RU2099639C1 - Burner - Google Patents

Burner Download PDF

Info

Publication number
RU2099639C1
RU2099639C1 RU96112593A RU96112593A RU2099639C1 RU 2099639 C1 RU2099639 C1 RU 2099639C1 RU 96112593 A RU96112593 A RU 96112593A RU 96112593 A RU96112593 A RU 96112593A RU 2099639 C1 RU2099639 C1 RU 2099639C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
swirl
air
sleeve
burner
fuel
Prior art date
Application number
RU96112593A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96112593A (en
Inventor
Е.Д. Виноградов
Ю.И. Захаров
А.В. Сударев
Original Assignee
Товарищество с ограниченной ответственностью "ЭСТ"
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 Товарищество с ограниченной ответственностью "ЭСТ" filed Critical Товарищество с ограниченной ответственностью "ЭСТ"
Priority to RU96112593A priority Critical patent/RU2099639C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2099639C1 publication Critical patent/RU2099639C1/en
Publication of RU96112593A publication Critical patent/RU96112593A/en

Links

Images

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: burner has axial blade swirler of air with blades and bushing and ring prechamber that abuts against it. The prechamber is defined by the bushing and cylindrical shell. A converging device is mounted at the outlet of the cylindrical shell. The bushing of the swirler passes through it being brought out of the ring prechamber. The length of the ring prechamber is a function of the height of the blade and angle of swirling of the flow inside the swirler. EFFECT: improved design. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому, транспортному и химическому машиностроению и может быть использовано в камерах сгорания газотурбинных установок. The invention relates to energy, transport and chemical engineering and can be used in the combustion chambers of gas turbine plants.

Известна горелка, содержащая топливораздающее устройство, аксиальный лопаточный завихритель воздуха с лопатками и втулкой и примыкающую к нему кольцевую предкамеру, образованную упомянутой втулкой и цилиндрической обечайкой, расположенной коаксиально с ней и охватывающей лопатки завихрителя, а также сужающее устройство, установленное на выходе цилиндрической обечайки, причем топливораздающее устройство расположено между аксиальным лопаточным завихрителем и выходом кольцевой предкамеры. (См. Turbomachinery Technology Seminar, Gas Turbine Combustion System Technology. Caterpillar. Solar Turbines TTS 52/492 1992, p. 52 2, Figure 2). Кольцевая предкамера здесь предназначена для осуществления процесса смешения топлива с воздухом и получения обедненной гомогенной топливовоздушной смеси с последующим ее сжиганием за пределами предкамеры. Такой способ сжигания топлива позволяет значительно снизить эмиссию вредных веществ в продуктах сгорания, в частности, оксидов азота. A known burner containing a fuel distributing device, an axial blade air swirl with blades and a sleeve and an adjacent annular pre-chamber formed by said sleeve and a cylindrical shell located coaxially with it and covering the blades of the swirler, and also a constricting device installed at the outlet of the cylindrical shell a fuel dispensing device is located between the axial blade swirl and the output of the annular precamera. (See Turbomachinery Technology Seminar, Gas Turbine Combustion System Technology. Caterpillar. Solar Turbines TTS 52/492 1992, p. 52 2, Figure 2). The annular pre-chamber here is designed to carry out the process of mixing fuel with air and to obtain a depleted homogeneous air-fuel mixture with its subsequent combustion outside the pre-chamber. This method of burning fuel can significantly reduce the emission of harmful substances in the combustion products, in particular, nitrogen oxides.

Однако при работе данной горелки на определенных режимах наблюдается явление проскока пламени, т.е. горение топлива внутри предкамеры. Проскок допускать нельзя, поскольку при этом в несколько раз повышается эмиссия оксидов азота. However, during the operation of this burner in certain modes, a flame-through phenomenon is observed, i.e. combustion of fuel inside the chamber. A slip should not be allowed, since the emission of nitrogen oxides increases several times.

