Горелочное устройство камеры сгорания газотурбинной установки Советский патент 1990 года по МПК F23D14/00 

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к горе- лочным устройствам камер сгорания газотурбинных установок или топок парогенераторов.

Цель изобретения - повышение устойчивости горения на переменных режимах.

На фиг,1 схематически представлено горелочное устройство, поперечный разрезу на фиг. 9 - разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг.1.

Горелочное устройство камеры сгорания содержит смесительные трубы 1, заглушенные с одного торца 2 и сообщенные свободными торцами 3 с топочным пространством 4 камеры сгорания Каждая смесительная труба 1 подключена воздухоподводящим и газовым соплами 5 и 6 к раздающим коллекторам 7 (газовому) и 8 (воздушному), Горелочное устройство содержит, по крайней мере, один запальник 9. В одной смесительной трубе 10 газовое сопло 11 выполнено проходного сечения FMOIKC определяемого согласно соотношению

FMOKC (1,0- 3,0)F,

а в другой смесительной трубе 12 газовое сопло 13 выполнено согласно соотношению ,г

FAM,H (0,3-1,0)F,

где F

г

проходное сечение газовых

сопел каждой из оставшихся труб. Как правило они выполняются из условия оптимального соотношения топливо - воздух для работы на номинальной нагрузке.

Горелочное устройство работает следующим образом.

В смесительные трубы 1, заглушенные с одного торца 2 и сообщенные свободными торцами 3 с топочным пространством 4 камеры сгорания, через воздушные сопла 5 из воздушного коллектора 8 поступает воздух. Сюда же через газовые сопла 6 из газового

коллектора 7 поступает топливо (природный газ). В смесительной трубе 1 происходит перемешивание топлива и воздуха и вследствие закрутки воздуха (воздушные сопла 5 выполнены тангенциально, фиг,2) образуется топ- ливовоздушный устойчивый вихревой жгут. В одной из смесительных труб 1 от запальника 9 топливовоздушная смесь воспламеняется и в виде огневого жгута распространяется вдоль

смесительной трубы 1 и через свободный торец 3 выходит в топочное пространство 4 камеры сгорания. Здесь происходит окончательное сгорание

топлива. От факела пламени топливо- воздушной струи, выходящей из смесительной трубы 1, снабженной запальником 9, воспламеняются топливовоздуш- ные, выходящие в топочное пространство 4 факелы соседних смесительных труб 1.

В условиях хорошей стабилизации пламя из топочного объема 4 распространяется в каждой из смесительных

труб 1, в которых отсутствуют запальники, от свободного торца 3 к газовым соплам 6. Таким образом, во всех смесительных трубах 1 с газовыми соплами 6 проходного сечения F ,рассчитайного из условия оптимального соотношения топливо - воздух для условий номинального режима, происходит воспламенение топливовоздушной смеси и стабилизация процесса горения.

Для номинальной нагрузки работы

устройства оптимальным является коэффициент избытка воздуха в зоне горения (в пределах смесительной тру- бы 1), равный 1,5,- а работоспособность - наличие устойчивого пламени (горение), возможно в пределах изменения коэффициента избытка воздуха в зоне горения от 1 до 3, Из газового коллектора 7 одновременно

с топливом, подаваемым в смесительные трубы 1 через сопла 6, по крайней мере, в одну смесительную трубу 10, топливо (газ подается через

сопла 11, выполненные с проходным сечением согласно соотношению (1,0 - 3,0)F, а в другую смесительную трубу 12 - через сопла Н.выпол- ненные согласно соотношению F..uu -(0.3-1,0)F.

Поскольку изменение проходных сечений сопел 11 и 13 в смесительных трубах 10 и 12 делает соотношение топливо - воздух неоптимальным для условий работы на номинальной нагрузке, в трубе 10 горения может и не наблюдаться (богатая смесь, недостаток кислорода) и топливовоздушная смесь, не поджигаясь, поступает в топочное пространство 4, Вследствие того, что сюда же поступает еще одна часть воздуха (например, вторичный воздух через отверстия 14), то создаются условия для горения топлива, поступающего через трубу 10 в пределах топочного объема 4, Напро- |тив, в смесительной трубе 12 с соп . f «ттттгт TJ

мин

пами 13 проходного сечения Fr

недостаток топлива - бедная смесь. Горения в этой трубе также может не быть, или очаг горения существует лишь в районе газовых попел 13,

