RU89671U1

RU89671U1 - BURNER DEVICE FOR COMBUSTION CHAMBER OF A GAS-TURBINE INSTALLATION

Info

Publication number: RU89671U1
Application number: RU2009130047/22U
Authority: RU
Inventors: Михаил Николаевич Гутник; Василий Дмитриевич Васильев; Людмила Александровна Булысова; Михаил Михайлович Гутник
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2009-12-10

Abstract

1. Горелочное устройство для камер сгорания газовых турбин, содержащее две - внутреннюю и наружную коаксиально расположенные обечайки, образующие соответственно внутренний и внешний каналы для подачи воздуха с установленными в каждом из них топливоподводящим элементом и кольцевым направляющим аппаратом, причем внутренний из указанных каналов совокупно с топливоподводящим элементом представляет собой дежурную горелку диффузионного типа для сжигания меньшей части топлива при больших избытках воздуха, а внешний - горелку предварительного смешения для сжигания большей части топлива при меньших избытках воздуха с установкой соответствующих топливоподводящего элемента и направляющего аппарата этого канала в его начальной части при наличии сужения в его выходной части, отличающееся тем, что топливоподводящий элемент и направляющий аппарат внутреннего канала установлены в его выходной части, во внешнем канале топливоподводящий элемент расположен перед кольцевым направляющим аппаратом, а в выходной части внутренней обечайки выполнена охлаждающая кольцевая полость, сообщенная радиальными входными отверстиями с внутренним и торцевыми выходными отверстиями со внешним каналом подачи воздуха. ! 2. Горелочное устройство по п.1, отличающееся тем, что расстояние между выходными торцами внутренней обечайки и топливоподводящего элемента дежурной горелки составляет 0.1÷0,3 диаметра выходного торца внутренней обечайки, а площадь проходного сечения сужения на выходе из наружной обечайки составляет 0,7÷0,8 площади проходного сечения направляющего аппарата внешнего канала. ! 3. Горелочное устройство по п.1 или 2, отлич1. A burner for combustion chambers of gas turbines, containing two - inner and outer coaxially located shells, respectively forming an inner and outer channels for air supply with a fuel supply element and an annular guide apparatus installed in each of them, the inner of these channels together with the fuel supply the element is a standby diffusion type burner for burning a smaller part of the fuel with large excesses of air, and the external one is a preliminary burner mixture for burning most of the fuel with less excess air with the installation of the corresponding fuel supply element and the guide apparatus of this channel in its initial part in the presence of a narrowing in its output part, characterized in that the fuel supply element and the guide apparatus of the internal channel are installed in its output part, in the external channel, the fuel supply element is located in front of the annular guide apparatus, and in the output part of the inner shell there is a cooling annular cavity, with Generalized by radial inlets with internal and end outlets with an external air supply channel. ! 2. The burner device according to claim 1, characterized in that the distance between the output ends of the inner shell and the fuel supply element of the standby burner is 0.1 ÷ 0.3 of the diameter of the output end of the inner shell, and the area of the passage section of the narrowing at the outlet of the outer shell is 0.7 ÷ 0.8 the area of the passage section of the guide channel of the external channel. ! 3. The burner device according to claim 1 or 2, excellent

Description

Полезная модель относится к области энергетического, транспортного, химического машиностроения и может быть использована в камерах сгорания газотурбинных установок.The utility model relates to the field of energy, transport, chemical engineering and can be used in the combustion chambers of gas turbine plants.