Известна горелка, содержащая топливораздающее устройство, аксиальный лопаточный завихритель воздуха с лопатками и втулкой и примыкающую к нему кольцевую предкамеру, образованную упомянутой втулкой и цилиндрической обечайкой, расположенной коаксиально с ней и охватывающей лопатки завихрителя, а также сужающее устройство, установленное на выходе из цилиндрической обечайки и выполненное в виде плоской диаграммы, которая расположена с зазором к торцевой поверхности втулки завихрителя. (См. Development of Dry Low-NOx Combustor at Kawasaki Diesel and Turbine Worldwide, June 1994, p. 20).A known burner containing a fuel distributing device, an axial blade air swirl with blades and a sleeve and an adjacent annular pre-chamber formed by the said sleeve and a cylindrical shell located coaxially with it and covering the blades of the swirler, as well as a constricting device installed at the outlet of the cylindrical shell and made in the form of a flat diagram, which is located with a gap to the end surface of the swirl sleeve. (See Development of Dry Low-NO x Combustor at Kawasaki Diesel and Turbine Worldwide, June 1994, p. 20).

В этой горелке, принятой нами за прототип, в сужающем устройстве на выходе из предкамеры на всех режимах работы горелки поддерживается высокая скорость топливовоздушной смеси, которая выше скорости распространения пламени, что препятствует проскоку пламени внутрь предкамеры. In this burner, which we adopted as a prototype, in the narrowing device at the exit of the pre-chamber, at all burner operating modes, a high air-fuel mixture speed is maintained, which is higher than the flame propagation speed, which prevents the flame from passing inside the precamera.

Вместе с тем описанная горелка имеет ряд недостатков. Во-первых, внутри предкамеры вблизи диафрагмы (в углу на стыке диафрагмы с цилиндрической обечайкой) имеется застойная зона с низкими скоростями топливовоздушной смеси. С наружной же стороны диафрагмы, вследствие отрыва потока, постоянно поддерживается торообразный вихрь, т.е. имеется зона обратных токов, способствующая стабилизации факела вблизи диафрагмы. При определенных условиях совместное протекание этих двух процессов приводит к так называемому "тепловому" проскоку пламени, когда вследствие стабилизации факела на наружной поверхности диафрагмы она нагревается до температур, превышающих температуру воспламенения топливовоздушной смеси внутри предкамеры и смесь загорается. При воспламенении топливовоздушной смеси застойная зона будет постоянно поддерживать процесс горения в предкамере. О недопустимости проскока пламени в предкамеру было сказано выше. However, the described burner has several disadvantages. Firstly, inside the chamber near the diaphragm (in the corner at the junction of the diaphragm with a cylindrical shell) there is a stagnant zone with low air-fuel mixture speeds. On the outside of the diaphragm, due to flow separation, a toroidal vortex is constantly supported, i.e. there is a reverse current zone that helps to stabilize the torch near the diaphragm. Under certain conditions, the combined course of these two processes leads to the so-called “thermal” breakthrough of the flame, when due to stabilization of the flame on the outer surface of the diaphragm, it heats up to temperatures above the ignition temperature of the air-fuel mixture inside the chamber and the mixture ignites. When the air-fuel mixture ignites, the stagnant zone will constantly support the combustion process in the pre-chamber. The inadmissibility of a flamethrough in the antechamber was mentioned above.

Во-вторых, диафрагма направляет закрученную струю топливовоздушной смеси из предкамеры вдоль торцевой конической поверхности втулки завихрителя в приосевую зону. При этом значительно сокращаются объем и длина приосевой зоны обратных токов, а это в свою очередь снижает устойчивость факела. Учитывая, что горелки с предварительным смешением топлива с воздухом имеют более узкий диапазон устойчивости факела по сравнению с диффузионными горелками, указанный недостаток рассматриваемой горелки является существенным. Secondly, the diaphragm directs a swirling stream of air-fuel mixture from the prechamber along the end conical surface of the swirl sleeve to the axial zone. This significantly reduces the volume and length of the axial zone of reverse currents, and this, in turn, reduces the stability of the torch. Considering that burners with preliminary mixing of fuel with air have a narrower range of flame stability compared to diffusion burners, this drawback of this burner is significant.

