Камера сгорания теплогенератора для сжигания жидкого топлива



Камера сгорания теплогенератора для сжигания жидкого топлива
Камера сгорания теплогенератора для сжигания жидкого топлива

 


Владельцы патента RU 2350844:

Открытое акционерное общество "Сибирский Агропромышленный Дом" (ОАО "САД") (RU)

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться в различных технологических установках, например, для нагрева воздуха в качестве агента сушки в зерносушилках, для обогрева теплиц и других сельскохозяйственных помещений. Камера сгорания имеет жаровую трубу (1) с отверстиями (2) для подачи воздуха, размещенную во внешнем корпусе (3), кольцевой канал (4) между внешним корпусом (3) и жаровой трубой (1), полый конический завихритель (5) с отверстиями (6), к которым присоединены патрубки (7). Патрубки (7) размещены тангенциально к внутренней поверхности завихрителя (5) под углом к его продольной оси так, что их вторые открытые концы направлены навстречу осевому движению воздуха в кольцевом канале (4). Камера сгорания дополнительно имеет камеру (8) факельного сжигания. Полый конический завихритель (5) выполнен в форме усеченного конуса. Большим основанием он присоединен к входу жаровой трубы (1), а малым - к выходу камеры (8) факельного сжигания. Изобретение повышает степень сжигания жидкого топлива, включая нефть, за счет интенсивного нагрева его тяжелых фракций для надежного их воспламенения, что значительно снижает нагарообразование. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться в различных технологических установках, например, для нагрева воздуха в качестве агента сушки в зерносушилках, для обогрева теплиц и других сельскохозяйственных помещений.

Известна камера сгорания, включающая коаксиальную трубчатую конструкцию, содержащую наружный и внутренний цилиндры. Внутренний цилиндр короче наружного, расположен в зоне горения на участке восходящего потока в осевом направлении и образует кольцевую зону, ограниченную собственной стенкой и стенкой наружного цилиндра. В стенке наружного цилиндра, которая охватывает кольцевую часть внутреннего цилиндра, выполнен ряд отверстий, а на расстоянии, не меньшем, чем диаметр этого наружного цилиндра, располагается еще один ряд воздухоподводящих отверстий в направлении вниз по потоку относительно первых воздухопроводящих отверстий (патент США №4173118 F23R 3/34, опубл. 06.11.1979).

Эта камера сгорания сложна конструктивно, дорога в изготовлении, обслуживании и ремонте, поэтому ее конструкция малопригодна для камер сгорания средств малой энергетики в сельском хозяйстве.

Прототипом изобретения является камера сгорания теплогенератора (RU №2301376 С1, опубл. 20.06.2007. Бюл. №17). Она содержит жаровую трубу с отверстиями для подачи воздуха, размещенную во внешнем корпусе, кольцевой канал между внешним корпусом и внутренними элементами, в частности жаровой трубой, полый конический завихритель с отверстиями, к которым присоединены трубчатые стойки (патрубки). Последние размещены тангенциально к внутренней поверхности завихрителя под углом к его продольной оси так, что их вторые открытые концы направлены навстречу осевому движению воздуха в кольцевом канале.

Сжигание в такой камере жидкого топлива, легко разделяющегося на фракции в процессе сгорания, в частности сырой нефти, вызывает повышенное образование нагара в жаровой трубе, особенно на расположенных в ней завихрителе и на его патрубках. Основной причиной этого недостатка камеры-прототипа является неполное воспламенение недостаточно нагретых тяжелых топливных фракций, что приводит к снижению степени сжигания топлива и к повышенному нагарообразованию.

Задача изобретения - повышение степени сжигания топлива и снижение нагарообразования путем повышения интенсивности нагрева и полноты воспламенения тяжелых топливных фракций, даже при использовании в качестве топлива сырой нефти, а также выноса завихрителя с его патрубками из полости жаровой трубы, то есть устранение причин недостатка камеры-прототипа.

Эта задача решена тем, что заявленная камера сгорания теплогенератора для сжигания жидкого топлива, как и ее прототип, имеет жаровую трубу с отверстиями для подачи воздуха, размещенную во внешнем корпусе, кольцевой канал между внешним корпусом и внутренними элементами, в частности жаровой трубой, полый конический завихритель с отверстиями, к которым присоединены патрубки. Эти патрубки размещены тангенциально к внутренней поверхности завихрителя под углом к его продольной оси так, что их вторые открытые концы направлены навстречу осевому движению воздуха в кольцевом канале. Однако в отличие от прототипа она дополнительно имеет камеру факельного сжигания, а полый конический завихритель выполнен в форме усеченного конуса. Большим основанием он присоединен к входу жаровой трубы, а малым - к выходу камеры факельного сжигания. Введение камеры факельного сжигания, указанные форма выполнения и расположение завихрителя, в совокупности с названными известными признаками изобретения, во всех случаях его осуществления, повышает интенсивность нагрева и полноту воспламенения тяжелых топливных фракций, а также вынос завихрителя с его патрубками из полости жаровой трубы. Иначе говоря, названная новая совокупность общих существенных признаков всегда обеспечивает технический результат, указанный в задаче изобретения.