Известно горелочное устройство для камер сгорания газовых турбин, содержащее две - внутреннюю и наружную коаксиально расположенные обечайки, образующие соответственно внутренний и внешний каналы для подачи воздуха с установленными в каждом из них топливоподводящим элементом и кольцевым направляющим аппаратом, причем внутренний из указанных каналов совокупно с топливоподводящим элементом представляет собой дежурную горелку диффузионного типа для сжигания меньшей части топлива при больших избытках воздуха, а внешний - горелку предварительного смешения для сжигания большей части топлива при малых избытках воздуха с установкой соответствующих топливоподводящего элемента и направляющего аппарата этого канала в его начальной части при наличии сужения в его выходной части [1]. В горелочном устройстве [1] топливоподводящий элемент и направляющий аппарат внутреннего канала установлены в его входной части, что из-за высокотемпературного воздействия пламени дежурной горелки приводит к быстрому прогоранию выходной части внутренней обечайки. При этом пламя дежурной горелки оказывается недостаточно устойчивым и с относительно высоким уровнем образования оксидов азота. Кроме того, в данном горелочном устройстве топливоподводящий элемент внешнего канала расположен по ходу движения воздуха за направляющим аппаратом, что затрудняет получение достаточной гомогенности основного потока топливовоздушной смеси с соответствующим повышением образования в нем оксидов азота.A burner device for combustion chambers of gas turbines is known, comprising two internal and external coaxially located shells, respectively forming an internal and external air supply ducts with a fuel supply element and an annular guide apparatus installed in each of them, the internal of these channels being combined with the fuel supply element It is a diffusion type standby burner for burning a smaller part of the fuel with large excesses of air, and the outer one is a pre-burner mixing for burning most of the fuel with small excess air with the installation of the corresponding fuel supply element and the guide apparatus of this channel in its initial part in the presence of narrowing in its output part [1]. In the burner device [1], the fuel supply element and the guide apparatus of the inner channel are installed in its inlet part, which, due to the high-temperature action of the flame of the standby burner, leads to the rapid burning of the outlet part of the inner shell. In this case, the flame of the standby burner is not stable enough and with a relatively high level of formation of nitrogen oxides. In addition, in this burner device, the fuel supply element of the external channel is located along the air flow behind the guide apparatus, which makes it difficult to obtain sufficient homogeneity of the main stream of the air-fuel mixture with a corresponding increase in the formation of nitrogen oxides in it.

Достигаемым результатом полезной модели является повышение надежности работы горелочного устройства путем продления срока его службы и повышения стабильности пламени дежурной горелки, а также уменьшение эмиссии оксидов азота.The achieved result of the utility model is to increase the reliability of the burner device by extending its service life and increasing the stability of the standby burner flame, as well as reducing the emission of nitrogen oxides.

Указанный результат обеспечивается тем, что в горелочном устройстве для камер сгорания газовых турбин, содержащем две - внутреннюю и наружную коаксиально расположенные обечайки, образующие соответственно внутренний и внешний каналы для подачи воздуха с установленными в каждом из них топливоподводящим элементом и кольцевым направляющим аппаратом, причем внутренний из указанных каналов совокупно с топливоподводящим элементом представляет собой дежурную горелку диффузионного типа для сжигания меньшей части топлива при больших избытках воздуха, а внешний - горелку предварительного смешения для сжигания большей части топлива при меньших избытках воздуха с установкой соответствующих топливоподводящего элемента и направляющего аппарата этого канала в его начальной части при наличии сужения в его выходной части, согласно полезной модели топливоподводящий элемент и направляющий аппарат внутреннего канала установлены в его выходной части, во внешнем канале топливоподводящий элемент расположен перед кольцевым направляющим аппаратом, а в выходной части внутренней обечайки выполнена охлаждающая кольцевая полость, сообщенная радиальными входными отверстиями с внутренним и торцевыми выходными отверстиями для сброса нагретого воздуха подачи воздуха. При этом расстояние между выходными торцами внутренней обечайки и топливоподводящего элемента дежурной горелки может составлять 0.1÷0,3 диаметра выходного торца внутренней обечайки, а площадь проходного сечения сужения на выходе из наружной обечайки - (0,7÷0,8) площади проходного сечения направляющего аппарата внешнего канала.This result is ensured by the fact that in the burner device for the combustion chambers of gas turbines, containing two - inner and outer coaxially located shells, respectively forming an inner and outer air supply channels with a fuel supply element and an annular guide apparatus installed in each of them, the inner one these channels together with the fuel supply element is a standby diffusion type burner for burning a smaller part of the fuel with large excess air, and the external one, a pre-mixing burner for burning most of the fuel with less excess air with the installation of the corresponding fuel supply element and the guide apparatus of this channel in its initial part if there is a narrowing in its output part, according to a useful model, the fuel supply element and the guide channel of the internal channel installed in its output part, in the external channel the fuel supply element is located in front of the annular guide apparatus, and in the output part of the internal both aiki formed annular cooling cavity communicated with radial inlets and an inner end outlet openings for the discharge of the heated air feed air. In this case, the distance between the outlet ends of the inner shell and the fuel supply element of the standby burner can be 0.1–0.3 of the diameter of the outlet end of the inner shell, and the area of the passage section of the narrowing at the outlet of the outer shell is (0.7–0.8) the area of the passage section of the guide external channel apparatus.