Третьим недостатком рассматриваемой горелки является то, что топливораздающее устройство расположено за завихрителем (по направлению воздушного потока). Для обеспечения гомогенности топливовоздушной смеси на выходе из предкамеры и сокращения длины предкамеры необходимо распределить топливо с помощью топливораздающего устройства по сечению предкамеры пропорционально расходу воздуха. Другими словами, при распределении топлива необходимо учитывать радиальный профиль скоростей воздуха в сечении топливораздающего устройства. В непосредственной близости за завихрителем радиальный профиль скорости воздуха имеет сложную форму, зависящую от многих параметров. В настоящее время отсутствуют обобщенные зависимости, позволяющие описать распределение скоростей воздуха вблизи завихрителя. Поэтому оптимальное распределение топлива за завихрителем требует длительной экспериментальной обработки в каждом конкретном случае. Кроме того, за топливораздающим устройством (в рассматриваемой горелке это ряд перфорированных радиальных трубок) в предкамере образуются аэродинамические следы зоны обработанных токов, на которых может стабилизироваться факел в случае проскока пламени в предкамеру. Даже если проскока не происходит, из-за наличия аэродинамических следов, для выравнивания поля концентрации топливовоздушной смеси требуется предкамера большой длины. A third disadvantage of the burner in question is that the fuel distributing device is located behind the swirl (in the direction of the air flow). To ensure homogeneity of the air-fuel mixture at the exit of the prechamber and to reduce the length of the prechamber, it is necessary to distribute the fuel with the help of a fuel distributing device over the cross section of the prechamber in proportion to the air flow. In other words, when distributing fuel, it is necessary to take into account the radial profile of air velocities in the cross section of the fuel distributing device. In the immediate vicinity of the swirl, the radial air velocity profile has a complex shape, depending on many parameters. At present, there are no generalized dependences to describe the distribution of air velocities near the swirl. Therefore, the optimal distribution of fuel behind the swirler requires lengthy experimental processing in each case. In addition, behind the fuel dispensing device (in the burner under consideration, this is a series of perforated radial tubes) in the pre-chamber, aerodynamic traces of the treated currents zone are formed on which the torch can stabilize in the event of a breakthrough of the flame in the pre-chamber. Even if the slip does not occur, due to the presence of aerodynamic traces, a long chamber is required to equalize the concentration field of the air-fuel mixture.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании новой конструкции горелки, позволяющей снизить токсичность продуктов сгорания и повысить устойчивость работы горелки и ее надежность. The problem to which the invention is directed, is to create a new burner design that can reduce the toxicity of combustion products and increase the stability of the burner and its reliability.

Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении заявляемого изобретения, является обеспечение токсичности выхлопа газотурбинных установок в пределах действующих стандартов. The technical result that can be achieved by the implementation of the claimed invention is to ensure the exhaust toxicity of gas turbine plants within the current standards.

Поставленная задача решена тем, что в известной горелке, содержащей топливораздающее устройство, аксиальный лопаточный завихритель воздуха с лопатками и втулкой и примыкающую к нему кольцевую предкамеру, образованную упомянутой втулкой и цилиндрической обечайкой, расположенной коаксиально с ней и охватывающей лопатки завихрителя, а также сужающее устройство, установленное на выходе цилиндрической обечайки, согласно настоящему изобретению сужающее устройство выполнено в виде конического пережима, а втулка завихрителя проходит сквозь него, выходя за пределы кольцевой предкамеры. The problem is solved in that in the known burner containing a fuel dispensing device, an axial blade air swirl with blades and a sleeve and an adjacent annular pre-chamber formed by the said sleeve and a cylindrical shell located coaxially with it and covering the swirl blades, as well as a constricting device, installed at the outlet of the cylindrical shell, according to the present invention, the constricting device is made in the form of a conical pinch, and the swirler sleeve passes squo s it going beyond the annular pre-chamber.

Возможен вариант, когда аксиальный лопаточный завихритель установлен между топливораздающим устройством и выходом кольцевой предкамеры, при этом длина кольцевой предкамеры определяется по следующей формуле:
l = k•h•cosΦ,
где k эмпирический коэффициент ( K 2,3-2,9);
h высота лопатки завихрителя;
v угол закрутки потока в завихрителе.
A variant is possible when an axial blade swirl is installed between the fuel distributing device and the output of the annular precamera, while the length of the annular precamera is determined by the following formula:
l = k • h • cosΦ,
where k is an empirical coefficient (K 2.3-2.9);
h height of the swirl blade;
v the swirl angle of the flow in the swirl.

Еще есть вариант, когда выступающий за пределы предкамеры конец втулки завихрителя выполнен с перфорированной торцевой стенкой, а внутри втулки имеется примыкающая к этом стенке полость, сообщенная с каналом, у которого входное отверстие расположено перед завихрителем воздуха. There is also an option when the end of the swirler sleeve protruding beyond the precamera is made with a perforated end wall, and inside the sleeve there is a cavity adjacent to this wall, in communication with the channel, in which the inlet is located in front of the air swirl.

