Способ сжигания газообразного топлива в камере сгорания и камера сгорания для его осуществления

 

Использование: в термической печи и в камере сгорания котельной и газотурбинной установки для сжигания газообразного топлива. Сущность изобретения: камера сгорания содержит размещенные в корпусе камеру смешения, газовый коллектор с топливными трубками. Каждая топливная трубка выполнена с заглушенными торцами и с радиальными отверстиями в стенке соответственно в зоне коллектора и камеры смешения и установлена в корпусе радиально с возможностью перемещения вдоль ее оси на величину, определяемую по зависимости, указанной в описании. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в термических печах и камерах сгорания котельных и газотурбинных установок для сжигания газообразного топлива.

Известно устройство и способ, реализованный в нем.

Устройство содержит цилиндрическую камеру смешения с воздухоподводящим патрубком на входе и размещенную по оси топливную трубку, в выходном торце которой установлен с возможностью продольного перемещения рассекатель, образующий с трубой кольцевую щель, направленную встречно потоку воздуха под углом 55 - 60^о [1].

Существенным недостатком способа и устройства является низкое качество смешения на режимах, отличных от номинального, а возможности регулирования за счет ширины щели весьма ограничены величиной потерь давления.

Наиболее близким техническим решением является камера сгорания и способ организации процесса горения, реализованный в ней.

Камера содержит камеру смешения с воздухоподводящим патрубком, периферийный газовый коллектор с распределителями [2].

Основной недостаток способа и камеры состоит в снижении экономичности на режимах, отличных от номинального.

Цель изобретения - повышение экономичности на переменных режимах путем интенсификации смешения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе сжигания газообразного топлива в камере сгорания, заключающемся в предварительном разделении потока топлива на струи, смешении их с потоком воздуха и воспламенении, причем струи топлива перемещают поперек воздушного потока на величину определяемую по зависимости + = 0,04, где = - относительная координата истока струи; K = K/ - коэффициент, характеризующий форму и размер струи; , - относительный расход и плотность; = ; F = n ; μ - коэффициент расхода устья струи; d_o - диаметр устья струи; n - количество струй; К₁ - коэффициент формы струи.

В устройстве для осуществления способа, представляющем собой камеру сгорания, содержащую в корпусе камеру смешения и газовый коллектор с топливными трубками, причем каждая топливная трубка выполнена с заглушенными торцами и с радиальными отверстиями в стенке в зоне коллектора и камеры смешения и установлена в корпусе радиально с возможностью перемещения вдоль ее оси.

Известно, что при поперечной подаче струй эффективность смешения в радиальном направлении лимитируется конвективным тепломассопереносом и может быть определена соотношениями
Θ = , = ; = ;
r_ос= ; h_s= K₁d_o = K₁ · = K ,
= n; = ; = , где r - координата по радиусу в цилиндрической системе координат;
h_s - глубина проникновения оси струи в плоскости траектории;
ρ - плотность;
V - скорость;
μ - коэффициент расхода отверстия;
n - количество отверстий;
К₁ - коэффициент формы струи;
K = K/ - коэффициент, характеризующий форму и размер струи;
А - характерный размер потока, например, диаметр канала;
- относительная глубина проникновения оси струи;
Θ - параметр качества смешения.

Таким образом, при изменении режима работы меняется глубина h_sпроникновения струи и при неизменном положении устья струи ((r_o = const) меняются r_oc и и, как следствие, изменяется качество смешения Θ в радиальном направлении.

Чтобы обеспечить прежнее значение качества смешения (например Θ =1), предлагается сохранять неизменной относительную глубину проникновения струи за счет изменения положения устья струи путем перемещения топливных трубок вдоль собственной оси, т.е. по радиусу камеры.

Известно также, что максимальное значение качества смешения в радиальном направлении имеет место в том случае, когда траектории осей струй в конце активного участка расположены на некоторой поверхности, эквидистантной ограничивающим поток поверхностям.

Для кругового цилиндра - это также поверхность соосного кругового цилиндра, радиус которой имеет вполне определенное значение
= = 0,2.

На фиг.1 дана схема течения в виде проекции на поперечную секущую плоскость; на фиг.2 - предлагаемая камера.

На фиг.1 следует
+ = = 0,04
или
+ K = 0,04.

Из последнего соотношения видно, что при увеличении относительного расхода горючего газа необходимо источник переместить ближе к оси камеры, чтобы оставить неизменным качество смешения газа с воздухом.

Камера сгорания содержит камеру 1 смешения, газовый коллектор 2 с топливными трубками 3, снабженными прорезями 4 в области коллектора 2 и отверстиями 5. Топливные трубки 3 имеют заглушенные с обоих концов торцы. Оси отверстий 5 одновременно перпендикулярны оси топливной трубки 3 и оси камеры 1 смешения. Топливные трубки 3 установлены с возможностью осевого перемещения вдоль собственной оси механизмом 6. Фиксация положения осуществляется механизмом 7.

Камера работает следующим образом.

Воздух поступает в камеру 1, туда же из коллектора 2 через прорези 4, топливные трубки 3 и отверстия 5 истекает газ, который эффективно смешивается на номинальном режиме. При изменении режима работы горелки меняется глубина проникновения струй h_s и при неизменном положении топливной трубки = const меняется , и, следовательно, Θ .

Для обеспечения Θ = const в предлагаемом устройстве при = var меняют , что достигается перемещением топливной трубки 3 с помощью механизмов 6 и 7 таким образом, чтобы обеспечивалось постоянное значение .

Исследования, проведенные в лаборатории "Гидрогазодинамика" КФМЭИ в широком диапазоне изменения геометрических и режимных параметров.

= 0...0,8; = 0,0078...0,0627;
= 0,196...0,784;
2r_o = 0...0,6 показали:
(Здесь = , = ,
= , = , где t - шаг установки распределителей на корпусе камеры.

1. При неизменном значении изменение приводит к изменению качества смешения от единицы до нуля.

2. Изменение величины позволяет получить высокое качество смешения в широком диапазоне режимов работы устройства ( = var).

Формула изобретения

СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ И КАМЕРА СГОРАНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ сжигания газообразного топлива в камере сгорания, заключающийся в предварительном разделении потока топлива на струи, смешении их с воздушным потоком и воспламенении, отличающийся тем, что, с целью повышения эконономичности на переменных режимах путем интенсификации процесса смешения, струи топлива перемещают поперек воздушного потока на величину, определяемую по зависимости

где - относительная координата истока струи;
K - коэффициент, характеризующий форму и размер струи;
- относительные расход и плотность.

2. Камера сгорания для сжигания газообразного топлива, содержащая размещенные в корпусе камеру смешения и газовый коллектор с топливными трубками, отличающаяся тем, что каждая топливная трубка выполнена с заглушенными торцами и с радиальными отверстиями в стенке в зоне коллектора и камеры смешения и установлена в корпусе радиально с возможностью перемещения вдоль ее оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2