Устройство для сжигания топлива
Владельцы патента RU 2270402:
Федеральное государственное унитарное дочернее предприятие Научно-испытательный центр Центрального института авиационного моторостроения (ФГУДП НИЦ ЦИАМ) (RU)
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для сжигания топлива в низкоэмиссионных камерах сгорания (НКС) различных энергетических систем: газотурбинных установок (ГТУ), газотурбинных двигателей (ГТД), печах, котлах и др. Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в снижении эмиссионных характеристик при реализации двухтопливной (на жидком и газообразном топливе) схемы сжигания топлива, а также в изменении и упрощении конструкции фронтового устройства смесителя без ухудшения основных характеристик работы НКС. Указанная техническая задача решается тем, что устройство для сжигания топлива снабжено первым и вторым коллекторами подачи жидкого топлива, соединенными с первыми и вторыми форсунками подачи жидкого топлива, трубками подачи газообразного топлива, соединенными с первым коллектором, оси которых параллельны оси камеры смешения и расположены на расстоянии от оси камеры смешения, равном 0,7-0,9 радиуса входа подачи воздуха в камеру смешения, конусообразным стабилизатором пламени, передней крышкой камеры смешения, внутри которой расположен первый коллектор газообразного топлива, дополнительным диффузорным участком, который соединен последовательно с диффузорным участком камеры смешения, выход дополнительного диффузорного участка соединен с входом камеры сгорания, выход центральной трубы расположен у входа дополнительного диффузорного участка, конусообразный стабилизатор соединен с выходом центральной трубы, образуя кольцевой канал в дополнительном диффузорном участке камеры смешения, первые форсунки подачи жидкого топлива расположены на центральной трубе у входа диффузорного участка камеры смешения и перпендикулярны ее оси, завихритель расположен у выхода диффузорного участка камеры смешения, вторые форсунки газообразного топлива расположены у выхода стабилизатора и соединены с трубками подачи газообразного топлива, коаксиально расположенными в центральной трубе, вторые форсунки подачи жидкого топлива расположены на оси камеры смешения у выхода стабилизатора. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для сжигания топлива в низкоэмиссионных камерах сгорания различных энергетических систем: газотурбинных установок (ГТУ), газотурбинных двигателей (ГТД), печах, котлах и др.
Известно устройство для сжигания газообразного, жидкого, а также средне- или низкокалорийного топлива (Патент ER №908671 от 14.04.90, "Устройство для сжигания газообразного, жидкого, а также средне- или низкокалорийного топлива", кл. 6 F 23 D 17/00), содержащее камеру смешения, завихритель, вход подачи воздуха в камеру смешения, первый и второй входы подачи газообразного топлива, первый и второй входы подачи жидкого топлива.
Устройство обладает следующими недостатками. Недостаточно хорошее качество смешения газообразного и жидкого топлива с воздухом приводит к значительным уровням пульсаций концентраций горючего и, как следствие, к повышенному уровню эмиссии оксидов азота.
Известно устройство (Патент РФ №2227247 от 28.12.01 "Устройство для сжигания топлива") для сжигания газообразного топлива, наиболее близкое к предлагаемому. Указанное устройство содержит камеру сгорания и камеры смешения, устройство зажигания топливовоздушной смеси, завихритель, центральную трубу камеры смешения, вход подачи воздуха в камеру смешения, первый и второй коллекторы подачи газообразного топлива, соединенные с первыми и вторыми форсунками подачи газообразного топлива, каждая камера смешения расположена коаксиально вокруг центральной трубы, образуя кольцевой канал, состоящий из последовательно расположенных участков конфузорного и диффузорного.
Данная камера имеет лучшие по сравнению с аналогом эмиссионные характеристики Nox≤10 ppm на газообразном топливе.
Указанное устройство имеет следующие недостатки. Не предусмотрена работа низкоэмиссионной камеры сгорания (НКС) на жидком топливе, что ограничивает возможность использования этой камеры в регионах, где нет магистрального природного газа. Сложная форма и конструктивное решение фронтового устройства смесителя ограничивают возможность его изготовления и удорожают конструкцию.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в снижении эмиссионных характеристик при реализации двухтопливной (на жидком и газообразном топливе) схемы сжигания топлива, а также в изменении и упрощении конструкции фронтового устройства смесителя без ухудшения основных характеристик работы НКС.
