RU2665009C1 - Двухконтурная горелка - Google Patents
Двухконтурная горелка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2665009C1 RU2665009C1 RU2017140637A RU2017140637A RU2665009C1 RU 2665009 C1 RU2665009 C1 RU 2665009C1 RU 2017140637 A RU2017140637 A RU 2017140637A RU 2017140637 A RU2017140637 A RU 2017140637A RU 2665009 C1 RU2665009 C1 RU 2665009C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- air
- dividers
- supply channel
- flow
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 110
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 62
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims abstract description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 31
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 abstract description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 20
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 8
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
- F23R3/18—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
- F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/36—Supply of different fuels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Abstract
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для непрерывного пламенного сжигания подготовленных топливовоздушных смесей газообразного углеводородного топлива в камерах сгорания газотурбинных установок. Двухконтурная горелка для камеры сгорания газотурбинной установки содержит корпус с каналом подвода воздуха, каналом подвода вспомогательного топлива, двумя коллекторами основного газообразного топлива, подключенными к каналам подвода основного газообразного топлива, и цилиндрическим насадком с форсунками, расположенными в торцевой части насадка и подключенными к каналу подвода вспомогательного топлива, кожух с коническим раструбом, расположенный коаксиально цилиндрическому насадку с образованием между ними кольцевой полости, и кольцевую тонкостенную перегородку, установленную в кольцевой полости с образованием двух смесительных камер, сообщенных с каналом подвода воздуха, причем в каждой смесительной камере установлены топливоподающие трубки с калиброванными отверстиями, расположенные перпендикулярно направлению потока воздуха и сообщенные с одним из коллекторов основного газообразного топлива, а также средства воздействия на поток топливовоздушной смеси. Горелка снабжена конусообразным стабилизатором пламени, расположенным в торцевой части цилиндрического насадка, а средства воздействия на поток топливовоздушной смеси выполнены в виде радиально расположенных рассекателей, установленных на выходе смесительных камер между коническим раструбом кожуха и конусообразным стабилизатором пламени, причем рассекатели в поперечном сечении имеют V-образную форму с закругленной передней кромкой, направленной навстречу потоку топливовоздушной смеси, а задние кромки рассекателей соединяют торцевую кромку конусообразного стабилизатора пламени с кромкой кольцевой тонкостенной перегородки и коническим раструбом кожуха. Изобретение позволяет снизить образование вредных веществ (NOи СО) в продуктах сгорания. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для непрерывного пламенного сжигания подготовленных топливовоздушных смесей газообразного углеводородного топлива в камерах сгорания газотурбинных установок (ГТУ).
Одной из важнейших задач при разработке камер сгорания для газотурбинных установок является снижение уровня эмиссии загрязняющих веществ, выбрасываемых с отработавшими газами в атмосферу. Эмиссия загрязняющих веществ характерна для любых тепловых машин, работающих на природном топливе. При создании низкоэмиссионных камер сгорания для газотурбинной установки решение проблемы загрязнения атмосферного воздуха достигается за счет эффективного предварительного смешения топлива с воздухом и организации подачи в камеру сгорания бедной топливовоздушной смеси с достижением устойчивого процесса горения.
Известна двухконтурная горелка для камеры сгорания газотурбинной установки, содержащая корпус с каналом подвода воздуха, каналом подвода вспомогательного топлива, коллектором основного газообразного топлива, подключенным к каналу подвода основного газообразного топлива, и цилиндрическим насадком с конусообразным стабилизатором пламени и форсунками, расположенными в торцевой части насадка и подключенными к каналу подвода вспомогательного топлива, и кожух с коническим раструбом, расположенный коаксиально цилиндрическому насадку с образованием между ними кольцевой полости со смесительной камерой, сообщенной с каналом подвода воздуха, причем в смесительной камере установлены топливоподающие трубки с калиброванными отверстиями, расположенные перпендикулярно направлению потока воздуха и сообщенные с коллектором основного газообразного топлива, а также средства воздействия на поток топливовоздушной смеси (RU 2456510, 2012 г.).