Суть заявляемого изобретения состоит в том, что благодаря выполнению сужающего устройства в виде конического пережима внутри предкамеры отсутствуют застойные зоны с низкими скоростями топливовоздушной смеси, в которых может стабилизироваться горение в случае проскока пламени, а сам пережим хорошо охлаждается высокоскоростным потоком топливовоздушной смеси, и его температура всегда ниже температуры воспламенение смеси. Снаружи за пережимом отсутствует выраженный торообразный вихрь, как это имеет место в прототипе, и факел стабилизируется только в приосевой зоне горелки. Благодаря этому температура пережима значительно ниже, чем температура плоской диафрагмы у прототипа, и тепловой проскок отсутствует. The essence of the claimed invention lies in the fact that due to the implementation of the constricting device in the form of a conical pinch inside the prechamber, there are no stagnant zones with low speeds of the air-fuel mixture, in which combustion can stabilize in the event of a breakthrough of the flame, and the clip itself is well cooled by the high-speed flow of the air-fuel mixture, and its temperature always below temperature ignition of the mixture. Outside the pinch, there is no pronounced toroidal vortex, as is the case in the prototype, and the torch stabilizes only in the axial zone of the burner. Due to this, the pinch temperature is much lower than the temperature of the flat diaphragm of the prototype, and there is no thermal slip.

Поскольку цилиндрическая втулка завихрителя проходит сквозь конический пережим, выступая за пределы предкамеры, кольцевая закрученная струя топливовоздушной смеси выходит из предкамеры в осевом направлении, а не под углом к оси, как в прототипе. При этом зона обратных токов вблизи оси имеет значительно большие объем и длину, что положительно сказывается на устойчивости факела и расширяет диапазон рабочих режимов горелки. Since the cylindrical sleeve of the swirl passes through the conical pinch, protruding beyond the chamber, the annular swirling jet of air-fuel mixture leaves the chamber in the axial direction, and not at an angle to the axis, as in the prototype. Moreover, the zone of reverse currents near the axis has a significantly large volume and length, which positively affects the stability of the torch and expands the range of operating modes of the burner.

Расположение топливораздающего устройства перед лопаточным завихрителем воздуха позволяет распределить топливо в соответствии с распределением воздуха в данном сечении, поскольку профиль скоростей воздуха перед завихрителем достаточно равномерный. В результате этого на выходе из предкамеры достигается более равномерное поле концентраций топливовоздушной смеси и, соответственно, снижается эмиссия оксидов азота. Расположение топливораздающего устройства перед завихрителем воздуха позволяет также сократить длину предкамеры (по сравнению с прототипом) при неизменной эмиссии оксидов азота. The location of the fuel distributor in front of the blade air swirl allows you to distribute fuel in accordance with the distribution of air in this section, since the air velocity profile in front of the swirl is quite uniform. As a result of this, at the exit from the prechamber, a more uniform field of concentrations of the air-fuel mixture is achieved and, accordingly, the emission of nitrogen oxides is reduced. The location of the fuel distributing device in front of the air swirl also reduces the length of the prechamber (compared with the prototype) with a constant emission of nitrogen oxides.

При расположении топливораздающего устройства перед завихрителем в предкамере отсутствуют аэродинамические следы от его элементов, что, с одной стороны, делает поле концентраций топливовоздушной смеси на выходе из предкамеры более равномерным, а с другой, отсутствие следов снижает вероятность проскока пламени в предкамеру. When the fuel distributing device is located in front of the swirl in the prechamber, there are no aerodynamic traces from its elements, which, on the one hand, makes the concentration field of the air-fuel mixture at the exit of the prechamber more uniform, and on the other hand, the absence of traces reduces the likelihood of flame penetration into the prechamber.

Исследования натуральной горелки, проведенные на огневом стенде, показали, что при установке топливораздающего устройства перед завихрителем предкамеры может быть достаточно короткой, а ее длина определяется из соотношения (1). При длине предкамеры меньшей, чем следует из формулы (1), эффективность смесеобразования в предкамере снижается и эмиссия оксидов азота резко возрастает. Делать предкамеру большей длины нецелесообразно, поскольку эмиссия оксидов азота при этом практически не изменяется, а габариты горелки и, следовательно, камеры сгорания, растут. Studies of a natural burner conducted on a fire stand showed that when a fuel-dispensing device is installed in front of the swirl, the prechambers can be quite short, and its length is determined from relation (1). When the length of the prechamber is shorter than follows from formula (1), the efficiency of mixture formation in the prechamber decreases and the emission of nitrogen oxides increases sharply. Making a pre-chamber of a larger length is impractical, since the emission of nitrogen oxides is practically unchanged, and the dimensions of the burner and, consequently, the combustion chamber are growing.

