RU2315913C2 - Gas turbine low-emission combustion chamber - Google Patents
Gas turbine low-emission combustion chamber Download PDFInfo
- Publication number
- RU2315913C2 RU2315913C2 RU2005129938/06A RU2005129938A RU2315913C2 RU 2315913 C2 RU2315913 C2 RU 2315913C2 RU 2005129938/06 A RU2005129938/06 A RU 2005129938/06A RU 2005129938 A RU2005129938 A RU 2005129938A RU 2315913 C2 RU2315913 C2 RU 2315913C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- mixing
- fuel
- space
- fire tube
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к конструкциям камер сгорания газовых турбин, работающих преимущественно на сжатом газе с низкими выбросами окислов азота и углерода.The invention relates to designs of combustion chambers of gas turbines operating primarily on compressed gas with low emissions of nitrogen and carbon oxides.
Известна камера сгорания, включающая жаровую цилиндрическую трубу с несколькими рядами отверстий для подачи воздуха в зону горения, расположенными на разном расстоянии от конического фронтового устройства и выполненными с соответствующей суммарной проходной площадью, а коническое фронтовое устройство выполнено с расположенной по его оси газовой горелкой, имеющей газораздающие отверстия. Такую конструкцию, в частности, имеют камеры сгорания газотурбинных установок Frame-3 и Frame-5 фирмы «Дженерал Электрик» (A.V.Soudarev, Yu.l.Zakharov, E.D.Vinogradov, G.N.Polyakov, K.F.Ott, V.F.Usenko. Update of Enviromental Record of Gas Pumping Units of Frame-5 Run on Gas Pipelines of Tyumen Region, Russia, 12-th Turbomachinery Maintenance Congress (TMC'96) Bangkok, Thailand. Fig. FRAME-5 unit combustor ode design venison scheme).A known combustion chamber, including a cylindrical heat pipe with several rows of holes for supplying air to the combustion zone, located at different distances from the conical front device and made with the corresponding total passage area, and the conical front device is made with a gas burner located on its axis, having gas-distributing holes. This design, in particular, has the combustion chambers of gas turbine units Frame-3 and Frame-5 from General Electric (AVSoudarev, Yu.l. Zakharov, EDVinogradov, GNPolyakov, KFOtt, VFUsenko. Update of Enviromental Record of Gas Pumping Units of Frame-5 Run on Gas Pipelines of Tyumen Region, Russia, 12th Turbomachinery Maintenance Congress (TMC'96) Bangkok, Thailand Fig. FRAME-5 unit combustor ode design venison scheme).
Недостатком известной камеры сгорания является высокая эмиссия вредных веществ, прежде всего оксида азота и углерода, не удовлетворяющая современным экологическим требованиям, что обусловлено не оптимальными с точки зрения эмиссионных характеристик камеры сгорания размерами и расположением отверстий для подачи воздуха в зону горения.A disadvantage of the known combustion chamber is the high emission of harmful substances, primarily nitric oxide and carbon, which does not meet modern environmental requirements, which is due to the size and location of the openings for supplying air to the combustion zone that are not optimal from the point of view of emission characteristics of the combustion chamber.
Наиболее близкой по конструкции к заявляемой является камера сгорания, включающая жаровую цилиндрическую трубу с отверстиями для подачи воздуха в зону горения, которые расположены равномерно по окружности жаровой трубы с суммарной проходной площадью, определяемой по математической формуле. Эти отверстия разделены на большие и малые и расположены на расстоянии, равном 0,2-0,4 диаметра жаровой трубы от фронтового устройства (патент РФ № 2162194, F23R 3/06, 2001 г.).The closest in design to the claimed is a combustion chamber, including a cylindrical heat pipe with holes for supplying air to the combustion zone, which are evenly spaced around the circumference of the heat pipe with a total passage area determined by the mathematical formula. These holes are divided into large and small and are located at a distance equal to 0.2-0.4 of the diameter of the flame tube from the front device (RF patent No. 2162194, F23R 3/06, 2001).