Известная горелка выполнена с одной смесительной камерой и одним коллектором основного газообразного топлива. Недостатком технического решения является то, что работа камеры сгорания с таким горел очным устройством на дроссельных режимах горения (при мощности менее 100%) приводит к существенному снижению полноты сгорания топлива и росту эмиссии вредных веществ, в частности угарного газа. Особенно сильно эти эффекты проявляются в коротких камерах сгорания при значениях длины камеры, отнесенной к ее диаметру менее двух.
Известна двухконтурная горелка для камеры сгорания газотурбинной установки, содержащая корпус с каналом подвода воздуха, каналом подвода вспомогательного топлива, коллектором основного газообразного топлива, подключенным к каналу подвода основного газообразного топлива, и цилиндрическим насадком с форсунками, расположенными в торцевой части насадка и подключенными к каналу подвода вспомогательного топлива, кожух с коническим раструбом, расположенный коаксиально цилиндрическому насадку с образованием между ними кольцевой полости, и кольцевую тонкостенную перегородку, установленную в кольцевой полости с образованием двух смесительных камер, сообщенных с каналом подвода воздуха, причем в каждой смесительной камере установлены топливоподающие трубки с калиброванными отверстиями, расположенные перпендикулярно направлению потока воздуха и сообщенные с коллектором основного газообразного топлива, а также средства воздействия на поток топливовоздушной смеси (US 5408825, 1995 г.).
В известной горелке топливо подается в обе смесительные камеры из одного коллектора основного газообразного топлива, т.е. состав топливовоздушной смеси, образующийся в обеих смесительных камерах, идентичен, причем обе камеры работают постоянно на всех режимах, а сгорание газообразного топлива при обедненной топливовоздушной смеси обеспечивается тем, что потоки топливовоздушной смеси в смесительных камерах закручиваются в противоположных направлениях и тем самым повышается качество перемешивания топлива с воздухом.
При этом в известной двухконтурной горелке работа камеры сгорания на дроссельных режимах горения (при мощности менее 100%) и, особенно, при низких температурах окружающего воздуха приводит к существенному снижению полноты сгорания топлива и росту эмиссии вредных веществ.
Наиболее близким аналогом изобретения является двухконтурная горелка для камеры сгорания газотурбинной установки, содержащая корпус с каналом подвода воздуха, каналом подвода вспомогательного топлива, двумя коллекторами основного газообразного топлива, подключенными к каналам подвода основного газообразного топлива, и цилиндрическим насадком с форсунками, расположенными в торцевой части насадка и подключенными к каналу подвода вспомогательного топлива, кожух с коническим раструбом, расположенный коаксиально цилиндрическому насадку с образованием между ними кольцевой полости, и кольцевую тонкостенную перегородку, установленную в кольцевой полости с образованием двух смесительных камер, сообщенных с каналом подвода воздуха, причем в каждой смесительной камере установлены топливоподающие трубки с калиброванными отверстиями, расположенные перпендикулярно направлению потока воздуха и сообщенные с одним из коллекторов основного газообразного топлива, а также средства воздействия на поток топливовоздушной смеси (US 5983642, 1999 г.).
В известной горелке с двумя контурами смешения топлива с воздухом обеспечивается возможность раздельной подачи топлива в отдельные смесительные камеры горелки. Такое решение позволяет на дроссельных режимах и при низких температурах воздуха подавать топливо только во внутреннюю смесительную камеру, создавая в этом контуре более богатую смесь, способную обеспечивать высокую полноту сгорания топлива и низкую эмиссию СО в неблагоприятных условиях.
При выходе на режимы полной мощности и при росте температур воздуха на входе в газотурбинную установку и на входе в камеру сгорания топливо, кроме внутренней смесительной камеры, начинает подаваться во внешнюю смесительную камеру горелки. При этом снижается концентрация топлива на выходе из двух смесительных камер и температура продуктов сгорания в камере сгорания, что приводит к росту уровня эмиссии СО и снижению содержания NOx. В диапазоне режимов, близких к максимальным, уровень СО снижается, а содержание NOx растет до приемлемых значений.
Однако в реальных условиях эксплуатации газотурбинных установок известная двухконтурная горелка не полностью обеспечивает заданные эмиссионные характеристики, особенно на дроссельных режимах и на максимальных режимах в зимних условиях.
