Камера сгорания газовой турбины для сжигания водородсодержащих смесей Российский патент 2025 года по МПК F23R3/00 

Изобретение относится к газотурбостроению, а именно к устройству камеры сгорания, конкретно, горелочному устройству камеры сгорания газовой турбины энергетической, предназначенной для эффективного сжигания водородсодержащих топливных смесей и позволяющей существенно снизить эмиссии оксидов азота и углерода в окружающую среду.

Камеры сгорания (КС) газовой турбины энергетической (ГТЭ) в общем подразделяются на два типа: КС с сжиганием предварительно подготовленной топливовоздушной смеси, а также КС, работающие по принципу диффузионного горения. Камеры сгорания, в которых реализована концепция сжигания предварительно смешанной топливовоздушной смеси, наиболее предпочтительны для обеспечения низкого уровня токсичности выбросов. Тем не менее, одним из основных недостатков таких КС является их склонность к проскоку пламени внутрь горелочного устройства (ГУ), что в конечном итоге может привести к его прогару и выходу из строя.

Так, при использовании в КС с предварительным смешением топлива, содержащего существенную долю водорода, ввиду разнородности кинетики химических процессов окисления разных компонентов топливной смеси возникает необходимость в дополнительных ограничениях. В частности, по причине того, что скорость горения водорода в несколько раз превышает скорость горения метана, для предотвращения проскока пламени необходимо увеличивать перепад давления на ГУ, тем самым, увеличивая потери давления в камере сгорания. Данное мероприятие, с одной стороны, позволяет минимизировать вышеупомянутый эффект проскока пламени, с другой стороны, помимо снижения КПД ГТЭ за счет увеличения потерь, также может привести к неустойчивому процессу горения, за счет возможного разрыва фронта пламени.

В КС диффузионного типа окисление топлива происходит по границе топливо-окислитель при высокой температуре. Проблем, связанных с проскоком пламени и неустойчивостью процесса горения, обычно не возникает. Однако в таких типах КС за счет образования участков высокотемпературных зон, наблюдается значительная неравномерность температурного поля в зоне сгорания, которая приводит к повышению токсичности выбросов продуктов сгорания в виде повышенных концентраций оксидов азота и углерода. Токсичность выбросов можно понизить путем применения дополнительных мероприятий, а именно организацией впрыска воды, пара, и т.п. в топливовоздушную смесь, но это заметно усложняет и удорожает устройство КС, что приводит к ограниченному применению КС диффузионного типа на практике.

Одним из возможных путей решения вышеупомянутых проблем, может быть использование КС с ГУ, работающим на принципе микрофакельного горения. Основным элементом конструкции ГУ таких КС является соосное расположение топливного сопла и соответствующего воздушного канала. Группа таких элементов составляет одно горелочное устройство микрофакельного горения (микрофакельная горелка). Множество идентичных по конструкции микрофакельных горелок могут быть расположены рядами, концентрично, по окружности, образуя горелочное устройство, называемое кластерным горелочным устройством (КГУ).

Суть концепции микрофакельного горения заключается в объединении и применении одновременно двух ключевых технологий сжигания: технологии предварительного смешивания топлива с воздухом, обеспечивающей повышение равномерности температурного поля и, соответственно, снижение уровня выбросов оксидов азота (NOx) и мероприятий по минимизации процесса обратного проскока пламени.

Известно устройство камеры сгорания с кластерным горелочным устройством, форсунки впрыска топлива которой расположены на каждой основной горелке концентрично (в виде трех окружностей): шесть форсунок впрыска топлива на первой окружности с наименьшим диаметром, 12 форсунок на второй окружности с промежуточным диаметром и 12 форсунок на третьей окружности с наибольшим диаметром. Газообразное топливо, впрыскиваемое из шести топливных форсунок на каждом первом кольцевом ярусе, называется «внутренним топливом», а газообразное топливо, впрыскиваемое из 24 топливных форсунок на каждом из второго и третьего ярусов, называется «внешним топливом». (Асаи Т., Додо С., Каришуку М., Яги Н., Акияма Й., Хаяши А. «Характеристики камер сгорания с многократным впрыском сухого топлива с низким содержанием NOx на обогащенном водородом синтетическом газе на экспериментальной установке ЮСС». Инженерный журнал газовых турбин и энергетики. 2015 г.; Том №137(9): р. 37-41, 091504-091504-11. DOI: 10.1115/1.4029614).