В известной конструкции предварительная подготовка смеси топлива с воздухом не производится, а воздух подается в зону горения, что не обеспечивает необходимую эмиссию вредных веществ в процессе работы камеры сгорания и не позволяет выполнить экологические требования по выбросам оксидов азота и углерода.In the known design, preliminary preparation of the fuel mixture with air is not performed, and air is supplied to the combustion zone, which does not provide the necessary emission of harmful substances during the operation of the combustion chamber and does not allow fulfilling the environmental requirements for emissions of nitrogen and carbon oxides.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в снижении эмиссии вредных веществ за счет организации "богато-бедного" горения топлива путем осуществления предварительного перемешивания топлива с воздухом во фронтовом устройстве и исключения подачи охлаждающего воздуха в зону горения.The technical problem solved by the invention is to reduce the emission of harmful substances due to the organization of "rich and poor" fuel combustion by pre-mixing the fuel with air in the front device and excluding the supply of cooling air to the combustion zone.
Сущность изобретения заключается в том, что в малоэмиссионной камере сгорания, содержащей фронтовое устройство и цилиндрическую жаровую трубу с отверстиями для подачи воздуха, расположенными по окружности жаровой трубы, согласно изобретению, фронтовое устройство состоит по меньшей мере из двух модулей с полостями предварительного перемешивания топлива с воздухом, при этом отношение расстояния между осями соседних модулей к внутреннему диаметру жаровой трубы (a/D) составляет 0,4-0,5, а отношение длины полости предварительного смешивания каждого модуля к диаметру его выходного сопла (L/D1) равно 0,6-0,8.The essence of the invention lies in the fact that in a low-emission combustion chamber containing a frontal device and a cylindrical flame tube with air supply holes located around the circumference of the flame tube, according to the invention, the front device consists of at least two modules with pre-mixing cavities of the fuel with air , the ratio of the distance between the axes of the adjacent modules to the inner diameter of the flame tube (a / D) is 0.4-0.5, and the ratio of the length of the preliminary mixing cavity to each module to the diameter of its output nozzle (L / D 1 ) is 0.6-0.8.
Жаровая труба включает полость горения топливовоздушной смеси и полость смешения горячих газов с воздухом, при этом жаровая труба включает сплошную внутреннюю стенку и наружную перфорированную оболочку, кольцевой канал между которыми выполнен с возможностью подвода охлаждающего воздуха в полость смешения, причем L1/D=0,9-1,1, где L1 - длина полости горения, а отверстия для подачи воздуха выполнены в полости смешения.The flame tube includes a combustion chamber of the air-fuel mixture and a cavity for mixing hot gases with air, while the flame tube includes a continuous inner wall and an outer perforated shell, the annular channel between which is configured to supply cooling air to the mixing cavity, with L 1 / D = 0, 9-1,1, where L 1 is the length of the combustion cavity, and the holes for air supply are made in the mixing cavity.
Кроме того, отверстия для подачи воздуха выполнены с разными диаметрами d1, d2, d3, при этом d1/D=0,17-0,20, d2/D=0,12-0,15, d3/D=0,07-0,10.In addition, the air supply openings are made with different diameters d 1 , d 2 , d 3 , while d 1 / D = 0.17-0.20, d 2 / D = 0.12-0.15, d 3 / D = 0.07-0.10.
Выполнение фронтового устройства многомодульным (по меньшей мере, двухмодульным) и с полостями предварительного перемешивания топлива с воздухом позволяет повышать качество смесеобразования, однородность топливовоздушной смеси и полноту ее сгорания.The implementation of the front-end device is multi-module (at least two-module) and with cavities for pre-mixing fuel with air, it allows to improve the quality of mixture formation, the uniformity of the air-fuel mixture and the completeness of its combustion.
Соотношение расстояния между осями соседних модулей к внутреннему диаметру жаровой трубы (a/D) должно составлять 0,4-0,5. В случае, когда a/D>0,5, зона горения будет смещаться к стенке жаровой трубы, что вызовет повышение ее температуры, необходимость подачи дополнительного количества охлаждающего воздуха и приведет к снижению ресурса жаровой трубы и ее прогару. При a/D<0,4 ухудшается предварительное перемешивание топлива с воздухом, что приводит к повышению эмиссии вредных веществ.The ratio of the distance between the axes of adjacent modules to the inner diameter of the flame tube (a / D) should be 0.4-0.5. In the case when a / D> 0.5, the combustion zone will shift to the wall of the flame tube, which will increase its temperature, the need to supply additional cooling air and lead to a decrease in the resource of the flame tube and its burnout. At a / D <0.4, the preliminary mixing of the fuel with air worsens, which leads to an increase in the emission of harmful substances.