При работе на дроссельных режимах при подаче топлива только во внутреннюю смесительную камеру горелки развитие фронта пламени идет от центральной зоны стабилизации горения (от кромок стабилизатора пламени) постепенно развиваясь в сечении на выходе из внутренней смесительной камеры и приближаясь к струе чистого воздуха, истекающего из внешней смесительной камеры горелки.
При этом на участке от окончания разделительной пластины до фронта пламени на границе смешения струй, истекающих из обеих смесительных камер, происходит смешение топливовоздушной смеси, истекающей из внутренней смесительной камеры, с чистым воздухом, истекающим из внешней смесительной камеры, приводя к обеднению состава смеси на границе двух струй. Это приводит к снижению скоростей горения и избыточному росту эмиссии СО. При этом интенсивность смешения струй, обеднение смеси и рост СО, в известной горелке в значительной степени, определяется интенсивностью закрутки потока в смесительных камерах горелки.
Аналогичное ухудшение характеристик происходит на режимах максимальной мощности в зимнее время в условиях низких температур воздуха. В этих условиях, несмотря на то, что топливо подается в оба смесительных контура горелки, из-за снижения температур воздуха на входе в ГТУ и на входе в камеру сгорания температура пламени снижается, что приводит к снижению скоростей горения и снижению полноты сгорания.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается предлагаемым изобретением, заключается в оптимизации состава топливовоздушной смеси, подаваемой в зону горения на дроссельных и экстремальных режимах работы камеры сгорания.
Техническим результатом изобретения является снижение эмиссии вредных веществ (NOx и СО) в продуктах сгорания до уровня требований международных стандартов на дроссельных и экстремальных режимах работы камеры сгорания.
Технический результат достигается за счет того, что двухконтурная горелка для камеры сгорания газотурбинной установки содержит корпус с каналом подвода воздуха, каналом подвода вспомогательного топлива, двумя коллекторами основного газообразного топлива, подключенными к каналам подвода основного газообразного топлива, и цилиндрическим насадком с форсунками, расположенными в торцевой части насадка и подключенными к каналу подвода вспомогательного топлива, кожух с коническим раструбом, расположенный коаксиально цилиндрическому насадку с образованием между ними кольцевой полости, и кольцевую тонкостенную перегородку, установленную в кольцевой полости с образованием двух смесительных камер, сообщенных с каналом подвода воздуха, причем в каждой смесительной камере установлены топливоподающие трубки с калиброванными отверстиями, расположенные перпендикулярно направлению потока воздуха и сообщенные с одним из коллекторов основного газообразного топлива, а также средства воздействия на поток топливовоздушной смеси. Горелка снабжена конусообразным стабилизатором пламени, расположенным в торцевой части цилиндрического насадка, а средства воздействия на поток топливовоздушной смеси выполнены в виде радиально расположенных рассекателей, установленных на выходе смесительных камер между коническим раструбом кожуха и конусообразным стабилизатором пламени, причем рассекатели в поперечном сечении имеют V-образную форму с закругленной передней кромкой, направленной навстречу потоку топливовоздушной смеси, а задние кромки рассекателей соединяют торцевую кромку конусообразного стабилизатора пламени с кромкой кольцевой тонкостенной перегородки и коническим раструбом кожуха.
Ширина каждого рассекателя по задним кромкам у его основания на поверхности конусообразного стабилизатора пламени может быть равна половине расстояния между плоскостями симметрии соседних рассекателей, а отношение длины профиля рассекателя к его ширине может выбираться в диапазоне от 3 до 5.
Задние кромки рассекателей могут быть выполнены параллельными между собой.
Рассекатели могут быть выполнены с изменяющейся шириной по задним кромкам, причем ширина рассекателей увеличивается от конусообразного стабилизатора пламени к коническому раструбу кожуха пропорционально расстоянию до оси насадка по высоте рассекателя.
Топливоподающие трубки могут быть снабжены клинообразными обтекателями.
Существенность отличительных признаков двухконтурной горелки подтверждается тем, что только совокупность всех конструктивных признаков, описывающая изобретение, позволяет обеспечить достижение технического результата изобретения - снижение эмиссии вредных веществ (NOx и СО) в продуктах сгорания до уровня требований международных стандартов на дроссельных и экстремальных режимах работы камеры сгорания.
