RU2121113C1 - Gas turbine combustion chamber - Google Patents

Gas turbine combustion chamber Download PDF

Info

Publication number
RU2121113C1
RU2121113C1 RU96110608A RU96110608A RU2121113C1 RU 2121113 C1 RU2121113 C1 RU 2121113C1 RU 96110608 A RU96110608 A RU 96110608A RU 96110608 A RU96110608 A RU 96110608A RU 2121113 C1 RU2121113 C1 RU 2121113C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
prechamber
fuel gas
air
mixing
chamber
Prior art date
Application number
RU96110608A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96110608A (en
Inventor
М.Л. Кузменко
А.А. Снитко
В.В. Токарев
Н.А. Андрюков
В.И. Максин
Ю.Е. Кириевский
М.Ф. Хайруллин
Original Assignee
Акционерное общество "Авиадвигатель"
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 "Авиадвигатель" filed Critical Акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority to RU96110608A priority Critical patent/RU2121113C1/en
Publication of RU96110608A publication Critical patent/RU96110608A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2121113C1 publication Critical patent/RU2121113C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: power plants working mainly on compressed natural gas at low concentration of nitric oxides in turbine waste gases. SUBSTANCE: gas turbine combustion chamber includes at least one flame tube consisting of main chamber and prechamber with fuel gas supply cavity and fuel gas and air mixing cavity, as well as injectors with bushes mixing fuel gas and air. Front and rear walls of prechamber are made in form of two layers with fuel gas supply cavities. Rear wall of prechamber has shield directed towards main chamber forming flow-through air cavity together with adjacent wall. Cross section of fuel gas supply cavity at prechamber outlet exceeds cross-section of prechamber. Walls of bushes and prechamber have slotted passages intersecting tangentially with axis of bushes and prechamber. Holes provided between passages are brought in communication with fuel gas supply cavities; they have row of smaller holes whose outlet is located on surface of slotted passages. Diameters of front and outlet ends of mixing bushes are reducing relative to center portion of bush; bushes have taper bodies inside them; vertex of cone is directed in way of flow; base of cone is fastened to front end of bush; body of cone has hole coaxial relative to axis of bush. EFFECT: increased service life of combustion chamber. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к камерам сгорания газовых турбин энергетических установок, работающих преимущественно на сжатом природном газе с малой концентрацией оксидов азота в отработавших газах турбины. The invention relates to combustion chambers of gas turbines of power plants operating mainly on compressed natural gas with a low concentration of nitrogen oxides in the exhaust gases of the turbine.

Известна камера сгорания газовой турбины, содержащая горелку и проходящую в направлении течения полость сгорания, а на входной стороне камера сгорания A снабжена несколькими горелками B, C предварительного смешения, расположенными одна рядом с другой и имеющими различный размер. Между двумя большими горелками B размещена одна малая горелка C предварительного смешения. В горелках C за наибольшим выходным отверстием расположена форкамера [1]. A combustion chamber of a gas turbine is known, comprising a burner and a combustion cavity extending in the flow direction, and on the inlet side, the combustion chamber A is provided with several pre-mixing burners B, C located one next to the other and having different sizes. Between the two large burners B, there is one small premix burner C. In burners C, a prechamber [1] is located behind the largest outlet.

Недостатком данной конструкции является малый диапазон устойчивого горения на переходных режимах силовой установки. Кроме того, большие тепловые потоки от камеры к горелкам приводят к нагарообразованию и коксованию горелок, что снижает надежность работы камеры сгорания. The disadvantage of this design is the small range of sustainable combustion in transient power plant. In addition, large heat fluxes from the chamber to the burners lead to carbon formation and coking of the burners, which reduces the reliability of the combustion chamber.

Известна также камера сгорания газовой турбины, содержащая по меньшей мере одну жаровую трубу, состоящую из основной камеры и предкамеры с полостями подвода топливного газа и смешения топливного газа и воздуха, а также форсунок с втулками смешения топливного газа и воздуха [2]. Also known is a combustion chamber of a gas turbine containing at least one flame tube consisting of a main chamber and a pre-chamber with cavities for supplying fuel gas and mixing fuel gas and air, as well as nozzles with bushings for mixing fuel gas and air [2].