Кроме того, камера факельного сжигания может быть выполнена цилиндрической формы с входным и выходным коническими элементами. Это обеспечивает более полное и равномерное заполнение ее полости горящей топливовоздушной смесью, начиная от горелочного устройства, и создает необходимую скорость потока этой смеси на выходе из камеры, что усиливает технический результат изобретения.

На фиг.1 представлен продольный осевой разрез камеры сгорания, дополненной горелочным устройством и вентилятором (фрагмент); на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - жаровая труба; 2 - отверстия в жаровой трубе для подачи в нее воздуха; 3 - внешний корпус; 4 - кольцевой канал; 5 - полый конический завихритель; 6 - отверстия в завихрителе; 7 - патрубки завихрителя; 8 - камера факельного сжигания; 9, 10 - входной и выходной конические элементы камеры факельного сжигания; 11 - горелочное устройство; 12 - вентилятор; Q1 - горящая топливовоздушная смесь в камере факельного сжигания; Q2 - основной поток воздуха в кольцевом канале; Q3 - закрученный поток горящей топливовоздушной смеси в завихрителе, входящий в жаровую трубу; Q4 - потоки воздуха, поступающие в жаровую трубу для обогащения кислородом интенсивно горящей в ней топливовоздушной смеси.

Заявленная камера сгорания (фиг.1, 2) имеет жаровую трубу 1 с отверстиями 2 для подачи воздуха, размещенную во внешнем корпусе 3, кольцевой канал 4 между внешним корпусом 3 и внутренними элементами, в частности жаровой трубой 1, полый конический завихритель 5 с отверстиями 6, к которым присоединены патрубки 7. Патрубки 7 (фиг.2) размещены тангенциально к внутренней поверхности завихрителя 5 под углом к его продольной оси так (фиг.2), что их вторые открытые концы направлены навстречу осевому движению воздуха Q2 в кольцевом канале 4 (фиг.1). Заявленная камера сгорания всегда имеет камеру 8 факельного сжигания. Причем полый конический завихритель 5 выполнен в форме усеченного конуса. Большим основанием завихритель 5 присоединен к входу жаровой трубы 1, а малым - к выходу камеры 8 факельного сжигания. В данном примере (фиг.1) камера 8 факельного сжигания выполнена в средней части цилиндрической с входным 9 и выходным 10 коническими элементами. В составе теплогенератора камера сгорания (фиг.1) оснащена горелочным устройством 11, в частности распылителем топлива и запальной свечей, и вентилятором 12 для нагнетания воздуха в полость внешнего корпуса 3 камеры сгорания.

Работает камера сгорания теплогенератора (фиг.1, 2) следующим образом.

При включенном вентиляторе 12 жидкое топливо, в частности нефть, под давлением подается в горелочное устройство 11. При запуске горелочного устройства 11 происходит первичное факельное (диффузионное) горение топлива с коэффициентом избытка воздуха α=0,3÷0,4. Через входной элемент 9 горящая топливовоздушная смесь Q1 направляется в цилиндрическую часть камеры 8 факельного сжигания, равномерно заполняя ее полость. В камере 8 происходит разделение топлива на легкие и тяжелые фракции, интенсивный разогрев и начало воспламенения тяжелых топливных фракций за счет высокой температуры сгорания легких фракций. Это и отсутствие внутренних конструктивных элементов в камере 8 факельного сжигания снижает до минимума степень образования нагара в ней. Поток горящей смеси Q1 из камеры 8 через ее выходной конический элемент 10 с увеличенной скоростью поступает в завихритель 5.