Основными недостатками известной конструкции являются сложность технологии изготовления микрофакельных горелок, алгоритма регулирования работы КС, а также низкая ремонтопригодность.

Известно устройство камеры сгорания газотурбинной установки (RU №2746346, приоритет 28.09.2020 г., опубл. 12.04.2021), включающее горелку, содержащую: первый трубопровод основного топлива, в котором циркулирует основное топливо; второй трубопровод основного топлива, в котором циркулирует основное топливо; смеситель топлива, с которым соединены трубопровод пускового топлива и первый трубопровод основного топлива; внутреннюю топливную форсунку, с которой соединен смеситель топлива; множество внешних топливных форсунок, с которыми соединен второй трубопровод основного топлива; клапан регулирования подачи пускового топлива, в трубопроводе пускового топлива; первый клапан регулирования подачи топлива, установленный в первом трубопроводе основного топлива; и второй клапан регулирования подачи топлива, установленный во втором трубопроводе основного топлива.

Основными недостатками известной конструкции являются сложность обеспечения геометрии фронтовой плиты, высокая трудоемкость изготовления топливных форсунок и низкая ремонтопригодность ГУ и КС в целом.

Известно устройство камеры сгорания газовой турбины (RU №2747009, приоритет от 30.08.2019 г., опубл. 01.03.2021 г.), включающее в себя отсек сгорания топлива, в котором сжигается топливо и воздух, пластину с отверстиями для воздуха, расположенную сверху по потоку со стороны отсека сгорания топлива и имеющую множество отверстий для подвода воздуха, размещенных концентрически в виде множества рядов, а также множество топливных форсунок, размещенных в виде множества концентрических рядов, причем внутренняя стенка топливной форсунки имеет на концевом участке топливной форсунки конусный участок, расширяющейся формы, а на впускном участке отверстие для воздуха имеет конусный участок, уменьшающий диаметр отверстия для воздуха, при этом диаметр выпускного участка отверстия для воздуха не превышает диаметра отверстия для воздуха, уменьшенного за счет конусного участка отверстия для воздуха, при этом конусный участок отверстия для воздуха расположен на заданном расстоянии от впускного участка отверстия для воздуха с верхней по потоку стороны концевого участка топливной форсунки.

Основным недостатком известного устройства является сложность конструкции фронтовой плиты и топливных форсунок, что приводит к высокой трудоемкости их изготовления. К недостаткам следует также отнести сложность реализации алгоритма регулирования и настройки режимов работы КС и низкую ремонтопригодность Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и выбранному в качестве прототипа является устройство камеры сгорания газотурбинной установки (RU №2746489, приоритет от 28.09.2020 г., опубл. 14.04.2021 г.), Устройство по прототипу содержит: цилиндрическую жаровую трубу, образующую камеру сгорания; горелку, включающую в себя: пластину с воздушными отверстиями, которая расположена на впуске жаровой трубы и имеет множество воздушных отверстий для направления сжатого воздуха в камеру сгорания, множество топливных форсунок, которые расположены на стороне, противоположной камере сгорания, с пластиной с воздушными отверстиями, расположенной между ними, при этом каждая из множества топливных форсунок впрыскивает топливо в направлении соответствующего воздушного отверстия, при этом воздушные отверстия и топливные форсунки образуют множество концентричных кольцевых потоков, а в топливном канале каждой из множества топливных форсунок выполнено сужающее отверстие, причем множество топливных форсунок сгруппированы в множество групп форсунок и осевые позиции сужающих отверстий различаются между группами форсунок.

Основным недостатком известного устройства по прототипу является сложность конструкции фронтовой плиты и топливных каналов форсунок, низкую технологичность изготовления и ремонтопригодность ГУ. Помимо этого, для устройства по прототипу характерна сложность реализации алгоритма регулирования и возможности отстройки ГУ для снижения риска возникновения пульсационного режима горения, влияющего на эксплуатационную надежность.

Желаемый технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эксплуатационной надежности работы КС при одновременном упрощении конструкции, повышении технологичности ее изготовления и ремонтопригодности, упрощении алгоритма управления и регулирования, при обеспечении низкого уровня выбросов NOx.