Недостатками известной камеры сгорания являются увеличенные осевые габариты жаровой трубы, повышающие время пребывания при высокой температуре потока продуктов горения, что приводит к повышенным выбросам токсичных продуктов сгорания, преимущественно оксидов азота NOx. Не исключается возможность прогара жаровых труб вследствие противоточной схемы течения охлаждающего воздуха в камере сгорания и вероятности образования застойных зон.The disadvantages of the known combustion chamber are the increased axial dimensions of the flame tube, increasing the residence time at a high temperature of the flow of combustion products, which leads to increased emissions of toxic combustion products, mainly nitrogen oxides NO x . The possibility of burnout of the flame tubes is not ruled out due to the countercurrent flow pattern of the cooling air in the combustion chamber and the likelihood of stagnant zones.

Наиболее близкой к заявляемой является малоэмиссионная камера сгорания для газовой турбины М1А - 13А мощностью 1,5 МВт, содержащая по меньшей мере одну жаровую трубу, состоящую из основной камеры и предкамеры с полостями подвода топливного газа и смешения топливного газа и воздуха, а также форсунок с втулками смешения топливного газа и воздуха [3]. Closest to the claimed is a low-emission combustion chamber for a gas turbine M1A - 13A with a capacity of 1.5 MW, containing at least one flame tube, consisting of a main chamber and a pre-chamber with cavities for supplying fuel gas and mixing fuel gas and air, as well as nozzles with bushings for mixing fuel gas and air [3].

Недостатками известной конструкции являются низкая надежность подачи сжатого газа в камеру сгорания и малый ресурс ее работы. Это объясняется отсутствием расходных полостей в предкамере, а следовательно, ограничениями в стабильности расхода топливного газа и устойчивости горения в широком диапазоне режимов работы. В известной конструкции сжатый природный газ подается в основную камеру и предкамеру через трубопроводы и каналы в стенках предкамеры и скрепленной с ней передней стенкой камеры сгорания, что усложняет также систему регулирования давлением сжатого природного газа и снижает ее надежность из-за большого числа соединений. Не исключена также возможность проскока пламени в пневматической форсунке и основной предкамере вследствие появления зон пониженного давления в центре вихря из-за закрутки потоков газа лопатки завихрителей. Кроме того, в известной конструкции предкамера недостаточно защищена от потока высокотемпературных продуктов сгорания, например, в пилотной форсунке. Известная конструкция затрудняет также ее сборку, разборку и использование в кольцевых камерах сгорания с наклонной относительно оси камеры осью жаровых труб вследствие жесткого соединения предкамеры с передней стенкой камеры сгорания. На переходных режимах и неполной загрузке возможны повышенные выбросы токсичных продуктов сгорания, в основном оксидов азота NOx, вследствие неравномерной подачи топливно-воздушной смеси относительно поперечного сечения основной камеры.The disadvantages of the known design are the low reliability of the supply of compressed gas to the combustion chamber and the small resource of its operation. This is explained by the absence of discharge cavities in the prechamber, and, consequently, by limitations in the stability of the fuel gas flow and combustion stability in a wide range of operating modes. In the known construction, compressed natural gas is supplied to the main chamber and the pre-chamber through pipelines and channels in the walls of the pre-chamber and the front wall of the combustion chamber attached to it, which also complicates the pressure control system of the compressed natural gas and reduces its reliability due to the large number of connections. The possibility of flame penetration in the pneumatic nozzle and in the main antechamber due to the appearance of low pressure zones in the center of the vortex due to swirling gas flows of the swirl blades is also possible. In addition, in the known construction, the pre-chamber is not sufficiently protected from the flow of high-temperature combustion products, for example, in a pilot nozzle. The known design also makes it difficult to assemble, disassemble and use in annular combustion chambers with the axis of the flame tubes inclined relative to the chamber axis due to the rigid connection of the prechamber to the front wall of the combustion chamber. At transient conditions and possible incomplete loading increased emissions of toxic combustion products, mainly NO x nitrogen oxides due to nonuniform flow of the fuel-air mixture relative to the cross-section of the main chamber.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении ресурса камеры сгорания за счет снижения температурных градиентов в стенках предкамеры и снижение токсичности продуктов сгорания за счет более высокой степени смешения с воздухом смеси природного газа, повышения полноты его сгорания, а также повышения устойчивости горения в широком диапазоне режимов работы газотурбинной установки. The technical problem to be solved by the claimed invention is aimed at increasing the resource of the combustion chamber by reducing temperature gradients in the walls of the prechamber and reducing the toxicity of combustion products due to a higher degree of mixing of natural gas mixture with air, increasing the completeness of its combustion, as well as increasing stability combustion in a wide range of operating modes of a gas turbine installation.