В отличие от прототипа, где торцевая конусная поверхность втулки завихрителя охлаждается омывающей ее закрученной струей топливовоздушной смеси, в заявляемой горелке втулка завихрителя выступает за пределы предкамеры и является стабилизатором факела, улучшающим устойчивость работы горелки. Однако для надежной работы горелки необходимо охлаждать торцевую поверхность втулки завихрителя, поскольку она находится в непосредственном контакте с горячими продуктами сгорания. Именно для охлаждения и обеспечения надежности работы горелки торцевая поверхность втулки завихрителя воздуха выполнена перфорированной, а внутри втулки имеются каналы для подачи воздуха через эту перфорацию, сообщенные с воздушным пространством перед завихрителем воздуха. За счет перепада давлений на завихрителе и предкамере, воздух поступает по каналам во втулке и через перфорацию к торцевой поверхности втулки завихрителя, снижая ее температуру. In contrast to the prototype, where the end conical surface of the swirler sleeve is cooled by a swirling jet of air-fuel mixture washing it, in the inventive burner, the swirl sleeve extends beyond the pre-chamber and is a torch stabilizer that improves burner stability. However, for reliable operation of the burner, it is necessary to cool the end surface of the swirler sleeve, since it is in direct contact with hot combustion products. It is for cooling and ensuring the reliability of the burner that the end surface of the air swirl sleeve is perforated, and inside the sleeve there are channels for supplying air through this perforation in communication with the air space in front of the air swirl. Due to the pressure drop across the swirl and the prechamber, air enters through the channels in the sleeve and through perforation to the end surface of the swirl sleeve, reducing its temperature.

На фиг. 1 изображен продольный разрез горелки; на фиг. 2 сечение горелки непосредственно за топливораздающим устройством; на фиг. 3 и 4 показан вариант конструктивного выполнения топливораздающего устройства. In FIG. 1 shows a longitudinal section through a burner; in FIG. 2 burner section directly behind the fuel distributing device; in FIG. 3 and 4, an embodiment of a fuel distributing device is shown.

Горелка содержит топливораздающее устройство 1, аксиальный лопаточный завихритель 2 воздуха с лопатками 3 и втулкой 4 и примыкающую к нему кольцевую предкамеру 5, образованную упомянутой втулкой 4 и цилиндрической обечайкой 6, расположенной коаксиально с ней и охватывающей лопатки 3 завихрителя 2, а также сужающее устройство, выполненное в виде конического пережима 7 и установленное на выходе цилиндрической обечайки 6 (фиг. 1). Причем втулка 4 завихрителя 2 проходит сквозь конический пережим 7 и выходит за пределы кольцевой предкамеры 5. Выходящий конец втулки 4 завихрителя 2 выполнен с перфорированной торцевой стенкой 8. The burner contains a fuel distributing device 1, an axial blade air swirl 2 with blades 3 and a sleeve 4 and an adjacent annular chamber 5 adjacent to it, formed by the said sleeve 4 and a cylindrical shell 6 located coaxially with it and covering the blades 3 of the swirl 2, as well as a constricting device, made in the form of a conical pinch 7 and installed at the output of the cylindrical shell 6 (Fig. 1). Moreover, the sleeve 4 of the swirl 2 passes through the conical pinch 7 and extends beyond the annular precamera 5. The outgoing end of the sleeve 4 of the swirl 2 is made with a perforated end wall 8.

Внутри упомянутой втулки 4 имеется полость 9, примыкающая к перфорированной ее торцевой стенке 8 и сообщенная с каналом 10, у которого входное отверстие расположено перед завихрителем 2 воздуха. Inside the said sleeve 4 there is a cavity 9 adjacent to its perforated end wall 8 and communicated with the channel 10, in which the inlet is located in front of the air swirl 2.