Технический результат достигается предлагаемым устройством камеры сгорания газовой турбины для сжигания водородсодержащих смесей, содержащем: жаровую трубу и горелочное устройство, образующие камеру сгорания, при этом горелочное устройство включает в себя: пластину с отверстиями, которая расположена на впуске жаровой трубы и имеет множество воздушных отверстий для направления сжатого воздуха в камеру сгорания, множество топливных форсунок, расположенных на стороне, противоположной камере сгорания, пластину с воздушными отверстиями, расположенную между ними, причем каждая из множества топливных форсунок впрыскивает топливо в направлении соответствующего воздушного отверстия, образуют множество концентричных кольцевых потоков, а в топливном канале каждой из множества топливных форсунок выполнено сужающее отверстие, при этом горелочное устройство выполнено в виде разборного модуля КС, включающего наружный фланец с отверстиями для подвода магистралей подачи топлива в пилотный и основной топливные контуры, блок топливных форсунок, содержащий пластину с отверстиями, закрепленную накидной гайкой к корпусу блока подачи основного топлива к которой жестко прикреплены множество топливных форсунок, а также фронтовую плиту с отверстиями, при этом топливные форсунки выполнены составными, из двух металлических трубок разного диаметра, внешней и внутренней, запрессованной во внешнюю и образующей сужающий участок топливного канала, причем внутренняя трубка топливного канала установлена с внешним выпуском длиной L3, от торца внешней трубки, а торцы выпуска внутренних трубок блока топливных форсунок установлены к торцевой поверхности фронтовой плиты без зазора, при этом фронтовая плита установлена в корпусе блока форсунок с возможностью ее перемещения вдоль центральной оси жаровой трубы камеры сгорания для обеспечения, в случае необходимости, регулировки величины зазора между выходным срезом топливных форсунок и поверхностью фронтовой плиты со стороны блока топливных форсунок в пределах 0-5 мм., причем разница величины диаметров концентрических окружностей на которых расположены второй и третий ряд топливных форсунок основного контура подачи водородсодержащего топлива равна величине диаметра воздушных отверстий фронтовой плиты, а соотношение величин диаметров наружной (D1) и внутренней (D2) трубок, образующих топливной канал форсунки к составляет не менее 2.2, при этом соотношение общей длины топливного канала форсунки (L1), к длине запрессованной части внутренней трубки (L2), образующей сужающий участок топливного канала и к длине участка внешнего выпуска внутренней трубки (L3) топливного канала форсунки (L1/L2/L3) составляет 3,75:0,6:1 соответственно, а осевые позиции расположения сужающего канала всех форсунок, как основного, так и пилотного контуров подачи топлива совпадают друг с другом.

В отличие от устройства по прототипу, предлагаемое выполнение конструкции ГУ, с вышеупомянутыми особенностями, а именно, выполнением топливных форсунок составными, из двух металлических трубок разного диаметра, внешней и внутренней, запрессованной во внешнюю и образующей сужающий участок топливного канала с определенным соотношением величин диаметров наружной и внутренней трубок и при определенном сочетании общей длины топливного канала к длине его сужающего участка, а также установкой торцов выпуска внутренних трубок топливных форсунок без зазора к торцу фронтовой плиты и другими, способствует повышению эффективности процесса сгорания компонентов топливной смеси в коаксиальной микроструе топливо-воздух.

Как показали результаты расчетно-экспериментальных исследований процесса горения искусственно приготовленной метан-водородной смеси (МВС), за счет образования замкнутой области горения МВС и воздуха внутри каналов фронтовой плиты 10 (фиг. 1) вблизи выходного сопла форсунки, которая окружена мощным градиентом плотности воздушного потока, ламинарная струя МВС, при определенной, расчетной скорости истечения, преодолевает градиент плотности воздушного потока, становиться турбулентной и далее, вниз по потоку, обеспечивает эффективное смешение МВС с воздухом. При этом наблюдается снижение длины пламени, повышается устойчивость горения и температурная равномерность потока. Это снижает риск прогара выходного сопла форсунки и способствует сокращению эмиссии NOx.