Пример реализации изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показан продольный разрез двухконтурной горелки с рассекателями на выходе внутренней и наружной смесительных камер;
на фиг. 2 - схема коллекторов основного газообразного топлива, вид Б и вид В фиг. 1;
на фиг. 3 - поперечное сечение обтекателей, установленных на топливоподающих трубках, сечение Д-Д фиг. 1;
на фиг. 4 - поперечное сечение рассекателя, сечение Г-Г фиг 1;
на фиг. 5 - вид А фиг. 1 на горелку со стороны камеры сгорания с параллельными задними кромками рассекателей;
на фиг. 6 - вид А фиг. 1 на горелку со стороны камеры сгорания с изменяющейся шириной задних кромок рассекателей;
на фиг. 7 - график зависимости величины относительных потерь давления при обтекании рассекателей от величины отношения длины рассекателя к его ширине;
на фиг. 8 - график зависимости относительной длины зоны рециркуляционной стабилизации горения от величины отношения длины рассекателя к его ширине.
Двухконтурная горелка для камеры сгорания газотурбинной установки содержит корпус 1 с каналом 2 подвода воздуха, каналом 3 подвода вспомогательного топлива, двумя коллекторами 4 и 5 основного газообразного топлива, подключенными к каналам 6 и 7 подвода основного газообразного топлива, и цилиндрическим насадком 8 с форсунками 9, расположенными в торцевой части 10 насадка 8 и подключенными к каналу 3 подвода вспомогательного топлива (фиг.1).
Кожух 11 с коническим раструбом 12 расположен коаксиально цилиндрическому насадку 8 с образованием между ними кольцевой полости 13, в которой установлена кольцевая тонкостенная перегородка 14 с образованием двух смесительных камер - внутренней 15 и внешней 16, сообщенных с каналом 2 подвода воздуха.
Во внутренней смесительной камере 15 установлены топливоподающие трубки 17 с калиброванными отверстиями 18, расположенные перпендикулярно направлению потока воздуха и сообщенные с коллектором 4 основного газообразного топлива (фиг. 2,В). Во внешней смесительной камере 16 установлены топливоподающие трубки 19 с калиброванными отверстиями 20, также расположенные перпендикулярно направлению потока воздуха и сообщенные с коллектором 5 основного газообразного топлива (фиг. 2,Б). На топливоподающих трубках 17 и 19 установлены клинообразные обтекатели 21 (фиг. 3) с острой задней кромкой 22, направленной к оси корпуса 1.
Двухконтурная горелка снабжена конусообразным стабилизатором пламени 23, расположенным в торцевой части 10 цилиндрического насадка 8, и средствами воздействия на поток топливовоздушной смеси, выполненными в виде радиально расположенных рассекателей 24, установленных на выходе смесительных камер 15 и 16 между коническим раструбом 12 кожуха 11 и конусообразным стабилизатором пламени 23. Рассекатели 24 равномерно расположены по окружности стабилизатора пламени 23, а в поперечном сечении имеют V-образную форму с закругленной передней кромкой 25 (фиг. 4), направленной навстречу потоку топливовоздушной смеси, причем задние кромки 26 рассекателей 24 соединяют торцевую кромку 27 конусообразного стабилизатора пламени 23 с кромкой 28 кольцевой тонкостенной перегородки 14 и коническим раструбом 12 кожуха 11.
Задние кромки 26 рассекателей 24 могут быть выполнены параллельными между собой (фиг. 5). В другом варианте исполнения (фиг. 6) рассекатели 24 могут быть выполнены с изменяющейся шириной по задним кромкам 26, причем ширина рассекателей 24 увеличивается от конусообразного стабилизатора пламени 23 к коническому раструбу 12 кожуха 11 пропорционально расстоянию до оси насадка 8 по высоте рассекателя 24.
Ширина b каждого рассекателя 24 по задним кромкам 26 у его основания на поверхности конусообразного стабилизатора пламени 23 равна половине расстояния d между плоскостями симметрии соседних рассекателей, а отношение длины профиля рассекателя 24 к его ширине Ь выбирается в диапазоне от 3 до 5. При этом минимальное значение относительной длины рассекателей 24, равное 3 определяется быстрым нарастанием потерь полного давления газа при уменьшении относительной длины ниже этого значения (фиг. 7). Максимальное значение относительной длины рассекателя 24, равное 5, определяется быстрым уменьшением относительной длины зоны рециркуляционной стабилизации горения, определяющей границы срыва пламени за рассекателями 24 при увеличении относительной длины выше этого значения (фиг. 8).