Сущность технического решения заключается в том, что в камере сгорания газовой турбины, содержащей по меньшей мере одну жаровую трубу, состоящую из основной камеры и предкамеры с полостями подвода топливного газа и смешения топливного газа и воздуха, а также форсунок с втулками смешения топливного газа и воздуха, согласно изобретению, передняя и задняя стенки предкамеры выполнены двухслойными с полостями подвода топливного газа, при этом задняя стенка предкамеры содержит экран, обращенный к основной камере и образующей со смежной стенкой проточную воздушную полость, а на выходе предкамеры поперечное сечение полости подвода топливного газа превышает поперечное сечение предкамеры, в стенках втулок и предкамеры выполнены щелевые каналы, имеющие тангенциальное пересечение с осью втулок и предкамеры, а между каналами выполнены отверстия, сообщающиеся с полостями подвода топливного газа и имеющие ряд более мелких отверстий, выход которых расположен на поверхности щелевых каналов перед их поперечным сечением. Втулки смешения выполнены с уменьшенным относительно средней части втулки диаметром лобового и выходного торцев и с конусным телом внутри, соосным с втулкой, причем вершина конуса направлена по потоку, основание скреплено с лобовым торцем втулки, а в теле конуса выполнено отверстие соосно с осью втулки. The essence of the technical solution lies in the fact that in the combustion chamber of a gas turbine containing at least one flame tube, consisting of a main chamber and a pre-chamber with cavities for supplying fuel gas and mixing fuel gas and air, as well as nozzles with bushings for mixing fuel gas and air according to the invention, the front and rear walls of the prechamber are made two-layer with cavities for supplying fuel gas, while the rear wall of the prechamber contains a screen facing the main chamber and forming from an adjacent wall th flowing air cavity, and at the exit of the prechamber the cross section of the cavity for supplying fuel gas exceeds the cross section of the prechamber, slotted channels are made in the walls of the bushings and the prechamber having tangential intersection with the axis of the bushes and the prechamber, and openings are made between the channels communicating with the cavities of the fuel gas supply and having a number of smaller holes, the outlet of which is located on the surface of the slotted channels in front of their cross section. Mixing sleeves are made with a diameter of the frontal and output ends reduced with respect to the middle part of the sleeve and with a conical body inside, coaxial with the sleeve, the top of the cone being directed downstream, the base fastened to the frontal end of the sleeve, and a hole made coaxially with the axis of the sleeve in the body of the cone.

Выполнение в камере сгорания передней и задней стенок предкамеры двухслойными, с полостями подвода топливного газа позволяет уменьшить потери давления и инерционность системы регулирования давлением сжатого природного газа, а также упростить размещение расходных полостей топливного газа непосредственно в стенках предкамеры. Это упрощает также и соединения с трубопроводами подвода топливного газа, снижает их количество, повышает надежность соединений с стабильность расхода топливного газа через форсунки, а следовательно, повышает устойчивость горения. Кроме того, это повышает "быстродействие" системы, упрощает систему регулирования подачи топливного газа в камеру сгорания в широком диапазоне режимов работы газотурбинной установки. The implementation of the front and rear walls of the prechamber in the combustion chamber with two layers, with cavities for supplying fuel gas, allows reducing pressure losses and the inertia of the pressure control system of compressed natural gas, as well as simplifying the placement of fuel gas consumables directly in the walls of the prechamber. This also simplifies the connection with the fuel gas supply pipelines, reduces their number, increases the reliability of the connections with the stability of the fuel gas flow through the nozzles, and therefore increases the stability of combustion. In addition, this improves the "speed" of the system, simplifies the system for regulating the supply of fuel gas to the combustion chamber in a wide range of operating modes of a gas turbine installation.

Наличие на задней стенке предкамеры экрана, обращенного к основной камере и образующего со смежной стенкой проточную воздушную полость, обеспечивает теплоизоляцию полости топливного газа в задней стенке предкамеры от воздействия высоких температур, создаваемых в зоне горения. The presence on the rear wall of the prechamber of the screen facing the main chamber and forming a flowing air cavity with the adjacent wall provides thermal insulation of the fuel gas cavity in the rear wall of the prechamber from the effects of high temperatures created in the combustion zone.

