Способ сжигания топлива

 

Использование: энергетическое, транспортное и химическое машиностроение в камерах сгорания газотурбинных установок. Сущность изобретения: поток воздуха предварительно разделяют на коаксиальные кольцевые струи и соседние струи воздуха закручивают навстречу друг другу. Затем ближайшие друг к другу части этих струй направляют радиально навстречу друг другу, а струи топлива подают между этими частями закрученных струй воздуха. При этом струи топлива попадают в высокотурбулентный сдвиговый слой воздуха и происходит интенсивное смешение топлива с воздухом. 2 ил.

Изобретение относится к энергетическому, химическому и транспортному машиностроению и может быть использовано в камерах сгорания газотурбинных установок.

Широко известны способы сжигания топлива путем предварительного разделения воздушного потока на кольцевые струи, закрутки этих струй с последующей подачей струй воздуха и топлива в зону горения [1].

Недостатком таких способов является высокая токсичность продуктов сгорания, обусловленная низкой интенсивностью процесса горения и большой протяженностью зоны горения.

Известен способ сжигания топлива путем предварительного деления потока воздуха на коаксиальные кольцевые струи, закруткой соседних струй навстречу друг другу, с последующей подачей струй воздуха и топлива в ограниченное затопленное пространство [2].

Недостатком этого способа сжигания топлива является повышенная токсичность продуктов сгорания, высокая концентрация оксидов азота, особенно при высоких, более 400^оС, температурах воздуха. Кроме того, вследствие недостаточной интенсивности процессов горения топлива, особенно жидкого, в некоторых случаях наблюдается неполное сгорание топлива (недожог).

Целью настоящего изобретения является повышение интенсивности процесса горения и уменьшение токсичности продуктов сгорания за счет предварительного смешения топлива с воздухом.

Поставленная цель достигается тем, что после закрутки коаксиальных кольцевых струй воздуха ближайшие друг к другу части этих струй направляют радиально навстречу друг другу, а струи топлива подают между этими частями закрученных струй, с последующей подачей образующейся топливовоздушной смеси и оставшейся части воздуха в ограниченное затопленное пространство.

Существенным отличием предлагаемого способа сжигания топлива от прототипа является то, что после закрутки коаксиальных кольцевых струй воздуха ближайшие друг к другу части этих струй направляют радиально навстречу друг другу. В зоне встречи этих частей встречно закрученных кольцевых струй воздуха возникает сдвиговый слой, характеризующийся очень высокой интенсивностью процессов турбулентного переноса.

Существенным отличием предлагаемого способа от прототипа является также то, что струи топлива попадают между направленными радиально навстречу друг другу частями закрученных струй воздуха. При этом струи топлива попадают в высокотурбулентный сдвиговый слой воздуха, что способствует интенсивному смешению топлива с воздухом и позволяет значительно сократить протяженность участка, на котором происходит смешение. Для многих устройств, реализующих этот способ (например для камер сгорания ГТУ), это весьма существенное преимущество.

Существенным отличием заявляемого способа является также то, что в затопленное ограниченное пространство подают образующуюся топливовоздушную смесь и оставшуюся часть воздуха. Известно, что в предварительно подготовленной топливовоздушной смеси процессы горения протекают значительно быстрее (кинетическое горение), чем при раздельной подаче воздуха и топлива (диффузионное горение).

Вследствие этого значительно сокращается время пребывания продуктов сгорания в зоне высоких температур, что приводит к существенному уменьшению концентрации оксидов азота в них. Кроме того, предварительное смешение топлива с воздухом позволяет исключить сжигание топлива при стехиометрическом соотношении его с воздухом и, тем самым, снизить температуру пламени, что также положительно влияет на уменьшение токсичности продуктов сгорания.

При сжигании жидкого топлива в процессе предварительного смешения происходит испарение капель топлива и смешение его паров с воздухом, в результате чего процесс горения протекает более интенсивно, снижается недожог.

Из изложенного следует, что заявляемый способ сжигания топлива существенно отличается от прототипа и соответствует критерию "новизна".

При сравнении заявляемого способа сжигания топлива не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 схематично изображена последовательность процессов, из которых состоит предлагаемый способ сжигания топлива, продольное сечение осесимметричного течения; на фиг. 2 - различные стадии способа сжигания, поперечные сечения.

Предлагаемый способ сжигания топлива состоит из следующей последовательности процессов.

Поток воздуха предварительно разделяют на коаксиальные кольцевые струи (от сечения I-I до сечения II-II). Затем производят закрутку соседних струй воздуха навстречу друг другу (от сечения II-II до сечения III-III), направления закрутки на фиг. 1 обозначены: ⊙ - от наблюдателя, ⊕ - на наблюдателя; на фиг. 2 направления закрутки показаны стрелками.

После закрутки коаксиальных кольцевых струй воздуха ближайшие друг к другу части этих струй направляют радиально навстречу друг другу, а струи топлива подают между этими частями закрученных струй (от сечения III-III до сечения IV-IV). В зоне встречи этих струй воздуха возникает высокотурбулентный сдвиговый слой (см. выше), способствующий интенсивному смешению воздуха с подаваемыми в эту же зону струями топлива. Затем образующуюся топливовоздушную смесь и оставшуюся часть воздуха подают в затопленное ограниченное пространство, где происходит высокоинтенсивное малотоксичное сгорание.

Применение предлагаемого способа сжигания топлива позволит снизить токсичность продуктов сгорания (концентрацию оксидов азота) в 2-5 раз при одновременном повышении интенсивности процесса горения и уменьшения недожога.

Формула изобретения

СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА путем предварительного разделения потока воздуха на коаксиальные кольцевые струи, закрутки соседних струй в противоположных направлениях и подачи топлива между закрученными струями, воспламенения топлива, отличающийся тем, что ближайшие одна к другой части соседних закрученных в противоположном направлении струй подают в радиальном направлении навстречу одна другой с образованием турболентного сдвигового слоя, а подачу топлива осуществляют в этот слой для его предварительного смешения с воздухом и последующего воспламенения топливовоздушной смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2