Форсунки 9 вспомогательного топлива могут быть расположены на торцевой кромке 10 цилиндрического насадка 8 в сечениях, проходящих через оси симметрии рассекателей 24, и связаны с каналом 3 подвода вспомогательного топлива через кольцевой коллектор 29 и каналы 30.
Двухконтурная горелка может быть оснащена средством зажигания 31. На оси корпуса 1 горелки может быть расположена форсунка 32 жидкого резервного топлива.
Двухконтурная горелка для камеры сгорания газотурбинной установки работает следующим образом.
При запуске камеры сгорания воздух через канал подвода воздуха 2 подается во внутреннюю и внешнюю смесительные камеры 15 и 16 и через конический раструб 12 подается в камеру сгорания.
При обтекании воздухом конусообразного стабилизатора пламени 23 за его торцевой кромкой 27 образуется зона рециркуляционного течения, которая сохраняется примерно до середины длины камеры сгорания. Зона рециркуляционного течения используется для стабилизации пламени при работе двухконтурной горелки. При подаче газообразного вспомогательного топлива из кольцевого коллектора 29 через канал 30 к форсункам 9 в зоне рециркуляционного течения образуется топливовоздушная смесь. Эта смесь распространяется и в зонах отрыва потока за рассекателями 24 от центральной зоны рециркуляционного течения до конического раструба 12 кожуха 11.
После включения средства зажигания 31 топливовоздушная смесь воспламеняется в следах за рассекателями 24 и распространяется на центральную зону рециркуляционного течения, создавая очаг стабилизации горения в центральной зоне рециркуляции и в зонах отрыва потока за рассекателями 24. Подача вспомогательного топлива через форсунки 9 и горение этого топлива по диффузионному механизму осуществляется от режима запуска до режима 50% мощности ГТУ. В этом диапазоне режимов от 0 до 50% мощности эмиссионные характеристики ГТУ не лимитируются. Эмиссионные характеристики лимитируются при работе на газообразном топливе в диапазоне мощности ГТУ от 50 до 100%.
На режиме 50% мощности доля пилотного вспомогательного топлива, подаваемого через форсунки 9, уменьшается до минимальных значений (5-10%), при этом открывается подача основного газообразного топлива из канала 6 во внутреннюю смесительную камеру 15 и доля основного газообразного топлива, подаваемого в камеру сгорания увеличивается для поддержания мощности ГТУ на режиме 50%. Подача воздуха и топлива во внутреннюю смесительную камеру 15 создает на выходе из нее гомогенизированную бедную смесь, которая при сгорании в камере сгорания обеспечивает низкую эмиссию СО и NOx.
Стабилизация горения на этом режиме осуществляется от основной зоны отрыва течения, формируемой за конусообразным стабилизатором пламени 23, а также дополнительно от зон стабилизации горения за рассекателями 24. Такая двойная схема стабилизации горения интенсифицирует процесс сгорания при подаче топлива только во внутреннюю смесительную камеру 15 и сокращает длину факела. При этом воздух из внешней смесительной камеры 16 начинает смешиваться с продуктами сгорания, формируемыми на выходе из внутренней смесительной камеры 15, а не с топливовоздушной смесью. Снижению интенсивности смешения потоков из внешней и внутренней смесительных камер 16 и 15 и, тем самым, снижению эмиссии СО способствует формирование параллельных не закрученных потоков течения газа в этих камерах за счет установки клинообразных обтекателей 21, направленных к оси корпуса 1 горелки и формирующих параллельные потоки без закрутки газа. Установленные на топливоподающих трубках 17 и 19 клинообразные обтекатели 21 исключают возможность формирования зон отрыва потока и исключают возможность воспламенения и стабилизации горения за ними, что предохраняет их и горелку от прогара.