Еще одним достигаемым результатом описываемого горелочного устройства является снижение эмиссии оксидов азота в пламени дежурной горелки. Согласно полезной модели, это достигается тем, что внешний канал на участке за направляющим аппаратом по ходу газовоздушного потока сообщен с внутренним каналом по ходу воздуха до направляющего аппарата внутреннего канала. При этом во внутреннем канале по ходу воздуха до места его сообщения с внешним каналом может быть установлена глухая поперечная перегородка.Another achievable result of the described burner device is to reduce the emission of nitrogen oxides in the flame of the standby burner. According to the utility model, this is achieved by the fact that the external channel in the area behind the guide apparatus along the gas flow is in communication with the inner channel along the air to the guide apparatus of the inner channel. Moreover, in the internal channel along the air to the place of its communication with the external channel, a blind transverse partition can be installed.

Еще одним достигаемым результатом описываемого горелочного устройства является улучшение перемешивания топливовоздушной смеси во внешнем канале. Согласно полезной модели, это достигается тем, что входной участок внешнего канала выполнен с осесимметричным раскрытием на 90°, причем внутри этого участка канала может быть дополнительно установлена направляющая обечайка. В виде указанной направляющей обечайки может быть выполнен топливоподводящий элемент, осуществляющий ее функцию дополнительно к его основному назначению. С каждой стороны направляющей обечайки может быть расположен отдельный топливоподводящий элемент, а также отдельный направляющий аппарат. При выполнении входного участка внешнего канала с осесимметричным раскрытием на 90° направляющий аппарат этого канала может быть установлен в указанном входном участке непосредственно за топливоподводящим элементом и представлять собой направляющий аппарат радиального типа.Another achievable result of the described burner device is to improve the mixing of the air-fuel mixture in the external channel. According to the utility model, this is achieved by the fact that the input section of the external channel is made with an axisymmetric opening of 90 °, and a guide shell can be additionally installed inside this channel section. In the form of the specified guide shell can be made fuel-supplying element that performs its function in addition to its main purpose. On each side of the guide shell may be located a separate fuel supply element, as well as a separate guide device. When performing the input section of the external channel with an axisymmetric opening of 90 °, the guide device of this channel can be installed in the specified input section directly behind the fuel supply element and be a radial type guide device.

На фиг.1 схематически изображено горелочное устройство согласно полезной модели в продольном разрезе; на фиг.2 - то же для случая, когда внешний канал сообщен с внутренним каналом для подачи воздуха; на фиг.3 - то же со входным участком внешнего канала выполненным с осесимметричным раскрытием на 90° и направляющей обечайкой; на фиг.4 - то же с отдельным топливоподводящим элементом с каждой стороны направляющей обечайки; на фиг.5 - то же с выполнением топливопод водящего элемента в виде направляющей обечайки; на фиг.6 - то же с осесимметричным раскрытием внешнего канала на 90° и установленным на его входе направляющим аппаратом радиального типа.Figure 1 schematically shows a burner device according to a utility model in longitudinal section; figure 2 is the same for the case when the external channel is in communication with the internal channel for supplying air; figure 3 is the same with the input section of the external channel made with an axisymmetric opening of 90 ° and a guiding shell; figure 4 is the same with a separate fuel supply element on each side of the guide shell; figure 5 is the same with the implementation of the fuel-supplying element in the form of a guide shell; figure 6 is the same with the axisymmetric opening of the external channel at 90 ° and mounted on its input guide device of the radial type.

