Турбинная газовая горелка

 

Использование: в топках тепловых электростанций. Сущность изобретения: конфузорный входной участок 2 корпуса 1 снабжен кольцевым коллектором 19, имеющим патрубки 20 и 21 для подвода газообразных реагентов с расположенными на выходе из них поворотными заслонками 22 и 23 и шумопоглотитель 24, установленный с внутренней торцовой его стороны. Выходной участок 18 корпуса 1 выполнен конфузорно-диффузорным с перфорированной диффузорной частью 25 и оснащен водяной рубашкой 27 с патрубками подвода 28 и отвода 29 воды. Во внутреннюю полость перфорированной диффузорной части 25 выходного участка 18 с перфорацией 26 вмонтирована диффузорная керамическая насадка 30 с перфорацией 31, в ячейках перфораций 26 и 31 размещены сопла 32 для впрыска воды. 1 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в тепловых электростанциях.

Наиболее близким к изобретению является турбинная газовая горелка, содержащая корпус с входным воздухоподводящим участком, установленный на оси корпуса и взаимодействующий с подшипниками пустотелый вал с закрепленным на нем осевым вентилятором и со съемным выходным кольцевым насадком, снабженным размещенными по периферии перфорированными радиальными лопатками газовой турбинки и торцовым днищем, а также центральную газоподводящую трубу с выходным соплом, заведенным в полость кольцевого насадка, установленную неподвижно внутри пустотелого вала и закрепленную во входном участке корпуса с помощью съемного фланца, причем подшипники установлены внутри пустотелого вала на газоподводящей трубе, входной участок корпуса выполнен конфузорным, а съемный фланец выполнен кольцевым и соединен с газоподводящей трубкой с помощь дополнительных профилированных радиальных лопаток, полость кольцевого насадка выполнена в виде конфузорно-диффузорного профиля, сопло газоподводящей трубы выполнено съемным, а пустотелый вал на участке перед кольцевым насадком выполнен перфорированным.

Недостатком этой горелки является то, что в ней невозможно снизить уровень шума до допустимых величин. Кроме того, ее недостатком является повышенный температурный уровень факела, что весьма нежелательно с точки зрения тепловых перенапряжений топочного пространства и условия оптимального обеспечения радиационного и конвективного теплообмена поверхностей нагрева котельного агрегата.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности путем уменьшения шума и снижения температурного уровня пламени.

Цель достигается тем, что в газовой горелке согласно изобретению конфузорный входной участок корпуса снабжен кольцевым коллектором, имеющим патрубки для подвода газообразных реагентов с расположенными на выходе из них поворотными заслонками, и шумопоглотитель, установленный с внутренней торцовой его стороны, а выходной участок корпуса выполнен конфузорно-диффузорным с перфорированной диффузорной частью и оснащен водяной рубашкой с патрубками подвода и отвода воды, причем во внутреннюю полость перфорированной диффузорной части выходного участка корпуса вмонтирована диффузорная керамическая насадка с соответствующей перфорацией, а в ячейках перфорации выходного участка корпуса и диффузорной керамической насадки размещены сопла для впрыска воды.

На чертеже схематически изображена турбинная газовая горелка, продольный разрез.

Горелка содержит корпус 1 с конфузорным входным участком 2, установленный по оси корпуса 1 и взаимодействующий с подшипниками 3, 4 пустотелый вал 5 с закрепленным на нем осевым вентилятором 6 и со съемным выходным кольцевым насадком 7 конфузорно-диффузорного профиля, снабженным размещенными по периферии перфорированными радиальными лопатками 8 газовой турбинки и торцовым днищем 9. Горелка также содержит центральную газоподводящую трубу 10 с выходным соплом 11, заведенным в полость 12 кольцевого насадка 7. Труба 10 установлена неподвижно внутри пустотелого вала 5 и закреплена во входном участке 2 корпуса 1 с помощью кольцевого съемного фланца 13, который соединен с газоподводящей трубой 10 с помощью профилированных радиальных лопаток 14. Пустотелый вал 5 на участке перед кольцевым насадком выполнен с перфорацией 15. Снаружи торцового днища 9 установлена керамическая заглушка 16. В корпусе 1 за вентилятором 6 установлен направляющий аппарат 17. Корпус 1 имеет выходной участок 18. Конфузорный входной участок 2 снабжен кольцевым коллектором 19, имеющим патрубки 20 и 21 для газообразных реагентов с расположенными на выходе из них поворотными заслонками 22, 23 и шумопоглотитель 24, установленный с внутренней торцовой его стороны. Выходной участок 18 корпуса 1 выполнен конфузорно-диффузорным с перфорированной диффузорной частью 25 с перфорацией 26 и оснащен водяной рубашкой 27 с патрубками подвода 28 и отвода 29 воды. Во внутреннюю полость перфорированной диффузорной части 25 выходного участка 18 вмонтиpована перфорированная диффузорная керамическая насадка 30 с перфорацией 31. В ячейках перфорации 26 и 31 соответственно диффузорной части 25 и керамической насадки 30 установлены сопла 32 для впрыска воды. В торце кольцевого коллектора 19 установлено устройство 33 визуального контроля пламени с исполнительным механизмом 34 открывания и закрывания проходного сечения устройства 33.