Аксиальный лопаточный завихритель 2 установлен между топливораздающим устройством 1 и выходом кольцевой предкамеры 5, при этом длина предкамеры 5 определяется по следующей формуле:
l = k•h•cosΦ,
где k эмпирический коэффициент (k2,3-2,9);
h высота лопатки завихрителя;
v угол закрутки в завихрителе.
The axial blade swirl 2 is installed between the fuel distributing device 1 and the output of the annular prechamber 5, while the length of the prechamber 5 is determined by the following formula:
l = k • h • cosΦ,
where k is an empirical coefficient (k2.3-2.9);
h height of the swirl blade;
v twist angle in the swirl.

Следует заметить, что топливораздающее устройство 1 может иметь различные варианты конструктивного оформления. Так, на фиг. 1 и фиг. 2 изображено топливораздающее устройство 1 в виде перфорированных радиальных труб 11, как это сделано в прототипе и аналоге. На фиг. 3 и 4, для примера, представлено топливораздающее устройство 1 в виде трех сообщенных друг с другом кольцевых коллекторов 12. Возможны и другие конструкции. It should be noted that the fuel-dispensing device 1 may have various design options. So in FIG. 1 and FIG. 2 shows a fuel dispensing device 1 in the form of perforated radial tubes 11, as is done in the prototype and the analogue. In FIG. 3 and 4, for example, a fuel distributor 1 is provided in the form of three annular collectors 12 connected to each other. Other designs are possible.

При работе горелки воздух подается на вход обечайки 5 (см. стрелки на фиг. 1). Для исключения отрыва потока и формирования равномерного профиля скорости входной участок обечайки 5 выполнен в виде плавного закругленного конфузора. Далее воздушный поток натекает на топливораздающее устройство 1, через отверстия 11 которого в поток подается топливный газ. Диаметр и шаг отверстий 11 может быть выбран, например, так, что расход топлива пропорционален квадрату расстояния от оси горелки, т.е. расходы воздуха и топлива на соответствующих радиусах пропорциональны друг другу. Затем топливовоздушная смесь проходит через лопатки 3 завихрителя 2 воздуха и попадает в предкамеру 5 в виде кольцевой закрученной струи. При движении закрученной струи в предкамере 5 под действием массовых сил за счет интенсивного турбулентного переноса происходит эффективное перемешивание топлива с воздухом, и на выходе из предкамеры 5 длина которой определяется из упомянутой формулы, топливовоздушный поток имеет достаточно равномерное поле концентраций, чем и обеспечивается низкая эмиссия оксидов азота при последующем сжигании смеси. Проходя через конический пережим 7, топливовоздушный поток плавно ускоряется, приобретая в выходном сечении пережима максимальную скорость, которая на всех режимах работы горелки превосходит скорость распространения пламени, благодаря чему исключен проскок пламени в предкамеру. При течении потока в предкамере 5 отсутствуют отрывные и застойные зоны, на которых может стабилизироваться факел при кратковременном проскоке пламени в предкамеру (на нерасчетных режимах). Внутренняя поверхность пережима 7 омывается высокоскоростной закрученной струей холодной топливовоздушной смеси, чем достигается эффективное охлаждение пережима 7 и исключается тепловой проскок. После выхода за пределы предкамеры 5 закрученная струя топливовоздушной смеси продолжает движение в осевом направлении вдоль втулки 4 завихрителя 2, формируя за ее торцевой стенкой 8 развитую зону обратных токов, которая обеспечивает хорошую стабилизацию факела в широком диапазоне режимов работы горелки. During operation of the burner, air is supplied to the input of the shell 5 (see arrows in Fig. 1). To exclude flow separation and the formation of a uniform velocity profile, the input section of the shell 5 is made in the form of a smooth rounded confuser. Further, the air stream flows onto the fuel distributing device 1, through the openings 11 of which fuel gas is supplied to the stream. The diameter and pitch of the holes 11 can be selected, for example, so that the fuel consumption is proportional to the square of the distance from the axis of the burner, i.e. air and fuel consumption at respective radii are proportional to each other. Then the air-fuel mixture passes through the blades 3 of the air swirler 2 and enters the chamber 5 in the form of an annular swirling jet. When a swirling jet moves in the prechamber 5 under the action of mass forces due to intense turbulent transfer, fuel and air are effectively mixed, and at the exit from the prechamber 5 the length of which is determined from the above formula, the air-fuel flow has a fairly uniform concentration field, which ensures low emission of oxides nitrogen during subsequent combustion of the mixture. Passing through the conical pinch 7, the air-fuel flow smoothly accelerates, acquiring a maximum speed in the output section of the pinch, which exceeds the flame propagation velocity in all burner operating modes, thereby eliminating the flame in the pre-chamber. During the flow in the pre-chamber 5, there are no tear-off and stagnant zones on which the torch can stabilize during short-term breakthrough of the flame in the pre-chamber (in off-design modes). The inner surface of pinch 7 is washed by a high-speed swirling jet of cold air-fuel mixture, which ensures effective cooling of pinch 7 and eliminates thermal leakage. After leaving the chamber 5, the swirling stream of the air-fuel mixture continues to move in the axial direction along the bushing 4 of the swirler 2, forming a developed reverse current zone behind its end wall 8, which provides good stabilization of the torch in a wide range of burner operating modes.

