RU2750176C1 - Countercurrent burner pre-mixing module - Google Patents
Countercurrent burner pre-mixing module Download PDFInfo
- Publication number
- RU2750176C1 RU2750176C1 RU2020141235A RU2020141235A RU2750176C1 RU 2750176 C1 RU2750176 C1 RU 2750176C1 RU 2020141235 A RU2020141235 A RU 2020141235A RU 2020141235 A RU2020141235 A RU 2020141235A RU 2750176 C1 RU2750176 C1 RU 2750176C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- mixing chamber
- combustion
- primary
- channel
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для формирования и сжигания топливовоздушной смеси в камерах сгорания газотурбинных двигателей.The invention relates to a device for the formation and combustion of a fuel-air mixture in the combustion chambers of gas turbine engines.
Известна горелка предварительного смешения RU 22523, 20.11.2001, МПК F23D 14/00, опубл. 10.04.2002 г. предназначенная для камер сгорания газотурбинных двигателей и котлов, использующих газообразное топливо. Горелка с предварительным смешением, содержащая корпус для подвода первичного воздуха, корпус горелки с выходными соплами, выполненными с возможностью подачи газа в поток первичного воздуха, корпус для подвода вторичного воздуха, соосно охватывающий корпус для подвода первичного воздуха, первый завихритель, установленный в межкорпусном пространстве в районе выхода вторичного воздуха в зону горения, при этом корпус горелки смонтирован внутри корпуса для подвода первичного воздуха, соосно с ним, а в образованной кольцевой щели установлен второй завихритель, образующий кольцевой канал с корпусом горелки и имеющий закрутку лопаток противоположную закрутке лопаток первого завихрителя; корпус горелки простерт за границу корпусов подвода воздуха, а на его конце смонтирован стабилизатор горения в виде конуса с центральным отверстием для подачи газа в зону горения.Known premix burner RU 22523, 20.11.2001, IPC F23D 14/00, publ. 10.04.2002, intended for combustion chambers of gas turbine engines and boilers using gaseous fuels. A premix burner comprising a housing for supplying primary air, a burner housing with outlet nozzles configured to supply gas to the primary air stream, a housing for supplying secondary air coaxially enclosing the housing for supplying primary air, a first swirler installed in the interbody space in the area of secondary air outlet to the combustion zone, while the burner body is mounted inside the housing for supplying primary air, coaxially with it, and a second swirler is installed in the formed annular slot, forming an annular channel with the burner body and having a swirl of the blades opposite to that of the first swirler blades; The burner body extends beyond the boundary of the air supply bodies, and at its end a combustion stabilizer is mounted in the form of a cone with a central hole for gas supply to the combustion zone.
Недостатком данной конструкции является высокая вероятность проскока пламени в зону предварительного смешения воздуха с топливом.The disadvantage of this design is the high probability of flame breakthrough into the zone of premixing of air with fuel.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому устройству является горелка предварительного смешения RU 2551462, МПК F23D 14/02, F23Q 9/00, опубл. 27.05.2015, предназначенная для камер сгорания энергетических газовых турбин. Горелка предварительного смешения с каналом подвода воздуха, по меньшей мере, одним каналом подачи пилотного газа, который содержит, по меньшей мере, одну направленную к каналу подвода воздуха стенку канала и один входящий в канал подвода воздуха выходной конец пилотного газа, с расположенным в канале подвода воздуха против направления потока к выходному концу пилотного газа запальным элементом, стенка канала подачи пилотного газа против направления потока к запальному элементу содержит, по меньшей мере, одно отверстие для выхода газа и причем канал подачи пилотного газа по направлению потока, по меньшей мере, одного отверстия для выхода газа содержит сопротивление потоку и причем сопротивление потоку выполнено путем сужения канала подачи пилотного газа, причем сужение выполнено посредством расположенного на стенке канала направленного вовнутрь выступа, или сужение осуществляется посредством установленной в канал уменьшающей поперечное сечение канала втулки, или сужение выполняется посредством установленного в канал уменьшающего поперечное сечение канала элемента, и, по меньшей мере, один канал подачи пилотного газа выполнен в виде, по меньшей мере, одной трубки пилотного газа, которая проложена в полости горелки и которая выходит из полости в расположенном против направления потока к запальному элементу месте и входит в канал подвода воздуха, причем стенка трубки образует стенку канала, и, по меньшей мере, одно отверстие для выхода газа расположено на входящем в канал подвода воздуха участке трубки пилотного газа.The closest in technical essence to the proposed device is a premix burner RU 2551462, IPC
Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности управления пространственным положением дефлаграционной волны реакции и реализации механизмов диффузионно-кинетического сгорания топлива; низкая степень гомогенизации компонентов топливовоздушной смеси; высокая вероятность проскока пламени и отсутствие возможности динамического управления процессом горения.The disadvantage of this design is the lack of the ability to control the spatial position of the deflagration wave of the reaction and the implementation of mechanisms of diffusion-kinetic combustion of fuel; low degree of homogenization of the components of the fuel-air mixture; high probability of flame breakthrough and the absence of the possibility of dynamic control of the combustion process.
Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности управления пространственным положением дефлаграционной волны реакции; реализация механизмов диффузионно-кинетического сгорания топлива; повышение степени гомогенизации компонентов топливовоздушной смеси; снижение вероятности проскока пламени; обеспечение возможности динамического управления процессом горения.The technical result of the invention is to provide the ability to control the spatial position of the deflagration reaction wave; implementation of mechanisms of diffusion-kinetic combustion of fuel; increasing the degree of homogenization of the components of the air-fuel mixture; reducing the likelihood of flame breakthrough; providing the possibility of dynamic control of the combustion process.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что противоточный горелочный модуль предварительного смешения, содержащий канал подвода воздуха, канал подачи пилотного газа, отверстия для выхода газа, дополнительно содержит первичную реверсивную ограниченную камеру смешения, спрофилированную в форме диффузорно-конфузорного канала; вторичную прямоточную полуограниченную камеру смешения с распределенной по ее длине системой подачи топлива.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that the counter-flow burner premixing module containing an air supply channel, a pilot gas supply channel, openings for gas outlet, additionally contains a primary reversible limited mixing chamber, profiled in the form of a diffuser-confuser channel; secondary direct-flow semi-limited mixing chamber with a fuel supply system distributed along its length.
В целях обеспечения возможности управления пространственным положением дефлаграционной волны реакции противоточный горелочный модуль предварительного смешения имеет первичную ограниченную камеру смешения; реализация механизмов диффузионно-кинетического сгорания топлива достигается тем, что первичная ограниченная камера смешения спрофилирована в форме диффузорно-конфузорного канала; для повышения степени гомогенизации компонентов топливовоздушной смеси первичная ограниченная камера смешения выполнена реверсивной; снижение вероятности проскока пламени и обеспечение возможности динамического управления процессом горения достигается тем, что противоточный горелочный модуль предварительного смешения имеет вторичную прямоточную полуограниченную камеру смешения с распределенной по ее длине системой подачи топлива.In order to ensure the possibility of controlling the spatial position of the deflagration reaction wave, the counter-current burner premixing module has a primary limited mixing chamber; the implementation of the mechanisms of diffusion-kinetic combustion of fuel is achieved by the fact that the primary limited mixing chamber is shaped in the form of a diffuser-confuser channel; to increase the degree of homogenization of the components of the fuel-air mixture, the primary limited mixing chamber is made reversible; Reducing the probability of flame breakthrough and ensuring the possibility of dynamic control of the combustion process is achieved by the fact that the counter-flow burner premixing module has a secondary direct-flow semi-limited mixing chamber with a fuel supply system distributed along its length.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез противоточного горелочного модуля предварительного смешения, а на фиг. 2 показано вынесенное сечение.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 is a longitudinal section of a counter-current premix burner module, and FIG. 2 shows the taken out section.