Указанная техническая задача решается тем, что устройство для сжигания топлива, содержащее камеру сгорания и камеры смешения, устройство зажигания топливовоздушной смеси, завихритель, центральную трубу камеры смешения, вход подачи воздуха в камеру смешения, первый и второй коллекторы подачи газообразного топлива, соединенные с первыми и вторыми форсунками подачи газообразного топлива, каждая камера смешения расположена коаксиально вокруг центральной трубы, образуя кольцевой канал, состоящий из последовательно расположенных участков конфузорного и диффузорного, снабжено первым и вторым коллекторами подачи жидкого топлива, соединенными с первыми и вторыми форсунками подачи жидкого топлива, трубками подачи газообразного топлива, соединеными с первым коллектором, оси которых параллельны оси камеры смешения и расположены на расстоянии от оси камеры смешения, равном 0,7-0,9 радиуса входа подачи воздуха в камеру смешения, конусообразным стабилизатором пламени, передней крышкой камеры смешения, внутри которой расположен первый коллектор газообразного топлива, дополнительным диффузорным участком, который соединен последовательно с дифффузорным участком камеры смешения, выход дополнительного диффузорного участка соединен с входом камеры сгорания, выход центральной трубы расположен у входа дополнительного диффузорного участка, конусообразный стабилизатор соединен с выходом центральной трубы, образуя кольцевой канал в дополнительном диффузорном участке камеры смешения, первые форсунки подачи жидкого топлива расположены на центральной трубе у входа диффузорного участка камеры смешения и перпендикулярны ее оси, завихритель расположен у выхода диффузорного участка камеры смешения, вторые форсунки газообразного топлива расположены у выхода стабилизатора и соединены с трубками подачи газообразного топлива, коаксиально расположенными в центральной трубе, вторые форсунки подачи жидкого топлива расположены на оси камеры смешения у выхода стабилизатора.
Кроме того, устройство дополнительно снабжено пилонами, установленными на передней крышке и центральной трубе камеры смешения, а первые форсунки подачи жидкого топлива установлены на пилонах, при этом оси указанных форсунок расположены перпендикулярно оси камеры смешения.
На фиг.1 схематично представлено предлагаемое устройство для сжигания топлива.
На фиг.2 представлен разрез А-А (фиг.1) устройства для сжигания топлива.
На фиг.3 представлен разрез Б-Б (фиг.1) устройства для сжигания топлива.
На фиг.4 представлено устройство для сжигания топлива с вариантом расположения первых форсунок жидкого топлива на пилонах.
На фиг.5 представлен разрез В-В (фиг.4).
Устройство для сжигания топлива содержит кольцевую или цилиндрическую камеру сгорания 1, корпус камеры смешения 2, переднюю крышку 3 камеры смешения 2, центральную трубу 4, первый коллектор 5 подачи газообразного топлива, трубки 6 подачи газообразного топлива от первого коллектора 5, на которых расположены первые форсунки 7 подачи газообразного топлива, первый коллектор 8 подачи жидкого топлива, первые форсунки 9 подачи жидкого топлива, второй коллектор 10 подачи газообразного топлива, вторые форсунки 11 подачи газообразного топлива, второй коллектор 12 подачи жидкого топлива, вторые форсунки 13 подачи жидкого топлива, конусообразный стабилизатор 14 пламени, устройство 15 зажигания топливовоздушной смеси, пилоны 16, вход 17 подачи воздуха в камеру смешения 2, завихритель 18 топливовоздушной смеси.
Трубки 6 подачи газообразного топлива расположены у входа в камеру смешения 2 на расстоянии от оси, равном 0,7-0,9 радиуса входа подачи воздуха в камеру смешения 2 (фиг.2), оси трубок 6 параллельны оси камеры смешения. Пилоны 16 установлены на передней крышке 3 и центральной трубе 4 камеры смешения 2 (фиг.4, фиг.5). Первые форсунки 9 подачи жидкого топлива установлены на пилонах 16, при этом оси указанных форсунок 9 расположены перпендикулярно оси камеры смешения 2. Первые форсунки 7 газообразного топлива расположены перпендикулярно оси камеры смешения 2.
Вторые форсунки 11 газообразного топлива расположены на торце конусообразного стабилизатора 14 пламени. Первые форсунки 9 подачи жидкого топлива расположены на стенках центральной трубы 4 (фиг.1 и фиг.3) или на пилонах 16 (фиг.4) в узком сечении камеры смешения 2 и направлены перпендикулярно к ее оси. Устройство 15 зажигания топливовоздушной смеси установлено на стенке камеры сгорания вблизи ее начала.