Выполнение на выходе предкамеры, т.е. на задних стенках, поперечного сечения полости подвода топливного газа, превышающего поперечное сечение предкамеры, позволяет дополнительно снизить потери давления, упростить размещение расходных полостей топливного газа и соединить их непосредственно с втулками смешения топливного газа, например, при помощи сварки. Это повышает надежность соединений, снижает вероятность утечек топливного газа, повышает ресурс и надежность камеры сгорания, а также обеспечивает стабильность расхода топливного газа через форсунки и упрощает систему регулирования подачи газа в камеру сгорания. Execution of the pre-chamber output, i.e. on the rear walls, a cross-section of the fuel gas supply cavity exceeding the cross-section of the prechamber, can further reduce pressure losses, simplify the placement of the fuel gas supply cavities and connect them directly to the fuel gas mixing bushings, for example, by welding. This increases the reliability of the connections, reduces the likelihood of fuel gas leaks, increases the life and reliability of the combustion chamber, and also ensures the stability of the flow of fuel gas through the nozzles and simplifies the system for controlling the gas supply to the combustion chamber.

Выполнение в стенках втулок и предкамеры щелевых каналов, имеющих тангенциальное пересечение с осью втулок и предкамеры, позволяет увеличить степень смешения, закручивая газовые потоки и увеличивая их траекторию. The execution in the walls of the bushings and the prechamber of the slotted channels having a tangential intersection with the axis of the bushings and the precamera, allows to increase the degree of mixing by twisting the gas flows and increasing their trajectory.

Выполнение между каналами отверстий, сообщающихся с полостями подвода топливного газа и имеющих ряд более мелких отверстий, выход которых расположен на поверхности щелевых каналов перед их поперечным сечением, обеспечивает дополнительную турбулизацию топливно-воздушного потока перед входом в тангенциальный канал и повышает степень смешения топливовоздушных струй. The opening between the channels of the holes communicating with the cavities of the fuel gas supply and having a number of smaller holes, the outlet of which is located on the surface of the slotted channels in front of their cross section, provides additional turbulization of the fuel-air flow before entering the tangential channel and increases the degree of mixing of the fuel-air jets.

Выполнение втулок смешения с уменьшенным относительно средней части втулки диаметром лобового и выходного торцев и с конусным телом внутри, соосным с втулкой, причем с вершиной конуса, направленной по потоку, а основанием - скрепленным с лобовым торцем втулки, позволяет уменьшить потери давления при смешивании топливного газа с уже перемешанной топливовоздушной смесью в предкамере за счет близкого к ламинарному течению потока турбулентных струй внутри втулок смешения. Глухой лобовой торец втулки обеспечивает торможение потока топливовоздушной смеси внутри предкамеры. Уменьшенный диаметр лобового и выходного торцев позволяет разместить внутри втулки конусное тело, что обеспечивает потоку внутри втулки равенство скоростей вдоль ее оси. The execution of the mixing sleeves with a diameter of the frontal and output ends reduced relative to the middle part of the sleeve and with a conical body inside, coaxial with the sleeve, and with the top of the cone directed downstream, and the base fastened to the frontal face of the sleeve, allows to reduce pressure losses when mixing fuel gas with the already mixed air-fuel mixture in the pre-chamber due to the flow of turbulent jets close to the laminar flow inside the mixing bushings. The deaf frontal end face of the sleeve provides braking of the flow of the air-fuel mixture inside the chamber. The reduced diameter of the frontal and output ends allows you to place a conical body inside the sleeve, which ensures equal flow speeds along the axis inside the sleeve.

Выполнение внутри конуса отверстия позволяет сдувать поток газов в центре закрученного тангенциальными каналами потока, имеющего пониженное статистическое давление, что исключает проскок пламени в центре тангенциального вихря. The execution inside the cone of the hole allows you to blow off the gas flow in the center of the flow swirling with tangential channels, which has a reduced statistical pressure, which eliminates the breakthrough of the flame in the center of the tangential vortex.

На фиг. 1 изображена верхняя часть продольного сечения камеры сгорания вдоль оси жаровой трубы; на фиг. 2 - разрез A-A на фиг.1 (поперек входной части предкамеры); на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1 (поперек втулки смешения топливного газа с топливовоздушной смесью); на фиг.4 - разрез В-В на фиг.2 (отверстия для подачи топливного газа из полости в передней стенке предкамеры); на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.3 (отверстия для подачи топливного газа во втулки смешения из полости в задней стенке предкамеры); на фиг.6 - вид Д на фиг.1 (со стороны полости горения на две смежные предкамеры). In FIG. 1 shows the upper part of a longitudinal section of the combustion chamber along the axis of the flame tube; in FIG. 2 is a section A-A in FIG. 1 (across the inlet of the prechamber); figure 3 is a section bB in figure 1 (across the sleeve of mixing the fuel gas with the air-fuel mixture); figure 4 is a section bb in figure 2 (holes for supplying fuel gas from the cavity in the front wall of the chamber); figure 5 - section GG in figure 3 (holes for supplying fuel gas to the mixing sleeve from the cavity in the rear wall of the chamber); in Fig.6 is a view of D in Fig.1 (from the side of the combustion cavity into two adjacent precameras).