Установка торцов выпуска внутренних трубок блока топливных форсунок к торцевой поверхности фронтовой плиты без зазора, но при этом с возможностью фронтовой плиты к ее перемещения вдоль центральной оси жаровой трубы камеры сгорания, позволяет производить, в случае необходимости, тонкую отстройку величины зазора между выходным срезом топливных форсунок и поверхностью фронтовой плиты со стороны блока топливных форсунок, с целью минимизации вероятности возникновения термоакустической неустойчивости и обратного проскока пламени при изменении качества МВС. Снижение риска прогара выходного сопла форсунки обеспечивает повышение эксплуатационной надежности работы КС и ГТУ в целом.

Конструкция предлагаемого устройства поясняется следующими фигурами:

- фиг. 1 Эскиз КС с горелочным устройством микрофакельного горения, иллюстрирующий конфигурацию основных узлов ГУ;

- фиг. 2 Продольный разрез устройства топливной форсунки;

- фиг. 3 Вид фронтовой плиты со стороны жаровой трубы КС;

- фиг. 4 (а) Поля распределения полной скорости потока продуктов сгорания при соотношениях метан-водород СН4/Н2 в МВС в пропорциях: 50/50 (а) % об.

- фиг. 4 (б) Поля распределения температур в горелочном устройстве микрофакельного горения при содержании водорода в МВС: СН4/Н2 50/50% об.

- фиг. 4 (в) Поля распределения областей смешения в ГУ при содержании водорода в МВС: СН4/Н2 50/50% об.

На фиг. 1 представлен эскиз КС с горелочным устройством микрофакельного горения для сжигания водородсодержащей топливной смеси и воздуха.

Конструктивно, предлагаемая конструкция ГУ включает корпус 4 с магистралями подачи воздуха 8 и водородсодержащей топливной смеси в пилотный контур 3, а через коллектор 1 и в основной контур подачи топлива 2, который закреплен к жаровой трубе КС узлом крепления 5 (фланцем).

ГУ содержит также сменный блок топливных форсунок 7, образованный пластиной с отверстиями с жестко закрепленными к ней лазерной сваркой форсунками 9, выполненную сменной фронтовую плиту 10 с воздушными отверстиями по числу топливных форсунок. Фронтовая плита 10 установлена с возможностью ее перемещения вдоль центральной оси жаровой трубы камеры сгорания и закреплена с блоком топливных форсунок 7 с помощью узла крепления 15 (фиг. 1 и 3). Узел крепления 15 представляет собой резьбовое соединение с гайкой и позволяет, в случае необходимости, как регулировать величину зазора между фронтовой плитой 10 и выходным срезом форсунок 9 в пределах 0-5 мм, так и полностью демонтировать фронтовую плиту 10 для ее замены или ремонта по результатам инспекции, не разбирая всю КС.

Блок топливных форсунок 7 содержит 36 струйных форсунок, параметры работы которых подобраны таким образом, чтобы исключить проскок пламени при разных соотношениях компонентов водородсодержащей топливной смеси.

Блок топливных форсунок 7 жестко закреплен к корпусу основного топливного контура с помощью накидной гайки и выполнен в виде съемного модуля, что обеспечивает удобство его обслуживания, ремонта и замены без необходимости разбора КС, обеспечивая тем самым высокую степень ремонтопригодности КС.

На фиг. 2 показан продольный разрез топливной форсунки 9. Топливная форсунка выполнена из двух металлических трубок разного диаметра внешней и внутренней (11, 12, соответственно), которые изготовлены из нержавеющей стали типа 12Х18Н10Т и вместе образуют топливный канал, причем внутренняя трубка 12 образует его (топливного канала) сужающий участок. Внутренняя трубка 12, плотно запрессовывается во внешнюю трубку 11 и в месте стыка выполняется лазерная сварка.

Соотношение величин диаметров наружной и внутренней трубок D1/D2 топливной форсунки (9) составляет не менее 2.2, а соотношение величин общей длины топливного канала (L1) к длине сужающего участка образованного внутренней трубкой (L2) и к длине участка внешнего выпуска внутренней трубки (L3) топливного канала (L1/L2/L3) составляет 3,75:0,6:1. Все топливные форсунки 9 (фиг. 2) имеют однотипную, унифицированную конструкцию, что позволяет упростить технологический процесс изготовления блока топливных форсунок 7 (фиг. 1) и тем самым, повысить технологичность сборки, снизить трудоемкость и стоимость изготовления ГУ.