Для обеспечения надежности и длительности ресурса работы горелки торцевая стенка 8 втулки 4 завихрителя 5 выполнена охлаждаемой. Часть воздуха из воздушного пространства перед завихрителем по каналам 10 через отверстия перфорации в стенке 8 поступает в огневое пространство, создавая вблизи нее защитную пелену. Расход охлаждающего воздуха сравнительно мал и не влияет на горение топливовоздушной смеси. To ensure reliability and durability of the burner, the end wall 8 of the sleeve 4 of the swirler 5 is made cooled. Part of the air from the air space in front of the swirler through the channels 10 through the perforation holes in the wall 8 enters the firing space, creating a protective sheet near it. The flow rate of cooling air is relatively small and does not affect the combustion of the air-fuel mixture.

Как видно из фигур и описания, заявляемая горелка содержит широко применяемые в этих устройствах элементы: цилиндрические и конические обечайки, трубы, лопаточный завихритель. Поэтому ее реализация не вызывает каких-либо технических проблем. As can be seen from the figures and description, the inventive burner contains elements widely used in these devices: cylindrical and conical shells, pipes, and a blade swirler. Therefore, its implementation does not cause any technical problems.

Claims (3)

1. Горелка, содержащая топливораздающее устройство, аксиальный лопаточный завихритель воздуха с лопатками и втулкой и примыкающую к нему кольцевую предкамеру, образованную упомянутой втулкой и цилиндрической обечайкой, расположенной коаксиально с ней и охватывающей лопатки завихрителя, а также сужающее устройство, установленное на выходе цилиндрической обечайки, отличающаяся тем, что сужающее устройство выполнено в виде конического пережима, втулка завихрителя проходит сквозь него, выходя за пределы кольцевой предкамеры, а длина последней является функцией высоты лопатки и угла закрутки потока завихрителя. 1. A burner containing a fuel distributing device, an axial blade air swirl with blades and a sleeve and an annular pre-chamber adjacent to it, formed by the said sleeve and a cylindrical shell located coaxially with it and covering the blades of the swirl, as well as a constricting device installed at the outlet of the cylindrical shell characterized in that the narrowing device is made in the form of a conical pinch, the swirl sleeve passes through it, going beyond the annular precamera, and the length of edney is a function of the height of the blade angle and twist flow swirler. 2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что аксиальный лопаточный завихритель установлен между топливораздающим устройством и выходом кольцевой предкамеры, при этом функциональная зависимость длины кольцевой предкамеры от высоты лопатки и угла закрутки потока определяется по следующей формуле:
l = k•h•cosΦ,
где k эмпирический коэффициент (k 2,3 2,9);
h высота лопатки завихрителя;
Φ - угол закрутки потока в завихрителе.
2. The burner according to claim 1, characterized in that the axial blade swirl is installed between the fuel distributing device and the output of the annular precamera, while the functional dependence of the length of the annular precamera on the height of the blade and the swirl angle of the flow is determined by the following formula:
l = k • h • cosΦ,
where k is an empirical coefficient (k 2.3 2.9);
h height of the swirl blade;
Φ is the swirl angle of the flow in the swirl.
3. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что выступающий за пределы предкамеры конец втулки завихрителя выполнен с перфорированной торцевой стенкой, а внутри втулки имеется примыкающая к этой стенке полость, сообщенная с каналом, у которого входное отверстие расположено перед завихрителем воздуха. 3. The burner according to claim 1, characterized in that the end of the swirler sleeve protruding beyond the precamera is made with a perforated end wall, and inside the sleeve there is a cavity adjacent to this wall, in communication with the channel, in which the inlet is located in front of the air swirl.
RU96112593A 1996-06-21 1996-06-21 Burner RU2099639C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96112593A RU2099639C1 (en) 1996-06-21 1996-06-21 Burner