Камера сгорания газовой турбины содержит по меньшей мере одну жаровую трубу 1, образованную кольцевыми наружной 2 и внутренней 3 оболочками и ряд предкамер 4, расположенных в кольцевом пространстве 5, образованном внутренней оболочкой 6 и наружными оболочками 7, 8, 9 камеры сгорания. Ось 10 предкамеры 4 расположена под острым углом к оси 11 камеры сгорания. В предкамере 4 содержатся форсунки 12 с втулками 13 смешения топливного газа 14 и воздуха 15, а поз.16 - показан поток перемешанной топливовоздушной смеси в полости 17 предкамеры 4. Передняя стенка 18 и задняя стенка 19 предкамеры 4 выполнены двухслойными из стенок 20, 21 и стенок 22, 23, соответственно на передней 18 и задней 19 стенках предкамеры 4 с полостями 24 и 25 подвода топливного газа 14. При этом задняя стенка 19 предкамеры 4 содержит экран 26, обращенный к основной камере 27, т.е. к жаровой трубе 1, образующий со смежной стенкой 23 проточную воздушную полость 28. Проточной полость 28 становится благодаря ряду отверстий 29 в кольцевом пояске 30 и зазору между втулками 13 и отверстиями 31 в экране 26. На выходе предкамеры 4, т.е. в зоне ее задней стенки 19 поперечное сечение 32 полости подвода 25 топливного газа 14 превышает поперечное сечение 33 предкамеры 4. В стенках втулок 13 и предкамеры 4 выполнены щелевые каналы 34 и соответственно 35, имеющие тангенциальное пересечение с осью 36 втулок 13 и осью 10 предкамеры 4. Между каналами 34, 35 выполнены отверстия 37, 38, сообщающиеся соответственно с полостями 25 и 24 подвода топливного газа 14 и имеющие ряд более мелких отверстий, соответственно 39 и 40, выход которых расположен на поверхности 41 и соответственно 42 щелевых каналов 34 и 35 перед их поперечным сечением 43 и 44, на расстоянии X1 и X2. Втулки смешения 13 выполнены с глухим лобовым торцем 45 и с уменьшенным относительно средней части 46 втулки диаметром лобового торца 45 и выходного торца 47, а также с конусным телом 48 внутри втулки 13, соосным с этой втулкой. Вершина 49 конуса 48 направлена по потоку 16 во втулке 13, основание 50 скреплено с лобовым торцем 45 втулки, а в теле конуса 48 выполнено отверстие 51, соосно с осью 36 втулки 13. Кроме того, на фиг. 1 показаны штуцеры 52, 53 и 54 подвода топливного газа 14 со сферотелескопическими соединениями в предкамере 4, форсунка 55 малого газа, диффузор 56 с внезапным расширением, поперечная обтекаемая стойка 57, скрепляющая внутреннюю 6 и наружную 9 оболочки камеры сгорания, 58 - первая ступень соплового аппарата турбины, а на фиг.6 - 59 - дополнительные форсунки малого газа между предкамерами 4. The combustion chamber of a gas turbine contains at least one flame tube 1 formed by annular outer 2 and inner 3 shells and a number of prechambers 4 located in the annular space 5 formed by the inner shell 6 and the outer shells 7, 8, 9 of the combustion chamber. The axis 10 of the pre-chamber 4 is located at an acute angle to the axis 11 of the combustion chamber. The pre-chamber 4 contains nozzles 12 with sleeves 13 for mixing fuel gas 14 and air 15, and pos. 16 shows the flow of the mixed air-fuel mixture in the cavity 17 of the pre-chamber 4. The front wall 18 and the rear wall 19 of the pre-chamber 4 are made of two layers of walls 20, 21 and walls 22, 23, respectively, on the front 18 and rear 19 walls of the prechamber 4 with cavities 24 and 25 for supplying fuel gas 14. Moreover, the rear wall 19 of the prechamber 4 contains a screen 26 facing the main chamber 27, i.e. to the flame tube 1, forming a flowing air cavity 28 with an adjacent wall 23. The flowing cavity 28 becomes due to a series of holes 29 in the annular belt 30 and the gap between the bushings 13 and the holes 31 in the screen 26. At the exit of the prechamber 4, i.e. in the area of its rear wall 19, the cross section 32 of the cavity for supplying 25 fuel gas 14 exceeds the cross section 33 of the prechamber 4. In the walls of the sleeves 13 and the prechamber 4, slotted channels 34 and 35, respectively, have a tangential intersection with the axis 36 of the sleeves 13 and the axis 10 of the prechamber 4 Between the channels 34, 35, holes 37, 38 are made, respectively communicating with the cavities 25 and 24 of the fuel gas supply 14 and having a number of smaller holes, respectively 39 and 40, the outlet of which is located on the surface 41 and 42 of the slotted channels 34 and 35, respectively, in front of their cross section 43 and 44, at a distance of X1 and X2. Mixing bushings 13 are made with a blind frontal end face 45 and with a diameter of the frontal end face 45 and output end 47 reduced with respect to the middle part 46 of the sleeve, as well as with the conical body 48 inside the sleeve 13 coaxial with this sleeve. The vertex 49 of the cone 48 is directed downstream 16 in the sleeve 13, the base 50 is fastened to the frontal end face of the sleeve 45, and the hole 51 is made in the body of the cone 48, coaxially with the axis 36 of the sleeve 13. In addition, in FIG. 1 shows nozzles 52, 53 and 54 for supplying fuel gas 14 with spherical-telescopic connections in the pre-chamber 4, a nozzle 55 for small gas, a diffuser 56 with sudden expansion, a transverse streamlined strut 57 fastening the inner 6 and outer 9 shells of the combustion chamber, 58 - the first nozzle stage turbine apparatus, and in Fig.6 - 59 - additional nozzles of small gas between the pre-chambers 4.

