SU1816933A1

SU1816933A1 - Горелочное устройство камеры сгорания газотурбинной установки

Info

Publication number: SU1816933A1
Application number: SU904832568A
Authority: SU
Inventors: Vladimir A Akulov; Oleg B Lesnyak; Vladimir A Lyubich; Valerij E Sitnikov; Nikolaj I Chebanenko; Ivan N Krykin
Original assignee: Proizv Ob Edinenie Turbostroen
Priority date: 1990-05-30
Filing date: 1990-05-30
Publication date: 1993-05-23

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и энергетики, в частности, к горелочным устройствам камер сгорания газотурбинных установок,

Цель изобретения - улучшение экологических характеристик ГТУ за счет уменьшения содержания оксидов азота в продуктах сгорания путем турбулизации потока воздуха и интенсификации перемешивания воздуха и воды.

По сравнению с аналогом в изобретении предусмотрен впрыск воды в камеру сгорания через форсунки, установленные вокруг топливоподводящего патрубка перед завихрителем. За счет этого в значительной степени уменьшается содержание оксидов азота в отходящих газах, вследствие понижения температуры в огневой зоне камеры сгорания.

По сравнению с прототипом изобретение также позволяет более эффективно подавить образование оксидов азота. Это обеспечивается лучшими условиями перемешивания воды и воздуха перед завихрителем. Последнее достигается благодаря дисковому насадку, закрепленному на топливоподводящем патрубке, и продольным пластинам, жестко соединенным с дисковым насадком и ободом завихрителя, причем количество пластин равно количеству водяных форсунок, каждая пластина располагается между форсунками, а проходная площадь Fi отверстий между пластинами и расстояние h от форсунки до лопаток определяются из соотношений:

Fi=(1,5-2,2)F₂ и 11=(0.4-1.0)12, где F₂ - проходная площадь завихрителя, а 1г - длина пластины.

Воздух, поступая в камеру сгорания через завихритель, обтекает продольные пластины, за которыми, как за плохо обтекаемыми телами, создаются завихрения. Последние позволяют в значительно большей степени перемешать воду, поступающую из форсунок. Распределение воды перед регистром и далее в огневой зоне получается более равномерным. Уменьшается количество локальных зон с более высокой температурой, а тем самым уменьшается количество оксидов азота в отходящих газах.

Если проходная площадь Fi отверстий между пластинами и расстояние h от форсунки до лопаток выполнены с учетом соотношений: Fi= (1.5-2,2)F2 и Ii= (0.4-1,0)1г, то эффект по снижению оксидов азота максимальный.

На фиг. 1 представлен продольный разрез горелочного устройства камеры сгорания ГТУ: на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Горелочное устройство камеры сгорания ГТУ содержит топливоподводящий патрубок 1, лопаточный завихритель 2, состоящий из внешнего обода 3 и лопаток 4, размещенные вокруг патрубка 1 перед лопатками 4 завихрителя 2 форсунки 5 для подвода воды. Горелочное устройство снабжено дисковым насадком 6, закрепленным на топливоподводящем патрубке 1, и продольными пластинами 7, жестко соединенными с дисковым насадком 6 и ободом 3 завихрителя 2, причем количество пластин 7 равно количеству водяных форсунок 5, каждая из пластин 7 располагается между форсунками 5, а проходная площадь Fi отверстий 8 между пластинами 7 и расстояние Ιι от форсунки 5 до лопаток 4 определяется из соотношений:

Fi=(1,5-2,2)F₂ и

Ii=(0.4-1,0)I₂, где F2 - проходная площадь завихрителя 2.

1₂ - длина пластины 7.

Устройство работает следующим образом. В огневую зону 9 камеры сгорания 10 через лопаточный завихритель 2 поступает воздух, необходимый для сжигания топлива. Последнее поступает через топливную форсунку 11 . расположенную в топливоподводящем патрубке 1. При сжигании топлива в огневом пространстве 9 образуются продукты сгорания, в том числе и наиболее токсичные и вредные для человека и окружающей его среды - оксиды азота. Последние образуются при соединении азота, содержащегося в воздухе и топливе, с кислородом в условиях высокой температуры в зоне горения (1400-1600°С),Для подавления образования оксидов азота в продуктах сгорания через форсунки 5, расположенные перед завихрителем 2, впрыскивается вода. Испаряясь в зоне горения (огневой зоне 9), вода отбирает тепло и понижает температуру пламени на 200-300 градусов. Понижение температуры в зоне горения снижает скорость реакции азота с кислородом, в результате чего количество оксидов азота уменьшается в 1,5-2,0 раза.