Поток воздуха Q2 (фиг.1), создаваемый вентилятором 12, направляется в кольцевой канал 4, подогревается, обтекая камеру 8 факельного сжигания и далее жаровую трубу 1. Часть воздуха Q2 входит в тангенциальные патрубки 7 завихрителя 5, в частности их, для равномерности, шесть (фиг.2). Расположение патрубков 7 открытыми концами навстречу осевому движению воздуха Q2 в кольцевом канале 4 (фиг.1, 2) обеспечивает интенсивный динамический напор на их входах и высокую скорость воздуха в каждом из них. Выходя из тангенциальных патрубков 7 в полость завихрителя 5, струи воздуха Q3 (фиг.1) интенсивно перемешиваются с горящей топливовоздушной смесью, поступающей из камеры 8 факельного сжигания, закручивают ее, двигаясь по расширяющимся коническим спиралям, и обогащают кислородом. Благодаря этому в завихрителе 5 интенсивно перемешиваются продукты факельного сжигания, а именно горящие легкие фракций с разогретыми, начавшими воспламеняться тяжелыми топливными фракциями. Обогащение кислородом и указанное смешение топливных фракций в горящей смеси, поступающей из завихрителя 5 в жаровую трубу 1, обеспечивает в ней эффективное сжигание топливных частиц тяжелых фракций в окружении интенсивно горящих легких фракций топлива. Для интенсификации процесса сжигания топлива в жаровой трубе 1 в нее из кольцевого канала 4 поступает остальная часть воздуха Q2 (фиг.1), проходя через ряды отверстий 2 в виде потоков Q4.

Известными средствами регулируют расход топлива в горелочном устройстве 11 и производительность вентилятора 12. Тем самым устанавливают максимальную температуру в зоне интенсивного горения не выше 1800°С, что многократно снижает вероятность образования окислов азота. В жаровой трубе 1 происходит процесс основного интенсивного сжигания легких и тяжелых фракций топлива при коэффициенте избытка воздуха α=1,5÷2,5. При этом во много раз снижается концентрация NOx, CO и НС в продуктах сгорания, повышается скорость и температура зон горения, обеспечивая высокую полноту сгорания топлива, включая его тяжелые фракции. Поток газовой смеси, разогретый в результате рассмотренного процесса сжигания топлива, выходит из жаровой трубы 1. Далее он смешивается в соответствующем смесителе (не показан) с потоком наружного воздуха, нагревая его до температуры, соответствующей целевому назначению.

Итак, заявленная камера при работе повышает интенсивность нагрева и полноту воспламенения тяжелых топливных фракций, даже при использовании в качестве топлива сырой нефти, что обеспечивает высокую степень сжигания топлива и значительно снижает нагарообразование. Расположение завихрителя с его патрубками 7 вне полости жаровой трубы 1 не только исключает образование нагара на патрубках 7, но и обеспечивает дополнительный технический результат изобретения, то есть позволяет изготавливать эти патрубки из обычной стали.

Экспериментальный образец «Малогабаритной топочной установки МТУ-0,5УМ» с камерой сгорания по изобретению разработан, изготовлен и испытан в ОАО «Сибирский агропромышленный дом» СО РАСХН. Установка МТУ-0,5УМ имеет номинальную мощность 0,5 МВт, тепловую мощность по воздуху 215÷385 Мкал/ч, подачу нагретого воздуха до 18 тыс. м3/ч, степень нагрева воздуха 650°С, расход топлива при работе на сырой нефти 22÷38 кг/ч, степень сжигания топлива 99,5%.

1. Камера сгорания теплогенератора, имеющая жаровую трубу с отверстиями для подачи воздуха, размещенную в корпусе, кольцевой канал между корпусом и жаровой трубой, полый завихритель с отверстиями, к которым присоединены патрубки, размещенные тангенциально к внутренней поверхности завихрителя под углом к его продольной оси так, что их вторые открытые концы направлены навстречу осевому движению воздуха в кольцевом канале, причем камера сгорания дополнительно имеет камеру факельного сжигания, а полый завихритель выполнен в форме усеченного конуса, при этом большим основанием он присоединен к входу жаровой трубы, а малым - к выходу камеры факельного сжигания.

2. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что камера факельного сжигания выполнена цилиндрической формы с входным и выходным коническими элементами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к конструкции низкоэмиссионных камер сгорания стационарных газотурбинных установок. .

Изобретение относится к топливным форсункам с предварительным смешением топлива и воздуха для газотурбинных установок, например двигателей, а также к способам предварительного смешения топлива и воздуха перед сжиганием топлива в камере сгорания.

Изобретение относится к трубчато-кольцевым камерам сгорания газовых турбин энергетических установок, работающих преимущественно на сжатом природном газе с малой концентрацией оксидов азота в отработавших газах турбины.

Изобретение относится к трубчато-кольцевым камерам сгорания газовых турбин энергетических установок, работающих преимущественно на сжатом природном газе с малой концентрацией оксидов азота в отработавших газах турбины.