Камера сгорания газовой турбины работает следующим образом. При запуске энергетической установки и работе на режиме холостого хода сжатый природный газ 14 подается через пусковые штуцеры 52 и форсунки 55, 59, смешиваясь с потоком воздуха 15, и воспламеняется в основной камере 27 от свечи зажигания, образуя факел диффузионного горения. С увеличением режима сжатый природный газ через штуцеры 54 подается в полость 25 в задней стенке 19 предкамеры 4, поступает в отверстия 37 во втулках 13, далее через ряды более мелких отверстий 39 распыливается с поверхности 41 в щелевых каналах 34, тангенциально расположенных к оси 36 втулок, где смешивается с воздухом 15. Интенсивно закручиваясь и перемешиваясь в тангенциальных каналах 34, газовоздушная смесь 16 поступает в основную камеру 27, где закрученные потоки газовоздушных струй образуют циркуляционные зоны горения для сжигания природного газа в гомогенной, обедненной газовоздушной смеси ( αг = 1,8-2,2, где αг - коэффициент избытка окислителя, равный отношению действительного количества воздуха к теоретически необходимому для полного сгорания топлива. На высоких режимах сжатый природный газ 14 подается через штуцеры 53 в полости 24 в передней стенке 18 предкамеры 4, через отверстия 38 распыливается через ряды более мелких отверстий 40 с поверхности 42 в щелевых каналах 35, интенсивно перемешивается с воздухом 15 и, тангенциально закручиваясь в щелевых каналах 35 и далее в полости 17 предкамер 4, газовоздушная смесь 16 поступает в тангенциальные каналы 34 втулок смешения 13, где дополнительно перемешивается, достигая высокой степени однородности. При этом подача сжатого газа через штуцеры 53 снижается или полностью прекращается, а коэффициент избытка окислителя газовоздушной смеси в сечении выходного торца 47 втулок 13 составляет 1,8 - 2,2. Горение бедной гомогенной смеси протекает при невысоких температурах (Тг = 750 - 1050 K), и количество образующихся оксидов азота при этом незначительно.The combustion chamber of a gas turbine operates as follows. When starting the power plant and operating at idle, compressed natural gas 14 is supplied through the starting fittings 52 and nozzles 55, 59, mixed with the air stream 15, and ignited in the main chamber 27 from the spark plug, forming a diffusion flame torch. With an increase in the mode, compressed natural gas is supplied through the fittings 54 to the cavity 25 in the rear wall 19 of the pre-chamber 4, enters the openings 37 in the bushings 13, then is sprayed from the surface 41 in the slotted channels 34 through the rows of smaller openings 39 tangentially located to the axis 36 of the bushings where it mixes with air 15. Intensively twisting and mixing in the tangential channels 34, the gas-air mixture 16 enters the main chamber 27, where the swirling streams of gas-air jets form circulating combustion zones for burning natural gas and in a homogeneous, depleted gas-air mixture (α g = 1.8-2.2, where α g is the coefficient of excess oxidizer equal to the ratio of the actual amount of air to the theoretically necessary for complete combustion of the fuel. At high conditions, compressed natural gas 14 is supplied through fittings 53 in the cavity 24 in the front wall 18 of the pre-chamber 4, is sprayed through the holes 38 through rows of smaller holes 40 from the surface 42 in the slotted channels 35, is mixed intensively with air 15 and, tangentially twisted in the slotted channels 35 and further in the cavity 17 of the antechamber p 4, the gas-air mixture 16 enters the tangential channels 34 of the mixing bushings 13, where it is further mixed, achieving a high degree of uniformity. In this case, the supply of compressed gas through the fittings 53 is reduced or completely stopped, and the excess coefficient of the oxidizer of the gas-air mixture in the cross section of the outlet end 47 of the bushings 13 is 1.8 - 2.2. The burning of a poor homogeneous mixture proceeds at low temperatures (Tg = 750 - 1050 K), and the amount of nitrogen oxides formed is negligible.

