992-02-04 Combustion chamber RU2027113C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5026181 RU2027113C1 (en) 1992-02-04 1992-02-04 Combustion chamber

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5026181 RU2027113C1 (en) 1992-02-04 1992-02-04 Combustion chamber

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2027113C1 true RU2027113C1 (en) 1995-01-20

Family

ID=21596328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5026181 RU2027113C1 (en) 1992-02-04 1992-02-04 Combustion chamber

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2027113C1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Пчелкин Ю.М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1984, с.279. *
2. Патент Великобритании N 1273017, кл. F 23R 1/04, опублик.1972. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4505666A (en) Staged fuel and air for low NOx burner
CN1050890C (en) Low NOX emission in gas turbine system
US6238206B1 (en) Low-emissions industrial burner
US5044931A (en) Low NOx burner
EP0529779A2 (en) Low NOx burners
EP0076036B1 (en) Method and apparatus for burning fuel in stages
US4979894A (en) Arrangement for burning fuels in a narrow combustion space
RU2027113C1 (en) Combustion chamber
JPH08502810A (en) burner
RU2062405C1 (en) Combustion chamber
RU2040731C1 (en) Fuel gasification burner
US6409502B2 (en) Gas burners for heating a gas flowing in a duct
GB2287311A (en) Flame stabilization in premixing burners
RU2086857C1 (en) Forechamber of combustion chamber
RU2818283C1 (en) System of air supply to zone of dilution of flame tubes
RU2086856C1 (en) Combustion chamber
RU2027111C1 (en) Combustible chamber
RU2053442C1 (en) Swirl-type pulverized-fuel burner with low emission of nitrogen oxides
RU38896U1 (en) INJECTOR TWO-CIRCUIT BURNER DEVICE
RU2036383C1 (en) Burner device
RU2055268C1 (en) Straight-through burner with low yield of nitrogen oxides (versions) and fuel burning method
RU2054602C1 (en) Injector
RU2199698C2 (en) Device for burning of fuel
SU1195137A1 (en) Oil-gas burner
SU1315731A1 (en) Flat-flame burner