Вихревая газовая горелка

Изобретение относится к горелкам, в которых, по меньшей мере, одному из компонентов придается вихревое движение. Горелка предназначена для установки во фронтовые устройства камер сгорания стационарных газотурбинных двигателей, работающих на газообразном топливе, и обеспечивает сокращение вредных выбросов NO_X в атмосферу. Вихревая газовая горелка содержит трубопровод подвода газообразного топлива с коаксиально расположенным за его выходом цилиндрическим смесителем топлива и воздуха с воздушным лопаточным завихрителем на входе в смеситель. Внутри трубопровода подвода газообразного топлива перед его выходом вдоль продольной оси размещен выходной участок трубки подвода воды с завихрителем воды. За срезом трубки подвода воды образован цилиндрический смеситель газообразного топлива и воды с топливным лопаточным завихрителем перед его входом. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к горелкам, в которых по меньшей мере одному из компонентов придается вихревое движение. Горелка предназначена для установки во фронтовые устройства камер сгорания стационарных газотурбинных установок, работающих на газообразном топливе.

Известна вихревая газовая горелка, содержащая трубопровод подвода газообразного топлива с коаксиально расположенным за его открытым торцом цилиндрическим смесителем топлива и воздуха с воздушным лопаточным завихрителем на входе в смеситель (В.П.Лукачев, А.Н.Белоусов, А.М.Ланский "Влияние конструктивных параметров вихревых газовых горелок на характеристики кольцевой авиационной камеры сгорания"//, Горение в потоке: Межвузовский сборник, Казань, 1982 г., стр. 56-61, стр. 58, рис.1.б).

Недостатком такого устройства является относительно низкая эффективность процесса перемешивания топливного газа и воздуха, низкая эффективность горения и значительный выброс вредных веществ в атмосферу.

Задачей изобретения является интенсификация процесса перемешивания топлива и воздуха путем подачи в пульсационном режиме топливо-водяной мелкодисперсной аэрозоли в камеру сгорания, интенсификация процессов перемешивания компонентов и их сгорание в звуковом поле и сокращение вредных выбросов в атмосферу.

Указанная задача достигается тем, что в вихревой газовой горелке, содержащей трубопровод подвода газообразного топлива с коаксиально расположенным за его выходом цилиндрическим смесителем топлива и воздуха с воздушным лопаточным завихрителем на входе в смеситель, внутри трубопровода подвода газообразного топлива перед его выходом вдоль продольной оси размещен выходной участок трубки подвода воды с завихрителем воды, а за срезом трубки подвода воды образован цилиндрический смеситель газообразного топлива и воды с топливным лопаточным завихрителем перед его входом.

Завихритель воды может быть выполнен в виде шнека внутри выходного участка трубки подвода воды, то есть конец трубки подвода воды может быть оснащен шнеком внутри себя для придания вращательного движения потоку воды.

Завихритель воды может быть выполнен и в виде каналов в лопатках топливного лопаточного завихрителя, выходящих в выходной участок трубки подвода воды, образованный цилиндрической втулкой с закрытым вверх по потоку газа концом, направленных поперек продольной оси горелки по касательной к внутренней поверхности цилиндрической втулки, при этом входы каналов завихрителя воды сообщены с коллектором подвода воды, размещенным над трубопроводом подвода газообразного топлива.

Предпочтительное направление закрутки воздушного лопаточного завихрителя и завихрителя воды - в одну сторону.

Цилиндрический смеситель топлива и воздуха на выходе может быть снабжен диффузором.

Новым здесь является то, что внутри трубопровода подвода газообразного топлива перед его выходом вдоль продольной оси размещен выходной участок трубки подвода воды с завихрителем воды, а за срезом трубки подвода воды образован цилиндрический смеситель газообразного топлива и воды с топливным лопаточным завихрителем перед его входом.

Такое выполнение вихревой газовой горелки позволит осуществить подачу топливно-водяной мелкодисперсной аэрозоли в пульсационном режиме в камеру сгорания, интенсифицировать процесс смешения с воздухом, повысить эффективность рабочего процесса горения и сократить количество вредных выбросов в атмосферу.

Из уровня техники известны газовые горелки, которые перемешивают газообразное топливо и воздух в пульсационном режиме (например, прототип), однако эффективность их невысока, особенно в части полноты сгорания топлива и образования вредных для здоровья людей составляющих продуктов реакции в камере сгорания.

Кроме того, новым является и то, что

а) завихритель воды может быть выполнен в виде шнека внутри выходного участка трубки подвода воды, то есть конец трубки подвода воды оснащается шнеком внутри себя для придания вращательного движения потоку воды - такой завихритель воды наиболее предпочтителен для горелок с малыми расходами компонентов, поступающих в горелку;

б) завихритель воды может быть выполнен и в виде каналов в лопатках топливного лопаточного завихрителя, выходящих в выходной участок трубки подвода воды, образованный цилиндрической втулкой с закрытым вверх по потоку газа концом, направленных поперек продольной оси горелки по касательной к внутренней поверхности цилиндрической втулки, при этом входы каналов завихрителя воды сообщены с коллектором подвода воды, размещенным над трубопроводом подвода газообразного топлива, - такая горелка обеспечивает более высокие параметры по смешению компонентов, по диапазону их расходов;

в) направление закрутки воздушного лопаточного завихрителя и завихрителя воды выбрано в одну сторону;

г) цилиндрический смеситель топлива и воздуха на выходе снабжен диффузором.

На фиг.1 показана горелка со шнековым завихрителем воды.