Таким образом, предлагаемая конструкция камеры сгорания защищена от потока высокотемпературных продуктов сгорания воздушной полостью и тепловым экраном, а размещение полостей подвода сжатого природного газа непосредственно в предкамере повышает ее ресурс и надежность за счет повышения устойчивости горения в широком диапазоне режимов работы газотурбинной установки, токсичность продуктов сгорания при этом снижается более чем в 5 раз. Thus, the proposed design of the combustion chamber is protected from the flow of high-temperature combustion products by an air cavity and a heat shield, and the placement of compressed natural gas supply cavities directly in the pre-chamber increases its resource and reliability by increasing combustion stability in a wide range of operating modes of a gas turbine installation, toxicity of combustion products it decreases by more than 5 times.

Claims (2)

1. Камера сгорания газовой турбины, содержащая по меньшей мере одну жаровую трубу, состоящую из основной камеры и предкамеры с полостями подвода топливного газа и смешения топливного газа и воздуха, а также форсунок с втулками смешения топливного газа и воздуха, отличающаяся тем, что передняя и задняя стенки предкамеры выполнены двухслойными с полостями подвода топливного газа, при этом задняя стенка предкамеры содержит экран, обращенный к основной камере и образующий со смежной стенкой проточную воздушную полость, а на выходе предкамеры поперечное сечение полости подвода топливного газа превышает поперечное сечение предкамеры, в стенках втулок и предкамеры выполнены щелевые каналы, имеющие тангенциальное пересечение с осью втулок и предкамеры, а между каналами выполнены отверстия, сообщающиеся с полостями подвода топливного газа и имеющие ряд более мелких отверстий, выход которых расположен на поверхности щелевых каналов перед их поперечным сечением. 1. The combustion chamber of a gas turbine containing at least one flame tube, consisting of a main chamber and a pre-chamber with cavities for supplying fuel gas and mixing fuel gas and air, as well as nozzles with bushings for mixing fuel gas and air, characterized in that the front and the rear walls of the prechamber are made two-layer with cavities for supplying fuel gas, while the rear wall of the prechamber contains a screen facing the main chamber and forming a flowing air cavity with an adjacent wall, and at the exit of the prechamber the cross-section of the cavity for supplying fuel gas exceeds the cross-section of the prechamber, slotted channels are made in the walls of the bushings and the prechamber having tangential intersection with the axis of the bushes and the prechamber, and openings are made between the channels communicating with the cavities of the fuel gas supply and having a number of smaller holes, the outlet of which located on the surface of the slotted channels in front of their cross section. 2. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что втулки смешения выполнены с уменьшенным относительно средней части втулки диаметром лобового и выходного торцов и с конусным телом внутри, соосно с втулкой, причем вершина конуса направлена по потоку, основание скреплено с лобовым торцом втулки, а в теле конуса выполнено отверстие соосно с осью втулки. 2. The chamber according to claim 1, characterized in that the mixing bushings are made with a diameter of the frontal and output ends reduced with respect to the middle part of the sleeve and with a conical body inside, coaxial with the sleeve, the top of the cone being directed downstream, the base fastened to the frontal end of the sleeve, and in the body of the cone a hole is made coaxially with the axis of the sleeve.
RU96110608A 1996-05-28 1996-05-28 Gas turbine combustion chamber RU2121113C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96110608A RU2121113C1 (en) 1996-05-28 1996-05-28 Gas turbine combustion chamber