Горелочное устройство 1 согласно полезной модели содержит две коаксиально расположенные внутреннюю обечайку 2 и наружную обечайку 3, образующие соответственно внутренний канал 4 и внешний канал 5 для подачи воздуха. Во внутреннем канале 4 установлены топливоподводящий элемент в виде расположенного вдоль оси горелочного устройства топливораздающей трубки 6 с выпускными отверстиями 7 в торце и осевой кольцевой направляющий аппарат 8, образующий вместе с указанным топливоподводящим элементом дежурную горелку диффузионного типа для сжигания меньшей части топлива при больших избытках воздуха (4÷5). Во внешнем канале 5 установлены топливоподводящий элемент в виде кольцевого коллектора 9 и радиальных топливораздающих трубок 10 (фиг.1, 2, 3, 5, 6), а также кольцевой направляющий аппарат 11, образующий вместе с указанным топливоподводящим элементом основную горелку предварительного смешения для сжигания большей части топлива при меньших избытках воздуха (1,8÷2,0). В варианте фиг.4 топливоподводящий элемент выполнен в виде двух кольцевых топливораздающих трубок 10. Топливоподводящий элемент и направляющий аппарат 8 внутреннего канала 4 установлены в его выходной части. Во внешнем канале 5 топливоподводящий элемент расположен в его входной части перед кольцевым направляющим аппаратом 11. В вариантах фиг.1, 2 и 6 число топливораздающих трубок 10 устанавливается равным числу лопаток направляющего аппарата 11, причем указанные топливораздающие трубки могут быть расположены между или выполнены в виде каналов внутри указанных лопаток. В вариантах фиг.1-5 во внешнем канале 5 установлен направляющий аппарат осевого типа. В варианте фиг.6 направляющий аппарат установлен во входном участке внешнего канала с осесимметричным раскрытием на 90° непосредственно за топливоподводящим элементом и представляет собой направляющий аппарат радиального типа. Расстояние m между выходными торцами внутренней обечайки 2 и топливораздающей трубки 6 составляет 0.3÷0,5 диаметра d выходного торца внутренней обечайки 2. Внешний канал 5 в выходной части имеет сужение, площадь проходного сечения которого на выходе из наружной обечайки 3 составляет 0,7÷0,8 площади проходного сечения направляющего аппарата 11 внешнего канала 5. Внешний канал 5 на участке за направляющим аппаратом 11 по ходу газовоздушного потока может быть сообщен с внутренним каналом 4 по ходу воздуха через перепускные отверстия 12 (фиг.2), При этом во внутреннем канале 4 по ходу воздуха до места его сообщения с внешним каналом 5 может быть установлена глухая поперечная перегородка 13. Входной участок внешнего канала 5 может быть выполнен с осесимметричным раскрытием на 90°, а внутри этого участка дополнительно установлена направляющая обечайка 14 (фиг.3-5). При этом направляющую обечайку 14 могут образовывать топливораздающиие трубки 10 соответствующего топливоподводящего элемента (фиг.5). С каждой стороны направляющей обечайки 14 может быть расположен отдельный топливоподводящий элемент и отдельный направляющий аппарат 11 (фиг.4). Во всех вариантах исполнения в выходной части внутренней обечайки 2 выполнена охлаждающая ее внешнюю стенку 15 кольцевая полость 16, сообщенная радиальными входными отверстиями 17 с внутренним каналом 4 и торцевыми выходными отверстиями 18 со внешним каналом 5 подачи воздуха.The burner device 1 according to a utility model comprises two coaxially located inner shell 2 and an outer shell 3, respectively forming an internal channel 4 and an external channel 5 for supplying air. A fuel supply element is installed in the inner channel 4 in the form of a fuel-distributing tube 6 located along the axis of the burner device with exhaust holes 7 at the end and an axial annular guide apparatus 8, which forms, along with the specified fuel-supply element, a diffusion type burner for burning a smaller part of the fuel with large excesses of air ( 4 ÷ 5). In the external channel 5, a fuel supply element is installed in the form of an annular manifold 9 and radial fuel distribution tubes 10 (Figs. 1, 2, 3, 5, 6), as well as an annular guide apparatus 11, which forms, together with the specified fuel supply element, the main burner of preliminary mixing for combustion most of the fuel with less excess air (1.8 ÷ 2.0). In the embodiment of FIG. 4, the fuel supply element is made in the form of two annular fuel distribution tubes 10. The fuel supply element and the guide apparatus 8 of the internal channel 4 are installed in its output part. In the external channel 5, the fuel supply element is located in its inlet part in front of the annular guide apparatus 11. In the embodiments of FIGS. 1, 2 and 6, the number of fuel distribution tubes 10 is set equal to the number of vanes of the guide apparatus 11, said fuel distribution tubes can be located between or in the form channels inside these blades. In the embodiments of FIGS. 1-5, an axial type guide apparatus is installed in the outer channel 5. In the variant of FIG. 6, a guide apparatus is installed in the input section of the external channel with an axisymmetric opening of 90 ° directly behind the fuel supply element and is a radial type guide apparatus. The distance m between the output ends of the inner shell 2 and the fuel distributing tube 6 is 0.3 ÷ 0.5 of the diameter d of the output end of the inner shell 2. The outer channel 5 in the output part has a narrowing, the passage area of which at the outlet of the outer shell 3 is 0.7 ÷ 0.8 the area of the passage section of the guide apparatus 11 of the external channel 5. The external channel 5 in the area behind the guide device 11 along the gas flow can be communicated with the internal channel 4 along the air through the bypass holes 12 (figure 2), about the inner channel 4 along the air to the place of its communication with the external channel 5 can be installed blind transverse partition 13. The input section of the external channel 5 can be made with an axisymmetric opening of 90 °, and inside this section is additionally installed guide shell 14 (Fig. 3-5). In this case, the guide shell 14 can be formed by the fuel-distributing tubes 10 of the corresponding fuel supply element (Fig. 5). On each side of the guide shell 14 can be located a separate fuel supply element and a separate guide apparatus 11 (figure 4). In all embodiments, an annular cavity 16 cooling its outer wall 15 is made in the outlet part of the inner shell 2, communicated by radial inlet openings 17 with the inner channel 4 and end outlet openings 18 with the external air supply channel 5.