Отношение длины полости предварительного перемешивания каждого модуля к диаметру его выходного сопла (L/D1) составляет 0,6-0,8. При L/D1<0,6 будет снижаться время смесеобразования, степень и однородность перемешивания будут недостаточными, что приведет к повышению эмиссии вредных веществ.The ratio of the premixing chamber of each module to the diameter of the outlet nozzle (L / D 1) is 0.6-0.8. With L / D 1 <0.6, the time of mixture formation will decrease, the degree and uniformity of mixing will be insufficient, which will lead to an increase in the emission of harmful substances.
Если отношение L/D1 превышает 0,8, то перемешивание будет более качественным, однако будет возможен «проскок» пламени во внутреннюю полость модуля.If the ratio L / D 1 exceeds 0.8, then the mixing will be better, but it will be possible to “slip” the flame into the internal cavity of the module.
Жаровая труба включает сплошную внутреннюю стенку и наружную перфорированную оболочку, кольцевой канал между которыми выполнен с возможностью подвода охлаждающего воздуха в зону смешения, что позволяет осуществлять охлаждение нагретой внутренней стенки и отводить воздух из зоны горения, тем самым обеспечивая процесс «богатого» горения топливовоздушной смеси.The heat pipe includes a continuous inner wall and an outer perforated shell, the annular channel between which is configured to supply cooling air to the mixing zone, which allows cooling of the heated inner wall and to remove air from the combustion zone, thereby ensuring a “rich” combustion of the air-fuel mixture.
Размещение отверстий для подачи воздуха в зоне смешения, а не в зоне горения, обеспечивает быстрое перемешивание продуктов сгорания зоны «богатого» горения с воздухом, снижает температуру горения топлива и сокращает время пребывания продуктов сгорания в зоне повышенных температур, снижая эмиссию вредных веществ.The location of the air supply openings in the mixing zone, and not in the combustion zone, provides quick mixing of the combustion products of the “rich” combustion zone with air, reduces the temperature of combustion of the fuel and reduces the residence time of the combustion products in the zone of elevated temperatures, reducing the emission of harmful substances.
Отношение длины полости горения L1 к внутреннему диаметру жаровой трубы D составляет 0,9-1,1. При L1/D<0,9 в процессе горения топливовоздушной смеси будет наблюдаться выброс несгоревших углеводородных составляющих топлива. При L1/D>1,1 в процессе горения топливовоздушной смеси в выхлопных газах количество азотсодержащих веществ будет увеличенным.The ratio of the combustion chamber 1 L to the inner diameter D of the flame tube is 0.9-1.1. When L 1 / D <0.9, during the combustion of the air-fuel mixture, an emission of unburned hydrocarbon components of the fuel will be observed. When L 1 / D> 1.1 during the combustion of the air-fuel mixture in the exhaust gases, the amount of nitrogen-containing substances will be increased.
Кроме того, отверстия для подачи воздуха, выполненные в зоне смешения, позволяют оптимизировать поле температур на выходе из жаровой трубы при удовлетворительном состоянии жаровой трубы. Заявляемые соотношения диаметров отверстий к внутреннему диаметру жаровой трубы обеспечивают максимальную «пробивную» способность воздушной струи, и, соответственно, самую низкую эмиссию вредных веществ выхлопных газов.In addition, the air supply openings made in the mixing zone make it possible to optimize the temperature field at the exit of the flame tube with a satisfactory condition of the flame tube. The claimed ratio of the diameters of the holes to the inner diameter of the flame tube provides the maximum "breakdown" ability of the air stream, and, accordingly, the lowest emission of harmful substances from exhaust gases.
На фиг.1 изображена камера сгорания газовой турбины; на фиг.2 дан разрез А-А на фиг.1.Figure 1 shows the combustion chamber of a gas turbine; figure 2 is a section aa in figure 1.