При увеличении мощности ГТУ от 50 до 75% расход основного топлива во внутреннюю смесительную камеру 15 увеличивается. При этом увеличивается концентрация топлива в топливовоздушной смеси, подаваемой в камеру сгорания и эмиссия оксидов азота при горении на режиме 75% приближается к предельным значениям. На этом режиме для снижения эмиссии NOx открывается канал 7 подачи основного топлива во внешнюю смесительную камеру 16. При этом снижается концентрация топлива в обоих контурах горелки, что приводит к снижению эмиссии оксидов азота и росту до приемлемых уровней эмиссии СО.
Ограничению до приемлемых уровней эмиссии СО способствует стабилизация горения топливовоздушной смеси, истекающей из внешнего смесительного контура, с помощью рассекателей 24, установленных на выходе из внешней смесительной камеры 16. При снижении температуры окружающего воздуха установка на выходе из смесительных камер 15 и 16 рассекателей 24, интенсифицирующих горение, также приводит к увеличению полноты сгорания и снижению эмиссии СО. При дальнейшем росте мощности ГТУ от 75 до 100% расход основного топлива увеличивается через обе смесительные камеры 15 и 16, что приводит к увеличению концентрации топлива и росту эмиссии оксидов азота и дополнительному падению эмиссии СО. На режиме 100% мощности эмиссия NOx увеличивается до максимальных предельных значений, а эмиссия СО снижается до минимальных значений.
Таким образом, в диапазоне мощности от 50 до 100% и при снижении температур воздуха за счет перераспределения топлива в двух смесительных камерах 15 и 16, а также за счет интенсификации горения с помощью установленных на выходе рассекателей 24, обеспечивается в требуемом диапазоне поддержание эмиссионных характеристик по NOx и СО.
При снижении мощности ниже 100% для поддержания эмиссионных характеристик реализуется обратная последовательность операций подачи топлива в оба смесительных контура горелки.
В случае временного отсутствия газообразного топлива в камеру сгорания через форсунку 32 подается жидкое резервное топливо.
Claims (5)
1. Двухконтурная горелка для камеры сгорания газотурбинной установки, содержащая корпус с каналом подвода воздуха, каналом подвода вспомогательного топлива, двумя коллекторами основного газообразного топлива, подключенными к каналам подвода основного газообразного топлива, и цилиндрическим насадком с форсунками, расположенными в торцевой части насадка и подключенными к каналу подвода вспомогательного топлива, кожух с коническим раструбом, расположенный коаксиально цилиндрическому насадку с образованием между ними кольцевой полости, и кольцевую тонкостенную перегородку, установленную в кольцевой полости с образованием двух смесительных камер, сообщенных с каналом подвода воздуха, причем в каждой смесительной камере установлены топливоподающие трубки с калиброванными отверстиями, расположенные перпендикулярно направлению потока воздуха и сообщенные с одним из коллекторов основного газообразного топлива, а также средства воздействия на поток топливовоздушной смеси, отличающаяся тем, что горелка снабжена конусообразным стабилизатором пламени, расположенным в торцевой части цилиндрического насадка, а средства воздействия на поток топливовоздушной смеси выполнены в виде радиально расположенных рассекателей, установленных на выходе смесительных камер между коническим раструбом кожуха и конусообразным стабилизатором пламени, причем рассекатели в поперечном сечении имеют V-образную форму с закругленной передней кромкой, направленной навстречу потоку топливовоздушной смеси, а задние кромки рассекателей соединяют торцевую кромку конусообразного стабилизатора пламени с кромкой кольцевой тонкостенной перегородки и коническим раструбом кожуха.
2. Двухконтурная горелка по п. 1, отличающаяся тем, что ширина каждого рассекателя по задним кромкам у его основания на поверхности конусообразного стабилизатора пламени равна половине расстояния между плоскостями симметрии соседних рассекателей, а отношение длины профиля рассекателя к его ширине выбирается в диапазоне от 3 до 5.
3. Двухконтурная горелка по п. 1, отличающаяся тем, что задние кромки рассекателей выполнены параллельными между собой.
4. Двухконтурная горелка по п. 1, отличающаяся тем, что рассекатели выполнены с изменяющейся шириной по задним кромкам, причем ширина рассекателей увеличивается от конусообразного стабилизатора пламени к коническому раструбу кожуха пропорционально расстоянию до оси насадка по высоте рассекателя.