Благодаря тому, что перед завихрителем 2 установлены пластины7, расположенные между форсунками 5, поток воздуха в значительной степени турбулизируется. В результате вода, поступающая из форсунок 5, более интенсивно перемешивается с воздухом и более равномерно распределяется в потоке перед завихрителем 2 и в огневой зоне 9. Более равномерное распределение воды в воздухе позволяет уменьшить температурную неравномерность пламени, то есть исключить участки (локальные зоны) пламени, где вода отсутствует. Таким образом при сохранении заданной средней температуры пламени. например_} 1200°С, уменьшается количество локальных зон с более высокой температурой и более низкой температурой, а следовательно уменьшается количество оксидов азота, образовавшихся в продуктах сгорания.

В соответствии с предложенным описанием изобретения авторами разработана конструкция и выпущены рабочие чертежи, по которым изготовлена полноразмерная модель горелочного устройства камеры сгорания ГТУ.

Горелочное устройство состоит из присоединительного фланца диаметром 600 мм и толщиной 30 мм, выполненного из стали 12МХ. В центральной части фланца расположен топливоподводящий патрубок с топливной форсункой.

Лопаточный завихритель выполнен из стали 12Х18Н10Т. Наружный диаметр внешнего обода составляет 206 мм. Высота лопаток завихрителя со стороны входной кромки составляет 62 мм. Лопатки, всего 18 штук, установлены (приварены) под углом 45 градусов по отношению к продольной оси горелки. На расстоянии 117 мм от входных кромок лопаток к топливоподводящему патрубку приварен дисковый насадок, наружный диаметр которого 206 мм. Дисковый насадок и внешняя втулка завихрителя соединены продольными пластинами длиной 102 мм и шириной 60 мм. Пластин всего

6. Между каждой пластиной расположена водяная форсунка, закрепленная в дисковом насадке.

Расстояние между двумя соседними пластинами составляет 56 мм. Таким образом проходная площадь Fi отверстий между пластинами составляет 0,0399 м². Проходная площадь F2 лопаточного завихрителя, с учетом толщины лопаток, составляет 0,0210м². Таким образом, выполняется соотношение

0.0399=1,9-0.0210 или Fi=(1,5-2.2)F₂

Расстояние h сопла водяных форсунок до лопаток завихрителя составляет 60 мм. то есть также выполняется соотношение

60=0.59 102 или li>0.4l2.

Изготовленная модель горелочного устройства была испытана в стендовых условиях.

Расчет ожидаемого экономического эффекта от использования изобретения не производился, так как изобретение не улучшает технических характеристик горелочного устройства и камеры сгорания, а только улучшает их экологические характеристики. Однако, по принятой в Минэнерго методике произведена оценка предотвращенного ожидаемого ущерба за счет уменьшения токсичности продуктов сгорания. Как показали огневые испытания полноразмерной модели в стендовых условиях, по сравнению с прототипом содержание оксидов азота в продуктах сгорания уменьшилось со 140 мг/м³ до 110 мг/м³ (при содержании кислорода -- 16%).

Claims

Формула изобретения

Горелочное устройство камеры сгорания газотурбинной установки, содержащее топливоподводящий патрубок с аксиально установленной на выходе топливной форсункой, лопаточный завихритель с размещенными перед ними форсунками для подвода воды, отличающееся тем, что, с целью уменьшения окислов азота в продуктах сгорания путем повышения качества перемешивания воды и воздуха на входе в завихритель, горелочное устройство дополнительно содержит дисковый насадок, жестко скрепленный с топливоподводящим патрубком ис продольными пластинами, скрепленными с обечайкой завихрителя и расположенными между форсунками, причем количество пластин и упомянутых водяных форсунок совпадает, а проходная площадь отверстий между пластинами и расстояние от форсунки до лопаток определяются из соотношений

Fi=(1,5-2,2)F₂;

11=(0,4-1,0))2, где Fi - суммарная площадь проходного сечения отверстий между пластинами;

h - расстояние от форсунки до лопаток;

F₂ - площадь проходного сечения завихрителя;

1₂ - длина пластины.

Фиг.7

Составитель В.Акулов Редактор Т.Шагова Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Заказ 1715 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина. 101