На фиг. 3 представлен вид горелочного устройства микрофакельного горения со стороны жаровой трубы 6 КС (фиг. 1) (против потока). Топливные форсунки 13 установлены соосно с воздушными отверстиями 14 фронтовой плиты 10 и относительно центральной оси жаровой трубы образуют концентричные ряды.

Первый ряд из 6-ти топливных форсунок пилотного топливного контура 3, расположенных равноудаленно друг от друга по окружности, выполнен на первой от оси (самой внутренней) окружности. Ряды из 12-ти форсунок, основного топливного контура 2 (фиг. 1), расположены на второй окружности, 18 топливных форсунок основного топливного контура на третьей (самой внешней) окружности). Разница величины диаметров окружностей, на которых расположены второй и третий ряд топливных форсунок основного топливного контура равна величине диаметра воздушного отверстия 14 фронтовой плиты 10.

Через отверстия впрыска топливных форсунок 9, подается водородсодержащее топливо, образуя множественные коаксиальные микроструи, в которых топливный поток обволакивается потоком воздуха из воздушных отверстий 14 фронтовой плиты 10, обеспечивая микрофакельное горение.

Устройство работает следующим образом.

Сжатый компрессором ГТЭ (не показан) воздух по магистрали подачи воздуха 8 (фиг. 1) подается в корпус горелочного устройства 4. Через пространство между трубками форсунок в корпусе блока форсунок 7 воздух проходит в отверстия 14 фронтовой плиты 10 смешиваясь с водородсодержащем топливом, подаваемым в пилотный контур 3, а также через коллектор 1 и в основной контур подачи топлива 2 и топливовоздушная смесь впрыскивается в зону горения. Воспламенение топливовоздушной смеси осуществляется с помощью свечи зажигания, которая установлена на боковой поверхности жаровой трубы 6 (не показано).

Для достижения желаемого технического результата в предлагаемой конструкции КС реализованы следующие условия:

1) Обеспечен оптимальный показатель объемной теплонапряженности, позволяющий сравнить эффективность использования объема жаровой трубы и учитывающий количество тепла, которое выделяется в единицу времени при сгорании топлива с учетом заданного давления и время пребывания топливно-воздушной смеси в КС. Этот показатель связан с продолжительностью химических превращений, что позволяет оценить возможную эмиссию вредных веществ и токсичность выбросов.

2) По результатам расчетно-экспериментальных исследований обеспечен необходимый перепад давления на фронтовой плите ГУ на номинальном режиме работы ГТУ, определяющий требуемую скорость истечения струи.

3) Для минимизации риска обратного проскока пламени при горении водородсодержащей смеси обеспечены условия, чтобы способная к воспламенению водородсодержащая топливовоздушная смесь имела скорость истечения, превышающую скорость распространения турбулентного пламени.

Организация множества участков перекрестно-струйного перемешивания топливных и воздушных потоков через проходные сечения толщины фронтовой плиты для подаваемого окислителя (воздуха) и определенного сечения и геометрических параметров топливных форсунок, подающих водородсодержащую смесь, должна обеспечить быстрое смешения топлива и воздуха на коротком участке и на скоростях, превышающих скорости распространения турбулентного пламени.

Оптимальный перепад давления в фронтовом устройстве (фронтовая плита 10, фиг. 1) и на стенках жаровой трубы 6 (фиг. 1) составляет 3- 4%. При перепаде давления менее 3% форма фронта пламени имеет не гладкую форму и наблюдается ухудшение равномерности горения за счет ухудшению смешения. В тоже время при перепаде давления более 4% возникает неустойчивое горение, возможны срывы пламени, что ведет к неоправданному увеличению потерь полного давления.

Расчетное исследование показало, что для предотвращения обратного проскока пламени, минимально необходимая скорость истечения смеси воздуха и приготовленной метано-водородной смеси (МВС) с соотношением метан-водород 50% об. через сечение форсунки, конкретного ГУ (фиг. 1) должна быть не менее 80 м/с.