Работа горелочного устройства 1 согласно полезной модели, осуществляется следующим образом.The operation of the burner device 1 according to the utility model is as follows.

Вначале в оба кольцевых канала 4, 5 подается воздух, затем подают топливо через топливораздающую трубку 6 в дежурную горелку диффузионного типа с направляющим аппаратом 8 и производится зажигание образующейся топливовоздушной смеси на ее выходе. После ввода в действие дежурной горелки осуществляют подачу основной массы топлива во внешний канал 5 горелочного устройства 1. При этом топливо через кольцевой коллектор 9 и топливораздающие трубки 10 и воздух подаются во внешний канал 5 перед установленным в нем направляющим аппаратом 11 для их предварительного перемешивания с получением гомогенной топливовоздушной смеси на выходе в зону воспламенения камеры сгорания (на чертеже не показана). Сжигание бедной гомогенной топливовоздушной смеси при избытках воздуха 1,8-2.0. Наличие дежурной горелки диффузионного типа обеспечивает устойчивое горение основного потока топлива с высокой полнотой сгорания при минимальной эмиссии оксидов азота.First, air is supplied to both annular channels 4, 5, then fuel is supplied through the fuel distribution tube 6 to the diffusion-type standby burner with guide device 8, and the resulting air-fuel mixture is ignited at its outlet. After commissioning the standby burner, the bulk of the fuel is supplied to the external channel 5 of the burner device 1. In this case, fuel is supplied through the annular manifold 9 and the fuel distribution tubes 10 and air to the external channel 5 in front of the guide apparatus 11 installed therein for pre-mixing them to obtain homogeneous air-fuel mixture at the outlet to the ignition zone of the combustion chamber (not shown in the drawing). Burning poor homogeneous air-fuel mixture with excess air 1.8-2.0. The presence of an on-site burner of a diffusion type ensures stable combustion of the main fuel stream with high completeness of combustion with minimal emission of nitrogen oxides.