На фиг.2 показана горелка с вихревым завихрителем воды.

На фиг.3 показан поперечный разрез по вихревому завихрителю воды.

На фиг.4 показан продольный разрез по лопаткам топливного лопаточного завихрителя.

Вихревая газовая горелка содержит трубопровод подвода газообразного топлива 1 с коаксиально расположенным на нем за его выходом 2 цилиндрическим смесителем 3 топлива и воздуха с воздушным лопаточным завихрителем 4 на входе 5 в смеситель. Внутри трубопровода 1 перед его выходом 2 вдоль продольной оси 6 размещен выходной участок 7 трубки подвода воды 8 с завихрителем воды 9, а за срезом 10 трубки подвода воды 8 образован цилиндрический смеситель газообразного топлива и воды 11 с топливным лопаточным завихрителем 12 перед его входом 13. Завихритель воды 9 может быть выполнен в виде шнека 13, размещенного внутри выходного участка 7 трубки подвода воды 8 (фиг.1). Завихритель воды 9 может быть выполнен в виде каналов 14 в лопатках 15 топливного лопаточного завихрителя 12, выходящих в выходной участок 7 трубки подвода воды 8, образованный цилиндрической втулкой 16 с закрытым вверх по потоку газа концом 17, направленных поперек продольной оси 6 горелки по касательной к внутреннему диаметру 18 цилиндрической втулки 16, при этом входы 19 каналов завихрителя воды 14 сообщены с коллектором подвода воды 20, размещенным над трубопроводом подвода газообразного топлива 1. Направление закрутки воздушного лопаточного завихрителя 4 и завихрителя воды 9 выбрано в одну сторону. Цилиндрический смеситель 3 топлива и воздуха на выходе снабжен диффузором 21.

Вихревая газовая горелка со шнековым завихрителем воды (фиг.1) работает следующим образом. Газообразное топливо по трубопроводу подвода газообразного топлива 1 через топливный лопаточный завихритель 12 поступает в цилиндрический смеситель газообразного топлива и воды 11, где смешивается с водой, поступающей туда по трубке подвода воды 8, через шнек 13 завихрителя воды 9. В цилиндрическом смесителе газообразного топлива и воды 11 перемешивание воды и топлива происходит в автоколебательном режиме и далее мелкодисперсная топливно-водяная аэрозоль в цилиндрическом смесителе 3 смешивается с воздухом, поступающим туда через воздушный лопаточный завихритель 4. Перемешивание топливно-водяной аэрозоли с воздухом и горение смеси происходит под действием звуковых колебаний, что повышает эффективность процесса в целом.

Вихревая газовая горелка с вихревым завихрителем воды (фиг.2-4) работает следующим образом. Газообразное топливо по трубопроводу подвода газообразного топлива 1 через топливный лопаточный завихритель 12 поступает в цилиндрический смеситель газообразного топлива и воды 11, где смешивается с водой, поступающей туда по трубке подвода воды 8, через коллектор подвода воды 20, через тангенсальные каналы 14 в лопатках 15 и выходной участок 7 завихрителя воды 9. В цилиндрическом смесителе газообразного топлива и воды 11 перемешивание воды и топлива происходит в автоколебательном режиме и далее мелкодисперсная топливно-водяная аэрозоль в цилиндрическом смесителе 3 смешивается с воздухом, поступающим туда через воздушный лопаточный завихритель 4. В смесителе топлива и воды 11 перемешивание воды и топлива происходит в автоколебательном режиме и далее мелкодисперсная топливно-водяная аэрозоль в смесителе топлива и воздуха 3 смешивается с воздухом, поступающим туда через воздушный лопаточный завихритель 4, и истекает через диффузор 21 в камеру сгорания. Перемешивание топливно-воздушной аэрозоли с воздухом и горение смеси происходит под действием звуковых колебаний, что приводит к интенсивному перемешиванию компонентов, быстрому выгоранию топлива с высокой полнотой завершения химических процессов, а участие воды в процессе горения приводит к экономии топливного газа и снижению вредных выбросов в атмосферу.

1. Вихревая газовая горелка, содержащая трубопровод подвода газообразного топлива с коаксиально расположенным за его выходом цилиндрическим смесителем топлива и воздуха с воздушным лопаточным завихрителем на входе в смеситель, отличающаяся тем, что внутри трубопровода подвода газообразного топлива перед его выходом вдоль продольной оси размещен выходной участок трубки подвода воды с завихрителем воды, а за срезом трубки подвода воды образован цилиндрический смеситель газообразного топлива и воды с топливным лопаточным завихрителем перед его входом.

2. Вихревая горелка по п.1, отличающаяся тем, что завихритель воды выполнен в виде шнека, размещенного внутри выходного участка трубки подвода воды.

3. Вихревая горелка по п.1, отличающаяся тем, что завихритель воды выполнен в виде каналов в лопатках топливного лопаточного завихрителя, выходящих в выходной участок трубки подвода воды, образованный цилиндрической втулкой с закрытым вверх по потоку газа концом, направленных поперек продольной оси горелки по касательной к внутреннему диаметру цилиндрической втулки, при этом входы каналов завихрителя воды сообщены с коллектором подвода воды, размещенным над трубопроводом подвода газообразного топлива.

4. Вихревая горелка по п.1, отличающаяся тем, что направление закрутки воздушного лопаточного завихрителя и завихрителя воды выбрано в одну сторону.

5. Вихревая горелка по п.1, отличающаяся тем, что цилиндрический смеситель топлива и воздуха на выходе снабжен диффузором.