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96110608A RU2121113C1 (en) 1996-05-28 1996-05-28 Gas turbine combustion chamber

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96110608A RU96110608A (en) 1998-08-20
RU2121113C1 true RU2121113C1 (en) 1998-10-27

Family

ID=20181114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96110608A RU2121113C1 (en) 1996-05-28 1996-05-28 Gas turbine combustion chamber

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2121113C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2462664C2 (en) * 2008-04-01 2012-09-27 Сименс Акциенгезелльшафт Auxiliary combustion chamber in burner
RU2470229C2 (en) * 2008-04-01 2012-12-20 Сименс Акциенгезелльшафт Burner
RU2624682C1 (en) * 2016-07-05 2017-07-05 Новиков Илья Николаевич Annular combustion chamber of gas turbine engine and method of working process implementation
CN108375081A (en) * 2018-03-06 2018-08-07 哈尔滨广瀚燃气轮机有限公司 It is a kind of to fire double fuel ring-pipe type combustion chamber of the oil and gas as fuel
RU2686652C2 (en) * 2013-12-24 2019-04-29 Ансалдо Энерджиа Свитзерлэнд Аг Method for operation of combustion device for gas turbine and combustion device for gas turbine
RU2714387C2 (en) * 2015-06-11 2020-02-14 Сафран Хеликоптер Энджинз Turbine engine cvc combustion chamber module comprising precombustion chamber

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
3. Доклад N 95-GT-255 "Разработка малоэмиссионной К.С. 2 поколения для ГТУ мощностью 1,5 MW". Д. Китояма и др. Хьюстон, Техас, 1995 г., с. 2, фиг. 1. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2462664C2 (en) * 2008-04-01 2012-09-27 Сименс Акциенгезелльшафт Auxiliary combustion chamber in burner
RU2470229C2 (en) * 2008-04-01 2012-12-20 Сименс Акциенгезелльшафт Burner
RU2686652C2 (en) * 2013-12-24 2019-04-29 Ансалдо Энерджиа Свитзерлэнд Аг Method for operation of combustion device for gas turbine and combustion device for gas turbine
RU2714387C2 (en) * 2015-06-11 2020-02-14 Сафран Хеликоптер Энджинз Turbine engine cvc combustion chamber module comprising precombustion chamber
RU2624682C1 (en) * 2016-07-05 2017-07-05 Новиков Илья Николаевич Annular combustion chamber of gas turbine engine and method of working process implementation
CN108375081A (en) * 2018-03-06 2018-08-07 哈尔滨广瀚燃气轮机有限公司 It is a kind of to fire double fuel ring-pipe type combustion chamber of the oil and gas as fuel
CN108375081B (en) * 2018-03-06 2023-08-08 哈尔滨广瀚燃气轮机有限公司 Dual-fuel annular combustion chamber using fuel oil and natural gas as fuel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6418725B1 (en) Gas turbine staged control method
EP0791160B1 (en) Dual fuel gas turbine combustor
US5408825A (en) Dual fuel gas turbine combustor
US5836164A (en) Gas turbine combustor
US5816049A (en) Dual fuel mixer for gas turbine combustor
US5590529A (en) Air fuel mixer for gas turbine combustor
US4160640A (en) Method of fuel burning in combustion chambers and annular combustion chamber for carrying same into effect
US5613363A (en) Air fuel mixer for gas turbine combustor
CA2155374C (en) Dual fuel mixer for gas turbine combuster
US6178752B1 (en) Durability flame stabilizing fuel injector with impingement and transpiration cooled tip
EP0620402B1 (en) Premix combustor with concentric annular passages
JP5468812B2 (en) Combustor assembly and fuel nozzle for gas turbine engine
US8959921B2 (en) Flame tolerant secondary fuel nozzle
US6374615B1 (en) Low cost, low emissions natural gas combustor
US7908863B2 (en) Fuel nozzle for a gas turbine engine and method for fabricating the same
KR19990067344A (en) Gas Turbine Combustor With Improved Mixed Fuel Injector
CA2161810A1 (en) A gas turbine engine combustion chamber
JPH09501486A (en) Fuel injection device and method of operating the fuel injection device
JP2002106845A (en) Multiple injection port combustor
EP0488556B1 (en) Premixed secondary fuel nozzle with integral swirler
US20040055307A1 (en) Premix burner and method of operation
KR100679596B1 (en) Radial inflow dual fuel injector
RU2121113C1 (en) Gas turbine combustion chamber
GB2107448A (en) Gas turbine engine combustion chambers
JPH08261465A (en) Gas turbine