Противоточный горелочный модуль предварительного смешения содержит канал подвода воздуха 19, канал подачи пилотного газа 3, отверстия для выхода газа 16. Топливная форсунка 1 и тангенциальная форсунка 2 крепятся к первичной ограниченной камере смешения 17, которая спрофилирована в форме диффузорно-конфузорного каналаобразованного диффузорным 11 и конфузорным 4 участками. Канал 6 тангенциальной форсунки 2 ограничен внешним корпусом 5 первичной ограниченной камеры смешения 17. К ней крепится тангенциальное закручивающее устройство 8 имеющее межлопаточные каналы 7 и сопла тангенциальной форсунки 9. Вторичная прямоточная полуограниченная камера смешения 10 содержит аксиальное закручивающее устройство 12, а также внешний 13 и внутренний 14 кожухи, образующие конический кольцевой канал 15. Вторичная прямоточная полуограниченная камера смешения 10 имеет распределенную систему подачи топлива 18, выполненную во внутреннем кожухе 14.The counterflow premix burner module contains an
Противоточный горелочный модуль предварительного смешения работает следующим образом. Сжатый воздух от компрессора поступает на вход тангенциального 8 и аксиального 12 закручивающих устройств. При прохождении потока воздуха через межлопаточные каналы 7 в него подается газообразное топливо тангенциальной форсунки 2 через сопла 9, поступающее к ним из канала 6.Образующаяся топливовоздушная смесь нестехиометрического состава (богатая или бедная по коэффициенту избытка воздуха в зависимости от выбранного режима работы) поступает в диффузорный участок 11 диффузорно-конфузорного канала и в виде интенсивно закрученного потока движется в направлении первичной ограниченной камеры смешения 17. Проходя диффузорный участок 11, закрученный поток топливовоздушной смеси расширяется, с образованием развитой зоны обратных токов. Это позволяет стабилизировать пламя при обогащенном топливом составе топливовоздушной смеси по коэффициенту избытка воздуха за счет формирования квазистацианарного тороидального торцевого вихря и подачи части топлива через топливную форсунку 1. В случае формирования топливовоздушной смеси обедненного топливом состава в первичной ограниченной камере смешения 17 ее спрофилированная диффузорно-конфузорная форма обеспечивает газодинамику течения закрученного потока смеси исключающую опасную для конструкции возможность горения в этой области и его организацию на выходе из вторичной прямоточной полу ограниченной камеры смешения 10. Это обеспечивает возможность управления пространственным положением дефлаграционной волны реакции и реализацию механизмов диффузионно-кинетического сгорания топлива. Повышение степени гомогенизации компонентов топливовоздушной смеси дополнительно достигается за счет того, что первичная ограниченная камера смешения 17 выполнена реверсивной. Это приводит к тому, что закрученный поток топливовоздушной смеси дважды перемещается в осевом направлении, вначале от тангенциального закручивающего устройства 8 к топливной форсунке 1, а затем от нее в направлении вторичной прямоточной полуограниченной камеры смешения 10. В ней смесь формируется в результате выдува топливных струй из канала подачи пилотного газа 3 через отверстия 16 в поток воздуха, проходящий через аксиальное закручивающее устройство 12. При этом снижение вероятности проскока пламени достигается тем, что вторичная прямоточная полуограниченная камера смешения 10 содержит распределенную по ее длине систему подачи топлива.The counter-flow burner premix module works as follows. Compressed air from the compressor enters the inlet of the tangential 8 and axial 12 swirling devices. When the air flow passes through the
Система работает следующим образом. Через первые два ряда отверстий 16 для выхода газа подается только часть необходимого расхода топлива, и образующаяся топливовоздушная смесь имеет состав по коэффициенту избытка воздуха находящийся вне границ концентрационных пределов воспламенения. Остальная часть топлива подается через третий ряд отверстий 16 в конце вторичной прямоточной полуограниченной камеры смешения 10, обеспечивая переход через бедный концентрационный предел срыва пламени в область устойчивого горения и возможность динамического управления процессом горения. Пространственное разделение зон смешения с предварительной гомогенизацией потоков топливовоздушной смеси нестехиометрического состава подаваемых в каждую из них позволяет регулировать значением максимальной температуры процесса и реализовать малоэмиссионное горение с низким выбросом оксидов азота. Это достигается за счет возможности управлением образования NOx по термическому механизму, а также возможности динамического управления процессом горения за счет перераспределения топливных потоков при сохранении критических значений коэффициентов избытка воздуха для каждой из зон вблизи стехиометрии.The system works as follows. Through the first two rows of