Таким образом, горение, его стабилизацию и постоянное воспламенение в условиях номинального режима (коэффициент избытка воздуха в зоне горения 1,5) поддерживается смесительными трубами 1 с газовыми соплами 6 проходного сечения F . Кроме номинального режима, эти же смесительные трубы 1 обеспечивают процесс горения на переменных режимах в пределах изменения коэффициента избытка воздуха в зоне горения от 1 до 3.Однако и в случае расширения указанного диапазона изменения коэффициента избытка воздуха в зоне горения до (0,5 - 10) горелочное устройство сохраняет работоспособность. Так,при уменьшении коэффициента избытка воздуха в интервале от 1 до 0,5 (заброс топлива, например, при запуске ГТУ, или отклонений в системе регулирования) срыва факела в топочном пространстве 4 не происходит,

В этот момент в режиме благоприятной или оптимальной работы оказывается смесительная труба 12, газовые сопла 13 которой выполнены проходного сечения согласно соотношению FMWH (0,3-10)-Р, т.е. в этой смесительной трубе 12 коэффициент избыт

02796

ка воздуха в зоне горения оказывается в интервале оптимального горения | от 1 до 3 и является рабочим для всех прямоточных горелок и условия горения отвечают условию оптимального соотношения топливо-- воздух на всей длине смесительной трубы .Высокая стабильность горения вследст Ю вие закрутки топливовоздушной струи и оптимальность условий горения позволяют обеспечить устойчивый факел пламени засвободным торцом 3 смесительной трубы 12. При коэффициенте

15 избытка воздуха в зоне горения в смесительных трубах 1 с газовыми соплами 6 проходного сечения Fr в интервале от 0,5 до 1 внутри указанных труб пламени нет (богатый срыв),

20 Однако наличие устойчивого пламени в топочном объеме 4, выходящего из смесительной трубы 12, позволяет постоянно воспламенять газовоздушную смесь, поступающую не воспламенив25 шейся из труб 1.

Аналогичным образом поддерживается горение в топочном объеме 4 и при работе в диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха в зоне

30 горения от 3 до 10, В этом случае в режим оптимальной работы (коэффициент избытка воздуха в зоне горения находится в пределах от 1 до 3) попадает смесительная труба 10, газовые сопла 11 которой выполнены проходного сечения, определенного из соотношения (1,0 - 3,0)F. В трубе 10 создаются условия для стабильного и устойчивого существования факела пламени (огненного жгута), от которого в топочном объеме 4 воспламеняется топливовоздушная смесь, поступающая из смесительных труб .1, в которых происходит срыв

45 пламени по условию бедной смеси.Смесительные трубы 10 и 12, в которых газовые сопла выполнены проходными сечениями согласно соотношениям

35

40

Р:

макс

(1,0 - 3,

и

мин

0

(0,3 - OF, выполняют, таким образом, роль дежурных горелок на переходных или нерасчетных стационарных режимах работы установки.

Формула изобретения

Горелочное устройство камеры сгорания газотурбинной установки, содержащее смесительные трубы, заглушенные с одного торца и сообщенные свободными торцами с топочным пространством камеры сгорания, каждая из которых подключена воздухоподводящим и газовым соплами к раздающим коллекторам, и по крайней мере один запальник, отличающееся тем, что, с целью повышения устойчивости горения на переменных режимах, по крайней мере в одной из смесительных труб газовое сопло выполнено с проходным сечением, определяемым из следующего соотношения:

(1 - 3)F,

макс

в другой - с проходным сечением согласно соотношению

FM.IH в (о.з - OF,

гДе рмакс максимальная проходная

газового сопла; /иин минимальная проходная

площадь газового сопла; F - проходное сечение сопла каждой из оставшихся труб.

Изобретение решает задачу повышения устойчивости горения на переменных режимах. Это достигается тем, что в смесительные трубы 1, заглушенные с одного торца 2 и сообщенные свободными торцами 3 с топочным пространством 4 камеры сгорания, через воздушные сопла 5 из воздушного коллектора 8 поступает воздух. Сюда же через газовые сопла 6 из газового коллектора 7 поступает топливо (природный газ). В смесительной трубе 1 происходит перемешивание топлива и воздуха и, вследствие закрутки воздуха, образуется топливовоздушный устойчивый вихревой жгут. В одной смесительной трубе газовое сопло выполнено с проходным сечением, определяемым из соотношения F_мах = (1 - 3)F, а в другой - с проходным сечением согласно соотношению F_мин = (0,3 - 1,0)F, где F_мах - максимальная проходная площадь газового сопла

F_мин - минимальная проходная площадь газового сопла

F - проходное сечение сопла каждой из оставшихся труб. 3 ил.

W

Фив.З