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96112593A RU2099639C1 (en) 1996-06-21 1996-06-21 Burner

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2099639C1 true RU2099639C1 (en) 1997-12-20
RU96112593A RU96112593A (en) 1998-01-27

Family

ID=20182272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96112593A RU2099639C1 (en) 1996-06-21 1996-06-21 Burner

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2099639C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451878C1 (en) * 2011-02-07 2012-05-27 Открытое акционерное общество "Газпром" Method for preliminary preparation and combustion of "lean" air-fuel mixture in low-emission burner
RU2548525C1 (en) * 2014-02-12 2015-04-20 Открытое акционерное общество "Газпром" Method to burn preliminary prepared lean air-fuel mixture in double-circuit low-emission burner with diffusion stabilising flare used
RU2583486C2 (en) * 2011-01-31 2016-05-10 Снекма Injector for turbomachine combustion chamber
CN104266228B (en) * 2014-09-22 2018-02-09 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 Gas-turbine combustion chamber axial direction two-stage swirl nozzle in opposite direction
RU205048U1 (en) * 2020-09-07 2021-06-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) High-speed gas burner

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Turbomachinery Technology Seminar, Gas Turbine Combustion System Technology-Caterpillar Solar Turbunes TTS 52/492, 1992, p. 52 - 2, fig. 2. 2. Development of Dry Low-NO x . Combustor at Kawasaki Diesel and Turbine Worlwide, June 1994, p. 20. 3. US, патент, 5450725, кл. F 23 P 3/30, 1995. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2583486C2 (en) * 2011-01-31 2016-05-10 Снекма Injector for turbomachine combustion chamber
RU2451878C1 (en) * 2011-02-07 2012-05-27 Открытое акционерное общество "Газпром" Method for preliminary preparation and combustion of "lean" air-fuel mixture in low-emission burner
RU2548525C1 (en) * 2014-02-12 2015-04-20 Открытое акционерное общество "Газпром" Method to burn preliminary prepared lean air-fuel mixture in double-circuit low-emission burner with diffusion stabilising flare used
CN104266228B (en) * 2014-09-22 2018-02-09 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 Gas-turbine combustion chamber axial direction two-stage swirl nozzle in opposite direction
RU205048U1 (en) * 2020-09-07 2021-06-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) High-speed gas burner

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2597785B2 (en) Air-fuel mixer for gas turbine combustor
US3030773A (en) Vortex type combustion with means for supplying secondary air
US4160640A (en) Method of fuel burning in combustion chambers and annular combustion chamber for carrying same into effect
US6752620B2 (en) Large scale vortex devices for improved burner operation
US5626017A (en) Combustion chamber for gas turbine engine
RU2468298C2 (en) Stage-by-stage fuel combustion in burner
RU2686652C2 (en) Method for operation of combustion device for gas turbine and combustion device for gas turbine
RU2451878C1 (en) Method for preliminary preparation and combustion of "lean" air-fuel mixture in low-emission burner
CN104728866A (en) Five-nozzle combustor structure applied to gas turbine low-pollution combustion chamber
KR100679596B1 (en) Radial inflow dual fuel injector
RU2099639C1 (en) Burner
US4249373A (en) Gas turbine engine
US5577904A (en) Method of operating a premixing burner
CN104791847A (en) Low-rotational-flow multi-nozzle combustor structure applicable to low-pollution combustion chamber of gas turbine
RU2708011C1 (en) Fuel combustion device
RU2212003C1 (en) Method and device for burning fuel
US4199935A (en) Combustion apparatus
RU2121113C1 (en) Gas turbine combustion chamber
RU2196940C1 (en) Method and device for burning fuel
US5685705A (en) Method and appliance for flame stabilization in premixing burners
RU2548525C1 (en) Method to burn preliminary prepared lean air-fuel mixture in double-circuit low-emission burner with diffusion stabilising flare used
RU2454605C1 (en) Technological vortex ejection gas burner
RU2138738C1 (en) Gas turbine combustion chamber
RU9934U1 (en) BURNER
RU2764495C1 (en) Low-toxicity burner

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130622