Малоэмиссионная камера сгорания содержит жаровую трубу 1 с фронтовым устройством, включающим модули 2, 3, а также форсунку 4, имеющую распылители 5, 6 с отверстиями 7 для подачи топлива 8 (жидкого или газообразного). Модули 2, 3 снабжены тангенциальными завихрителями 9, через которые поступает сжатый компрессором поток воздуха 10. Отношение расстояния а между осями соседних модулей 2, 3 к внутреннему диаметру d жаровой трубы 1 составляет 0,4-0,5.The low-emission combustion chamber contains a flame tube 1 with a front-end device, including modules 2, 3, and also a nozzle 4 having atomizers 5, 6 with openings 7 for supplying fuel 8 (liquid or gaseous). The modules 2, 3 are equipped with tangential swirlers 9, through which a compressed air stream 10 flows. The ratio of the distance a between the axes of the adjacent modules 2, 3 to the inner diameter d of the flame tube 1 is 0.4-0.5.
Модули 2, 3 выполнены с полостями 11 предварительного перемешивания воздуха 10 с топливом 8 с образованием топливовоздушной смеси. Полость 11 имеет длину L от отверстий 7 подачи топлива 8 до торца 12 выходного сопла модулей 2, 3 с диаметром D1. Отношение L/D1 составляет 0,6-0,8. Жаровая труба 1 включает цилиндрическую внутреннюю стенку 13 и перфорированную наружную оболочку 14 с отверстиями 15 для подачи охлаждающего воздуха 16. Между стенками 13, 14 выполнен кольцевой канал 17, по которому проходит охлаждающий воздух 16, не попадая в полость горения 18 длиной L1. Полость горения 18 расположена между торцом 12 выходного сопла модулей 2, 3 и отверстиями подачи воздуха 19, 20, 21, выполненными в полости смешения 22.Modules 2, 3 are made with cavities 11 of preliminary mixing of air 10 with fuel 8 to form a fuel-air mixture. The cavity 11 has a length L from the openings 7 of the fuel supply 8 to the end 12 of the output nozzle of the modules 2, 3 with a diameter of D 1 . The ratio L / D 1 is 0.6-0.8. The flame tube 1 includes a cylindrical inner wall 13 and a perforated outer shell 14 with openings 15 for supplying cooling air 16. Between the walls 13, 14 an annular channel 17 is made through which cooling air 16 passes without entering the combustion cavity 18 of length L 1 . The combustion cavity 18 is located between the end face 12 of the output nozzle of the modules 2, 3 and the
Отверстия 19 имеют диаметр d1, отверстия 20 - диаметр d3, отверстия 21 - диаметр d2. Отверстия 21 могут располагаться по периметру между двумя соседними отверстиями 20, а отверстия 19 и 20 - через одно.
Малоэмиссионная камера сгорания работает следующим образом.Low emission combustion chamber operates as follows.
Топливо 8 через форсунку 4 подают к отверстиям 7 распылителей 5, 6 и далее в полость 11. Одновременно сжатый компрессором поток воздуха 10, обтекая форсунку 4, поступает на вход тангенциальных завихрителей 9, в которых он закручивается. Закрученный поток воздуха 10 разбивает встречные струи топлива 8, выходящие из отверстий 7. При этом в полости 11 модулей 2, 3 происходит предварительное перемешивание воздуха 10 с топливом 8 с образованием топливовоздушной смеси. Смесь поступает в полость горения 18 жаровой трубы 1 полностью перемешанной и с однородным составом, где происходит процесс его горения.Fuel 8 through the nozzle 4 is fed to the holes 7 of the nozzles 5, 6 and further into the cavity 11. At the same time, the compressed air stream 10, flowing around the nozzle 4, enters the entrance of the tangential swirls 9, in which it swirls. The swirling air stream 10 breaks the oncoming jets of fuel 8 emerging from the openings 7. In this case, in the cavity 11 of the modules 2, 3, air 10 is pre-mixed with the fuel 8 to form a fuel-air mixture. The mixture enters the combustion cavity 18 of the flame tube 1 completely mixed and with a uniform composition, where the combustion process takes place.