Сужение в выходной части внешнего канала 5, как уже отмечалось выше, и охлаждающая полость 16 в выходной части обечайки 2 предотвращают проскок пламени во внешний канал 5. Перепуск части топливовоздушной смеси из внешнего канала 5 во внутренний канал 4 повышает стабильность пламени дежурной горелки и уменьшает эмиссию оксидов азота в различных режимах ее работы.The narrowing in the output part of the external channel 5, as mentioned above, and the cooling cavity 16 in the output part of the shell 2 prevent the flame from passing into the external channel 5. Bypassing part of the air-fuel mixture from the external channel 5 to the internal channel 4 increases the stability of the standby burner flame and reduces emission nitrogen oxides in various modes of its operation.

Различные варианты выполнения входной части внешнего канала 5 горелочного устройства 1 выбираются исходя из типа конструкции и конкретных условий работы камеры сгорания.Various embodiments of the input part of the external channel 5 of the burner device 1 are selected based on the type of construction and the specific operating conditions of the combustion chamber.

Источники информации:Information sources:

1. Патент RU №2087805, 6 F23R 3/16, 1993.1. Patent RU No. 2087805, 6 F23R 3/16, 1993.

Claims

1. A burner for combustion chambers of gas turbines, containing two - inner and outer coaxially located shells, respectively forming an inner and outer channels for air supply with a fuel supply element and an annular guide apparatus installed in each of them, the inner of these channels together with the fuel supply the element is a standby diffusion type burner for burning a smaller part of the fuel with large excesses of air, and the external one is a preliminary burner mixture for burning most of the fuel with less excess air with the installation of the corresponding fuel supply element and the guide apparatus of this channel in its initial part in the presence of a narrowing in its output part, characterized in that the fuel supply element and the guide apparatus of the internal channel are installed in its output part, in the external channel, the fuel supply element is located in front of the annular guide apparatus, and in the output part of the inner shell there is a cooling annular cavity, with Generalized by radial inlets with internal and end outlets with an external air supply channel.

2. The burner device according to claim 1, characterized in that the distance between the output ends of the inner shell and the fuel supply element of the standby burner is 0.1 ÷ 0.3 of the diameter of the output end of the inner shell, and the area of the passage section of the narrowing at the outlet of the outer shell is 0.7 ÷ 0.8 the area of the passage section of the guide channel of the external channel.

3. The burner device according to claim 1 or 2, characterized in that the external channel in the area behind the guide apparatus in the direction of the gas flow is in communication with the inner channel in the direction of air to the guide apparatus of the inner channel.

4. The burner device according to claim 3, characterized in that in the internal channel along the air to the place of its communication with the external channel, a blind transverse partition is installed.

5. The burner device according to claim 1 or 2, characterized in that the input section of the external channel is made with an axisymmetric opening of 90 °.

6. The burner device according to claim 5, characterized in that inside the section of the external channel with axisymmetric opening, a guide shell is additionally installed.

7. The burner device according to claim 6, characterized in that a fuel supply element is made in the form of said shell guide.

8. The burner device according to claim 6, characterized in that on each side of the guide shell is a separate fuel supply element.

9. The burner device according to one of paragraphs.6-8, characterized in that on each side of the guide shell there is a separate guide apparatus.

10. The burner device according to claim 3, characterized in that the input section of the external channel is made with an axisymmetric opening of 90 °.

11. The burner device according to claim 10, characterized in that inside the portion of the external channel with axisymmetric opening, a guide shell is additionally installed.

12. The burner device according to claim 11, characterized in that a fuel supply element is made in the form of said shell guide.

13. The burner device according to claim 11, characterized in that on each side of the guide shell is a separate fuel supply element.

14. The burner device according to one of paragraphs.11-13, characterized in that on each side of the guide shell there is a separate guide apparatus.

15. The burner device according to claim 5, characterized in that the guide apparatus is installed in the specified inlet section directly behind the fuel supply element and is a radial type guide apparatus.

16. The burner device according to claim 10, characterized in that the guide apparatus is installed in the specified inlet section directly behind the fuel supply element and is a radial type guide apparatus.