5. Двухконтурная горелка по п. 1, отличающаяся тем, что топливоподающие трубки снабжены клинообразными обтекателями.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017140637A RU2665009C1 (ru) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | Двухконтурная горелка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017140637A RU2665009C1 (ru) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | Двухконтурная горелка |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2665009C1 true RU2665009C1 (ru) | 2018-08-24 |
Family
ID=63286844
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017140637A RU2665009C1 (ru) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | Двухконтурная горелка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2665009C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115164232A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-10-11 | 中国航空发动机研究院 | 一种挡板、挡板组件及稳定器 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5319935A (en) * | 1990-10-23 | 1994-06-14 | Rolls-Royce Plc | Staged gas turbine combustion chamber with counter swirling arrays of radial vanes having interjacent fuel injection |
US5408825A (en) * | 1993-12-03 | 1995-04-25 | Westinghouse Electric Corporation | Dual fuel gas turbine combustor |
US5657632A (en) * | 1994-11-10 | 1997-08-19 | Westinghouse Electric Corporation | Dual fuel gas turbine combustor |
RU2456510C1 (ru) * | 2011-02-18 | 2012-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Камера сгорания непрерывного действия |
RU2527011C1 (ru) * | 2013-05-23 | 2014-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Камера сгорания непрерывного действия |
-
2017
- 2017-11-22 RU RU2017140637A patent/RU2665009C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5319935A (en) * | 1990-10-23 | 1994-06-14 | Rolls-Royce Plc | Staged gas turbine combustion chamber with counter swirling arrays of radial vanes having interjacent fuel injection |
US5408825A (en) * | 1993-12-03 | 1995-04-25 | Westinghouse Electric Corporation | Dual fuel gas turbine combustor |
US5657632A (en) * | 1994-11-10 | 1997-08-19 | Westinghouse Electric Corporation | Dual fuel gas turbine combustor |
RU2456510C1 (ru) * | 2011-02-18 | 2012-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Камера сгорания непрерывного действия |
RU2527011C1 (ru) * | 2013-05-23 | 2014-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Камера сгорания непрерывного действия |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115164232A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-10-11 | 中国航空发动机研究院 | 一种挡板、挡板组件及稳定器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4356698A (en) | Staged combustor having aerodynamically separated combustion zones | |
US4100733A (en) | Premix combustor | |
US6453660B1 (en) | Combustor mixer having plasma generating nozzle | |
US7165405B2 (en) | Fully premixed secondary fuel nozzle with dual fuel capability | |
US6381964B1 (en) | Multiple annular combustion chamber swirler having atomizing pilot | |
CA2381018C (en) | Variable premix-lean burn combustor | |
US6722132B2 (en) | Fully premixed secondary fuel nozzle with improved stability and dual fuel capability | |
US6889495B2 (en) | Gas turbine combustor | |
US8117845B2 (en) | Systems to facilitate reducing flashback/flame holding in combustion systems | |
US4054028A (en) | Fuel combustion apparatus | |
US20040083737A1 (en) | Airflow modulation technique for low emissions combustors | |
RU2726451C2 (ru) | Топливный инжектор и топливная система для двигателя внутреннего сгорания | |
US6267583B1 (en) | Combustor | |
JPH11264543A (ja) | 燃焼装置のための燃料/空気混合装置 | |
RU2763016C1 (ru) | Сжигающее устройство газотурбинной установки | |
EA008575B1 (ru) | Камера сгорания (варианты) и способ использования камеры сгорания | |
RU98538U1 (ru) | Камера сгорания непрерывного действия | |
RU2002134603A (ru) | Усовершенствованная комбинация камеры предварительного смешивания и камеры сгорания с малым уровнем выброса загрязняющих окружающую среду веществ для газовых турбин, работающих на жидком и/или газообразном топливе | |
US4805411A (en) | Combustion chamber for gas turbine | |
RU2665009C1 (ru) | Двухконтурная горелка | |
RU2456510C1 (ru) | Камера сгорания непрерывного действия | |
RU2347144C1 (ru) | Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя и способ ее работы | |
RU2197685C1 (ru) | Горелка | |
RU185201U1 (ru) | Камера сгорания непрерывного действия | |
RU2802115C1 (ru) | Камера сгорания газотурбинной установки |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210804 |