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020141235A RU2750176C1 (en) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | Countercurrent burner pre-mixing module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020141235A RU2750176C1 (en) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | Countercurrent burner pre-mixing module |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2750176C1 true RU2750176C1 (en) | 2021-06-23 |
Family
ID=76504917
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020141235A RU2750176C1 (en) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | Countercurrent burner pre-mixing module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2750176C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114110582A (en) * | 2022-01-25 | 2022-03-01 | 烟台市大昌燃气器具有限责任公司 | Combustion-supporting combustor |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2115064C1 (en) * | 1996-08-08 | 1998-07-10 | Иван Петрович Слободяник | Two-flow gas burner |
RU2212003C1 (en) * | 2002-09-25 | 2003-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НОВАЯ ЭНЕРГИЯ" | Method and device for burning fuel |
RU2307985C1 (en) * | 2006-09-11 | 2007-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Альтернатива" | Device for burning fuel |
RU2451878C1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Method for preliminary preparation and combustion of "lean" air-fuel mixture in low-emission burner |
RU2624682C1 (en) * | 2016-07-05 | 2017-07-05 | Новиков Илья Николаевич | Annular combustion chamber of gas turbine engine and method of working process implementation |
-
2020
- 2020-12-14 RU RU2020141235A patent/RU2750176C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2115064C1 (en) * | 1996-08-08 | 1998-07-10 | Иван Петрович Слободяник | Two-flow gas burner |
RU2212003C1 (en) * | 2002-09-25 | 2003-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НОВАЯ ЭНЕРГИЯ" | Method and device for burning fuel |
RU2307985C1 (en) * | 2006-09-11 | 2007-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Альтернатива" | Device for burning fuel |
RU2451878C1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Method for preliminary preparation and combustion of "lean" air-fuel mixture in low-emission burner |
RU2624682C1 (en) * | 2016-07-05 | 2017-07-05 | Новиков Илья Николаевич | Annular combustion chamber of gas turbine engine and method of working process implementation |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114110582A (en) * | 2022-01-25 | 2022-03-01 | 烟台市大昌燃气器具有限责任公司 | Combustion-supporting combustor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1985926B1 (en) | Combustion equipment and combustion method | |
US7509811B2 (en) | Multi-point staging strategy for low emission and stable combustion | |
US5816049A (en) | Dual fuel mixer for gas turbine combustor | |
JP3312152B2 (en) | Low NOx combustion | |
US5251447A (en) | Air fuel mixer for gas turbine combustor | |
US5402633A (en) | Premix gas nozzle | |
US5511375A (en) | Dual fuel mixer for gas turbine combustor | |
US8057224B2 (en) | Premix burner with mixing section | |
US5865024A (en) | Dual fuel mixer for gas turbine combustor | |
RU2062408C1 (en) | Ring combustion chamber of gas turbine and method of using same | |
US6889495B2 (en) | Gas turbine combustor | |
US6209325B1 (en) | Combustor for gas- or liquid-fueled turbine | |
US8607568B2 (en) | Dry low NOx combustion system with pre-mixed direct-injection secondary fuel nozzle | |
RU2455569C1 (en) | Burner | |
US8033112B2 (en) | Swirler with gas injectors | |
US5687571A (en) | Combustion chamber with two-stage combustion | |
US5274993A (en) | Combustion chamber of a gas turbine including pilot burners having precombustion chambers | |
US8365534B2 (en) | Gas turbine combustor having a fuel nozzle for flame anchoring | |
US6895759B2 (en) | Premix burner and method of operation | |
KR20160030051A (en) | Dilution gas or air mixer for a combustor of a gas turbine | |
US5782627A (en) | Premix burner and method of operating the burner | |
WO2012038404A1 (en) | Burner with low nox emissions | |
KR100679596B1 (en) | Radial inflow dual fuel injector | |
RU2750176C1 (en) | Countercurrent burner pre-mixing module | |
JPH09166326A (en) | Gas turbine combustion device |