Турбинная газовая горелка работает следующим образом.

С помощью исполнительного механизма 34 устройства 33 визуального контроля пламени открывается его проходное сечение и через него осуществляется продувка камеры горения теплового агрегата. Затем проходное сечение закрывается.

Газ по трубе 10 через выходное сопло 11, пройдя полость 12 насадка 7, подводится к лопаткам 8 турбинки. Под действием реактивной силы истекающего из перфорированных лопаток 8 газа турбинка и вентилятор 6 приводятся во вращение. Угол установки лопаток 8 относительно плоскости их вращения при этом выбран оптимальным с точки зрения создания реактивной силы истекающего газа.

По патрубкам 20 и 21 в газовый коллектор 19 подводятся кислород, необходимый для горения газа, и рециркуляционные продукты горения, предназначенные для разбавления газокислородной горючей смеси. При вращении вентилятора 6 кислород и рециркуляционные продукты горения, засасываемые из газового коллектора 19 через каналы между профилированными лопатками 14 фланца 13 во внутреннюю полость корпуса 1, проходят направляющий аппарат 17. Затем небольшая часть кислорода и рециркуляционных продуктов горения через перфорацию 15 пустотелого вала 5 эжектируется струей газа, подаваемой через сопло 11, образуя газокислородную смесь, разбавленную рециркуляционными продуктами горения, с очень маленьким коэффициентом избытка кислорода. Степень засасывания кислорода и рециркуляционных продуктов горения через отверстия 15 при прочих равных условиях можно регулировать путем изменения расстояния между выходным соплом 11 и узким сечением полости 12 в соответствии с коэффициентом эжекции, необходимым для обеспечения рабочего режима газодинамического уплотнения. Основная часть кислорода и рециркуляционных продуктов горения после направляющего аппарата 17 перемешивается со смесью газа, кислорода и рециркуляционных продуктов горения, выходящей из отверстий лопаток 8. Образованная таким образом газокислородная смесь, разбавленная рециркуляционными продуктами горения, направляется в перфорированную диффузорную часть 25, снабженную перфорированной керамической насадкой 30, где она воспламеняется запальным устройством и сгорает. Догорание происходит в топочном пространстве основного агрегата.

По патрубку 28 в водяную рубашку 27 подводится вода, часть которой проходит через сопла 32 и впрыскивается в зону горения газокислородной смеси. Остальная часть воды отводится по патрубку 29.

В случае необходимости, изменяя давление газа в газоподводящей трубе 10 при прочих равных условиях, можно менять скорость истечения газа из отверстий лопаток 8, расход газа, реактивную силу, мощность и обороты вентилятора 6. Регулирование количества подаваемого кислорода при определенных оборотах вентилятора 6 может осуществляться при прочих равных условиях либо изменением давления кислорода, выбором положения заслонки 22, либо обоими способами одновременно, а рециркуляционных продуктов горения выбором положения заслонки 23. Заслонки 22 и 23 служат для дросселирования проходного сечения патрубков 20 и 21.

Направляющий аппарат 17, установленный за вентилятором 6, позволяет с помощью поворотных лопаток регулировать направление движения газовых реагентов и тем самым степень его перемешивания с газом, истекающим из отверстий лопаток 8, длину факела и угол его раскрытия.