Для проверки работоспособности ГУ предлагаемой конструкции было проведено моделировании процесса горения. Моделирование проводилось для топливной смеси при соотношениях метан-водород в пропорциях 100/0, 50/50 и 25/75 об %

Примеры результатов расчетного исследования горения МВС с соотношением метан-водород 50/50 об %. представлены на фиг 4, где:

фиг. 4 (а) - поля распределения скорости истечения

фиг. 4 (б) - поля распределения температуры

фиг. 4 (в) - поля смешения топлива и воздуха в горелочном устройстве,

Как видно из данных фиг. 4 (а), среднемассовая скорость истечения продуктов сгорания в отверстиях фронтовой плиты 10 (фиг. 1) составляет порядка 120-145 м/с, что значительно выше турбулентной скорости распространения пламени в исследуемой смеси. Данные, представленные на фиг. 4 (в) показывают, что процесс смешения активно происходит внутри каналов фронтовой плиты 10 (фиг. 1), распространяясь от оси к периферии. При этом на длине канала какого-либо существенного смешения в пристеночной области жаровой трубы 6 (фиг. 1) не происходит.

Таким образом можно заключить, что ввиду достигнутой высокой полноты сгорания и отсутствием не сгоревшего топлива в пограничных слоях, не фиксируется отрыв пограничного слоя. В связи с чем существенного нагрева стенок жаровой трубы 6 (фиг. 1) не происходит и обратный проскок пламени не наблюдается. Это подтверждают и поля распределения температуры (фиг. 4 (б)).

Следовательно, заложенные при проектировании ГУ микрофакельного горения параметры, обеспечиваются предлагаемой конструкцией ГУ и позволяют достигать стабильного сжигание водородсодержащих смесей с содержанием водорода вплоть до 75% об.

Следует отметить, что предлагаемое устройство КС может использовать в качестве газообразного топлива не только искусственно приготавливаемые смеси МВС природного газа и водорода, но и использовать в качестве топлива газообразные отходы (выбросы) нефтехимических и доменных металлургических производств. В частности, так называемый «нефтяной газ», содержащий водород и окись углерода, получаемый на нефтеперерабатывающих заводах в качестве отходов производства, коксовый газ доменных металлургических производств или газ, получаемый из угля и т.п.

Таким образом, предлагаемое изобретение с вышеупомянутыми отличительными признаками, обеспечивает стабильность работы КС, надежность воспламенения и низкий уровень выбросов NOx. Предложенная организация работы форсунок основного контура ГУ КС обеспечивает стабильное вихревое сгорание обедненной топливной смеси, снижая риск термоакустической нестабильности, проскока пламени и чувствительности состава топлива на уровень выбросов NOx.

Обеспеченный устройством ГУ КС минимальный риск обратного проскока пламени, возникновения пульсационного горения и, соответственно, минимизация риска прогара выходного сопла форсунки заметно повышает эксплуатационную надежность работы камеры сгорания и газотурбинной установки в целом.

Выполнение предлагаемого ГУ камеры сгорания модульным с возможностью его разбора существенно повышает ремонтопригодность КС и способность ее к модернизации. Установка фронтовой плиты в корпусе блока форсунок ГУ с возможностью ее перемещения вдоль центральной оси жаровой трубы камеры сгорания для обеспечения, в случае необходимости, регулировки величины зазора между выходным срезом топливных форсунок и поверхностью фронтовой плиты 10 (фиг. 1) со стороны блока топливных форсунок 7 (фиг. 1), позволяет проводить тонкую отстройку, упомянутого зазора для снижения риска возникновения пульсационного режима горения, в случаях некритического отклонения качества топливной смеси, без необходимости разбора всей конструкции КС. Тем самым существенно упрощается и ускоряется процесс пуско-наладки камеры сгорания.

Снижение трудоемкости и времени пуско-наладки и обслуживания КС ГТУ во время инспекций, позволяет оперативно производить ремонт камеры сгорания и замену элементов горелочного устройства. При этом выполнение топливных форсунок с идентичной геометрией и унификацией конструкции позволяет заметно упростить технологию изготовления ГУ КС, снизить стоимость изготовления КС и ГТЭ в целом.