Устройство для сжигания топлива работает следующим образом. Воздух через вход 17 поступает в камеру смешения 2 и далее в камеру сгорания 1. При обтекании воздухом стабилизатора 14 образуется зона рециркуляционного течения, используемая для стабилизации пламени. Газообразное топливо из второго коллектора 10 подается через центральную трубу 4 и вторые форсунки 11 на срезе стабилизатора 14 в зону рециркуляции, где создается топливовоздушная смесь для запуска камеры сгорания 1. После включения устройства зажигания 15 топливовоздушная смесь за стабилизатором 14 загорается, создавая очаг горения в приосевой зоне камеры сгорания 1. Для выхода на режим низкоэмиссионного горения в первый коллектор 5 через трубки 6 форсунки 7 подается газообразное топливо, которое, смешиваясь с воздухом в камере смешения 2, создает гомогенную топливовоздушную смесь, которая проходит через завихритель 18 к началу камеры сгорания 1. Эта топливовоздушная смесь воспламеняется от факела зоны рециркуляции, создавая основной фронт горения. После воспламенения топливовоздушной смеси расход газообразного топлива второго коллектора 10 уменьшается до минимума или отключается полностью, а расход топлива первого коллектора увеличивается до расчетного значения.
При работе на жидком углеводородном топливе запуск камеры сгорания 1 осуществляется с помощью жидкого топлива, подаваемого через второй коллектор 12 и вторые форсунки 13, расположенные у оси стабилизатора 14. После воспламенения топлива создается очаг горения в приосевой зоне камеры сгорания 1. Для выхода на режим низкоэмиссионного горения жидкое углеводородное топливо из первого коллектора 8 и первых форсунок 9 подается в камеру смешения 2, где оно испаряется и смешивается с потоком воздуха, создавая топливовоздушную смесь, которая, попадая в камеру сгорания 1, воспламеняется от факела зоны рециркуляции, создавая основной фронт горения. По мере увеличения расхода жидкого топлива из первого коллектора 8 расход жидкого топлива из второго коллектора 12 сокращается до нуля и камера сгорания 1 выводится на режим низкоэмиссионного горения жидкого топлива.
Эффективность низкоэмиссионной работы камеры сгорания на газообразном топливе достигается за счет эффективного смешения топлива с воздухом и создания гомогенной топливовоздушной смеси.
Эффективная работа камеры сгорания на жидком топливе достигается за счет эффективного испарения и смешения жидкого топлива в камере смешения до попадания в камеру сгорания.
1. Устройство для сжигания топлива, содержащее камеру сгорания и камеры смешения, устройство зажигания топливовоздушной смеси, завихритель, центральную трубу камеры смешения, вход подачи воздуха в камеру смешения, первый и второй коллекторы подачи газообразного топлива, соединенные с первыми и вторыми форсунками подачи газообразного топлива, каждая камера смешения расположена коаксиально вокруг центральной трубы, образуя кольцевой канал, состоящий из последовательно расположенных участков конфузорного и диффузорного, отличающееся тем, что оно снабжено первым и вторым коллекторами подачи жидкого топлива, соединенными с первыми и вторыми форсунками подачи жидкого топлива, трубками подачи газообразного топлива, соединенными с первым коллектором, оси которых параллельны оси камеры смешения и расположены на расстоянии от оси камеры смешения, равном 0,7÷0,9 радиуса входа подачи воздуха в камеру смешения, конусообразным стабилизатором пламени, передней крышкой камеры смешения, внутри которой расположен первый коллектор газообразного топлива, дополнительным диффузорным участком, который соединен последовательно с диффузорным участком камеры смешения, выход дополнительного диффузорного участка соединен с входом камеры сгорания, выход центральной трубы расположен у входа дополнительного диффузорного участка, конусообразный стабилизатор соединен с выходом центральной трубы, образуя кольцевой канал в дополнительном диффузорном участке камеры смешения, первые форсунки подачи жидкого топлива расположены на центральной трубе у входа диффузорного участка камеры смешения и перпендикулярны ее оси, завихритель расположен у выхода диффузорного участка камеры смешения, вторые форсунки газообразного топлива расположены у выхода стабилизатора и соединены с трубками подачи газообразного топлива, коаксиально расположенными в центральной трубе, вторые форсунки подачи жидкого топлива расположены на оси камеры смешения у выхода стабилизатора.
2. Устройство для сжигания топлива по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено пилонами, установленными на передней крышке и центральной трубе камеры смешения.
3. Устройство для сжигания топлива по п.1, отличающееся тем, что первые форсунки подачи жидкого топлива установлены на пилонах, при этом оси указанных форсунок расположены перпендикулярно оси камеры смешения.