Поток охлаждающего воздуха 16, проходя через отверстия 15 перфорированной стенки 14 жаровой трубы 1, ударяется о внутреннюю стенку 13, охлаждая ее. Далее поток воздуха 16 отводится по кольцевому каналу 17 в зону смешения 22, где осуществляется быстрое перемешивание продуктов сгорания топливовоздушной смеси с воздухом, поступающим в жаровую трубу 1 сквозь отверстия 19, 20, 21, обеспечивая высокую однородность этой смеси. Результатом является снижение эмиссии вредных веществ, а также оптимальное поле температур на выходе из жаровой трубы.The flow of cooling air 16, passing through the holes 15 of the perforated wall 14 of the flame tube 1, hits the inner wall 13, cooling it. Next, the air stream 16 is discharged along the annular channel 17 into the mixing zone 22, where the products of combustion of the air-fuel mixture with air entering the flame tube 1 through the
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005129938/06A RU2315913C2 (en) | 2005-09-26 | 2005-09-26 | Gas turbine low-emission combustion chamber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005129938/06A RU2315913C2 (en) | 2005-09-26 | 2005-09-26 | Gas turbine low-emission combustion chamber |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005129938A RU2005129938A (en) | 2007-04-10 |
RU2315913C2 true RU2315913C2 (en) | 2008-01-27 |
Family
ID=37999870
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005129938/06A RU2315913C2 (en) | 2005-09-26 | 2005-09-26 | Gas turbine low-emission combustion chamber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2315913C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2687475C1 (en) * | 2018-07-16 | 2019-05-13 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" | Small-emission circular combustion chamber for gas turbines |
RU2745174C2 (en) * | 2019-07-15 | 2021-03-22 | Висам Махмуд Юсеф | Low-emission combustion chamber |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2914986B1 (en) | 2007-04-12 | 2015-04-10 | Saint Gobain Isover | INTERNAL COMBUSTION BURNER |
-
2005
- 2005-09-26 RU RU2005129938/06A patent/RU2315913C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2687475C1 (en) * | 2018-07-16 | 2019-05-13 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" | Small-emission circular combustion chamber for gas turbines |
RU2745174C2 (en) * | 2019-07-15 | 2021-03-22 | Висам Махмуд Юсеф | Low-emission combustion chamber |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005129938A (en) | 2007-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10072848B2 (en) | Fuel injector with premix pilot nozzle | |
US4356698A (en) | Staged combustor having aerodynamically separated combustion zones | |
RU2621566C2 (en) | Fuel-air nozzle (versions), fire-fighting camera for a gas turbine engine (versions) and a method of operation of a fuel-air nozzle (options) | |
EP2185869B1 (en) | A multi-stage axial combustion system | |
US11371710B2 (en) | Gas turbine combustor assembly with a trapped vortex feature | |
US6735949B1 (en) | Gas turbine engine combustor can with trapped vortex cavity | |
US9599343B2 (en) | Fuel nozzle for use in a turbine engine and method of assembly | |
CA2103433C (en) | Tertiary fuel injection system for use in a dry low nox combustion system | |
KR101692662B1 (en) | Combustor and gas turbine | |
EP2993404A1 (en) | Dilution gas or air mixer for a combustor of a gas turbine | |
RU2566866C2 (en) | Combustion chamber of gas turbine | |
KR100679596B1 (en) | Radial inflow dual fuel injector | |
RU2681549C1 (en) | Nitrogen oxides low emission burning system for granulation plants with mobile grate grasses | |
RU2315913C2 (en) | Gas turbine low-emission combustion chamber | |
CN105889980A (en) | Novel Method For Air Entry In Liner To Reduce Water Requirement To Control Nox | |
RU2533609C2 (en) | Burner flame stabilisation | |
US9500368B2 (en) | Alternately swirling mains in lean premixed gas turbine combustors | |
RU2111416C1 (en) | Power-generating plant gas turbine combustion chamber | |
RU182300U1 (en) | Annular combustion chamber of a gas turbine plant | |
US6193502B1 (en) | Fuel combustion device and method | |
RU2196940C1 (en) | Method and device for burning fuel | |
RU2746347C1 (en) | Gas turbine engine combustion chamber burner | |
US20130089823A1 (en) | Combustor | |
RU2745174C2 (en) | Low-emission combustion chamber | |
EP2581660A1 (en) | Effusion cooled nozzle and related method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090927 |