Изобретение относится к газотурбостроению, а именно к устройству камеры сгорания, конкретно, горелочному устройству стационарных энергетических газотурбинных установок для эффективного сжигания водородсодержащих смесей. Предлагаемое горелочное устройство камеры сгорания выполнено модульным, с возможностью его съема для разбора и ремонта. Фронтовая плита блока топливных форсунок установлена с возможностью ее смещения вдоль оси, ремонта и замены без разбора всей камеры сгорания. Топливные форсунки выполнены из двух цилиндрических трубок разного диаметра, внешней и внутренней, запрессованной во внешнюю и образующую сужающийся участок топливного канала. Внутренняя трубка топливного канала установлена с внешним выпуском от торца внешней трубки. Торцы выпуска внутренних трубок топливных форсунок установлены без зазора к торцу фронтовой плиты. Разница величины диаметров концентрических окружностей, на которых расположены второй и третий ряд топливных форсунок основного контура, равна величине диаметра воздушного отверстия фронтовой плиты. Технический результат выражается в повышении эксплуатационной надежности работы камеры сгорания при одновременном упрощении ее конструкции, алгоритма управления, а также повышения ремонтопригодности и простоты обслуживания при обеспечении низкого уровня выбросов NOx. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Камера сгорания газовой турбины для сжигания водородсодержащих смесей, содержащая жаровую трубу, горелочное устройство, образующие камеру сгорания, при этом горелочное устройство включает в себя: пластину с воздушными отверстиями, которая расположена на впуске жаровой трубы и имеет множество воздушных отверстий для направления сжатого воздуха в камеру сгорания; множество топливных форсунок, расположенных на стороне, противоположной камере сгорания, в виде концентрических рядов; пластину с воздушными отверстиями, расположенную между ними, причем каждая из множества топливных форсунок впрыскивает топливо в направлении соответствующего воздушного отверстия, что образует множественные коаксиальные микроструи, а в топливном канале каждой из множества топливных форсунок выполнено сужающее отверстие, отличающаяся тем, что горелочное устройство выполнено в виде съемного и разборного модуля камеры сгорания, включающего наружный фланец с отверстиями для подвода магистралей подачи топлива в пилотный и основной топливные контуры, блок топливных форсунок, выполненный в виде пластины с отверстиями к которой жестко прикреплены множество топливных форсунок и который закреплен накидной гайкой к корпусу блока подачи основного топлива, а также фронтовую плиту с отверстиями, которая установлена в корпусе блока форсунок с возможностью ее перемещения вдоль центральной оси жаровой трубы камеры сгорания для обеспечения, в случае необходимости, регулировки величины зазора между выходным срезом топливных форсунок и поверхностью фронтовой плиты со стороны блока топливных форсунок, при этом последние выполнены составными, в виде двух металлических трубок разного диаметра, внешней и внутренней, запрессованной во внешнюю и образующей сужающий участок топливного канала, причем внутренняя трубка топливного канала установлена с внешним выпуском длиной L3, от торца внешней трубки, а торцы выпуска всех внутренних трубок блока топливных форсунок установлены к торцу фронтовой плиты без зазора, причем разница величины диаметров концентрических окружностей на которых расположены второй и третий ряд топливных форсунок основного контура подачи водородсодержащего топлива равна величине диаметра воздушных отверстий фронтовой плиты.

2. Камера сгорания газовой турбины по п. 1, отличающаяся тем, что диапазон регулировки величины зазора между выходным срезом топливных форсунок и поверхностью фронтовой плиты со стороны блока топливных форсунок обеспечивается в пределах 0-5 мм.

3. Камера сгорания газовой турбины по п. 1, отличающаяся тем, что соотношение величин диаметров (D1 к D2) внешней и внутренней трубок, образующих топливный канал форсунки, составляет не менее 2.2, а соотношение общей длины топливного канала форсунки (L1) к длине сужающего участка (L2) топливного канала и к длине участка внешнего выпуска внутренней трубки (L3) топливной форсунки (L1 к L2 к L3), составляет 3,75:0,6:1, соответственно.

4. Камера сгорания газовой турбины по п. 1, отличающаяся тем, что осевые позиции расположения запрессованных участков внутренних трубок, образующих сужающие участки топливного канала всех топливных форсунок, как основного, так и пилотного контуров, совпадают друг с другом.