При работе предлагаемой горелки уровень шума сведен к минимуму. Это обеспечено тем, что, во-первых, конфузорный входной участок 2 корпуса 1 снабжен кольцевым коллектором 19. Это позволяет герметично закрыть щель и неплотности, через которые шум может проникать в цех. Кроме того, кольцевой коллектор 19 с внутренней торцовой стороны оснащен шумопоглотителем 24, что еще больше снижает фактический уровень шума. Во-вторых, выходной участок 18 корпуса 1 выполнен конфузорно-диффузорным с диффузорной частью 25, снабженной диффузорной керамической насадкой 30. Угол раскрытия диффузорной части 25 и насадки 30 выбирается с учетом аэродинамики газового потока и физики процесса горения. Это позволяет обеспечить надежную стабилизацию пламени в диффузоpной части 25 выходного участка 18 корпуса 1 и тем самым исключить возможные пульсации пламени, являющиеся источниками шума. В-третьих, конструкция предлагаемой горелки в целом такова, что в ней применяются энергоносители, подаваемые под невысоким давлением, скорость истечения реагентов дозвуковая, возможно самоподдержание соотношения подачи газа и окислителя, обеспечена рециркуляция продуктов горения, процесс смешения подаваемых реагентов происходит на очень коротком участке диффузорной части 25 горелки. Все это приводит к значительному снижению уровня шума. Таким образом, шум в заявленной горелке в отличие от прототипа практически исключается, вследствие чего надежность работы увеличивается.

При работе заявляемой горелки температурный уровень факела может быть выбран оптимальным, тем самым может быть обеспечен надежный режим работы котла. Это обусловлено тем, что, во-первых, конфузорный входной участок 2 корпуса 1 снабжен кольцевым коллектором 19, имеющим патрубок 21, по которому в кольцевой коллектор подаются рециркуляционные продукты горения газокислородной смеси. Разбавление кислорода, подаваемого по патрубку 20 в коллектор 19, рециркуляционными продуктами горения приводит к снижению температуры горения газокислородной смеси. Причем эту температуру можно регулировать, изменив степень рециркуляции продуктов горения. Во-вторых, диффузорная часть 25 выходного участка 18 корпуса 1 и диффузорная керамическая насадка 30 выполнены перфорированными и в ячейках перфорации 26 и 31 размещены сопла 32. Количество рядов перфорации 26 и 31, их число в рядах, взаимное расположение рядов и перфораций и проходные сечения сопл 32 (они могут быть и одинаковыми, и различными) выбираются с учетом аэродинамических и кинетических характеристик факела.

По соплам 32 из водяной рубашки 27 осуществляется впрыск воды в зону горения. Применение впрыска воды весьма эффективно сказывается на снижении температуры пламени, причем количество подаваемой по соплам 32 воды можно легко регулировать, меняя расход подвода или отвода воды по патрубкам 28 и 29, и тем самым подобрать требуемую температуру горения. Совместное применение рециркуляции продуктов горения и впрыска воды в зону горения с возможностью вариации как степени рециркуляции, так и количества впрыскиваемой воды в предлагаемой горелке в отличие от прототипа позволяет обеспечить оптимальную температуру горения, соответствующую необходимую режиму надежной работы котла.

Таким образом, повышается эксплуатационная надежность турбинной газовой горелки за счет снижения уровня шума и обеспечения оптимального температурного режима пламени.

Формула изобретения

ТУРБИННАЯ ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА, содержащая корпус с входным воздухоподводящим участком, установленный по оси корпуса и взаимодействующий с подшипниками пустотелый вал с закрепленным на нем осевым вентилятором и со съемным выходным кольцевым насадком, снабженным размещенными по периферии перфорированными радиальными лопатками газовой турбинки и торцевым днищем, а также центральную газоподводящую трубу с выходным соплом, заведенным в полость кольцевого насадка, установленную неподвижно в пустотелом валу и закрепленную во входном участке корпуса с помощью съемного фланца, причем подшипники установлены в пустотелом валу на газоподводящей трубе, входной участок корпуса выполнен конфузорным, а съемный фланец кольцевым и соединен с газоподводящей трубой с помощью дополнительных профилированных радиальных лопаток, при этом полость кольцевого насадка выполнена в виде конфузорно-диффузорного профиля, сопло газоподводящей трубы съемным, а пустотелый вал на участке перед кольцевым насадком перфорированным, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности, входной конфузорный участок корпуса снабжен кольцевым коллектором, имеющим патрубки подвода газообразных реагентов с расположенными на выходе из них поворотными заслонками и шумопоглотитель, установленный с внутренней торцевой его стороны, а выходной участок корпуса выполнен конфузорно-диффузорным и снабжен водяной рубашкой с патрубками подвода и отвода воды, при этом диффузорная часть его выполнена перфорированной и снабжена примыкающей к ней с внутренней стороны диффузорной керамической насадкой с соответствующей перфорацией, а в отверстиях перфорации выходного участка корпуса и диффузорной керамической насадки размещены сопла для впрыска воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1