Изобретение относится к устройствам для подготовки бедной топливовоздушной смеси перед сжиганием в камерах сгорания газотурбинных двигателей (ГТД), работающих в составе наземных газотурбинных установок (ГТУ) различного назначения

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей и касается устройства для впрыска топливовоздушной смеси в камеру сгорания газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей и касается устройства для впрыска топливовоздушной смеси в камеру сгорания газотурбинного двигателя

Изобретение относится к горелке для газотурбинного двигателя

Способ поэтапного изменения подачи топлива при эксплуатации реактора с камерой сгорания с захваченным вихрем, имеющего, по меньшей мере, одну полость с захваченным вихрем, при этом реактор с камерой сгорания с захваченным вихрем дополнительно имеет как входное устройство для предварительного смешивания, которое обеспечивает смешивание топлива и воздуха и ввод воздушно-топливной смеси в основное впускное отверстие реактора с камерой сгорания с захваченным вихрем, так и, по меньшей мере, одно вихревое устройство для предварительного смешивания, которое обеспечивает смешивание топлива и воздуха и ввод воздушно-топливной смеси непосредственно в, по меньшей мере, одну подобную полость с захваченным вихрем в реакторе с камерой сгорания с захваченным вихрем. Входное устройство для предварительного смешивания содержит множество концентрических копланарных кольцевых элементов с аэродинамической формой, расположенных выше по потоку основного впускного отверстия, выровненных в аксиальном направлении в пределах проточного канала. Каждый кольцевой элемент имеет внутренний канал для топлива и дополнительно имеет множество отверстий для впрыска топлива, в результате чего топливо проходит из внутреннего канала во входной поток текучей среды вблизи кольца. Между каждыми двумя кольцевыми элементами образован кольцевой канал. Кольца дополнительно адаптированы, в результате чего отверстия для впрыска топлива ориентированы для впрыска топлива под углом, имеющим абсолютную величину от приблизительно 0о до приблизительно 90о относительно аксиального направления. Множество отверстий для впрыска топлива имеют неодинаковые диаметры, которые имеют разные величины. Каждая из величин выбрана для обеспечения заданного диапазона отношений мгновенных потоков топлива и воздуха. Вихревое устройство для предварительного смешивания содержит отверстия для впуска топлива и для впуска воздуха, камеру, в которой топливо и воздух смешиваются, и отверстие для выпуска воздушно-топливной смеси. Устройство для предварительного смешивания присоединено к реактору с камерой сгорания с захваченным вихрем так, что выпускное отверстие обеспечивает ввод воздушно-топливной смеси непосредственно в реакционную полость с захваченным вихрем, и так, что воздушно-топливная смесь вводится в полость с захваченным вихрем под таким углом, что воздушно-топливная смесь соединяется с потоком вихря приблизительно сонаправленно с вихревым потоком. Способ также включает регулирование частей воздушно-топливной смеси, вводимых через входное устройство для предварительного смешивания, и вихревое устройство для предварительного смешивания, для приспосабливания к отличающимся нагрузкам во время работы реактора с камерой сгорания с захваченным вихрем. Изобретение направлено на обеспечение устройством предварительного смешивания равномерного распределения топлива по площади поперечного сечения впускного отверстия камеры сгорания, получение однородной воздушно-топливной смеси, уменьшение габаритов зоны предварительного смешивания и снизить уровень выбросов вредных веществ. 23 з.п. ф-лы, 15 ил.

Газотурбинная установка содержит компрессор, выполненный с возможностью приема и сжатия рабочей текучей среды, камеру сгорания, турбину. Камера сгорания выполнена с возможностью приема сжатой рабочей текучей среды из компрессора и топлива и с возможностью сжигания смеси сжатой рабочей текучей среды и топлива с образованием выхлопного газа. Турбина имеет первую секцию и вторую секцию и выполнена с возможностью приема выхлопного газа из камеры сгорания и использования его для вращения вала. Между первой и второй секциями турбины расположено кольцевое устройство сгорания для вторичного подогрева, которое содержит лопатку-форсунку для предварительного смешивания, выполненную с возможностью смешивания воздуха и топлива с созданием воздушно-топливной смеси и с возможностью введения этой смеси в выхлопной газ, поступающий из первой секции турбины. Изобретение направлено на повышение кпд установки за счет дополнительного подогрева и предварительного смешивания топлива и воздуха. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил.

Устройство предварительного смешивания в комбинации с реактором с камерой сгорания с захваченным вихрем содержит вихревое устройство предварительного смешивания, соединенное с реактором с камерой сгорания с захваченным вихрем. Реактор с камерой сгорания с захваченным вихрем содержит, по меньшей мере, одну полость с захваченным вихрем, выполненную с такой формой и размерами, что основной поток текучей среды, проходящий через реактор, является достаточным для того, чтобы вызвать циркуляцию вихря в полости с захваченным вихрем независимо от какого-либо потока воздушно-топливной смеси из устройства предварительного смешивания. Устройство предварительного смешивания расположено на реакторе с камерой сгорания с захваченным вихрем так, что указанное выпускное отверстие обеспечивает ввод воздушно-топливной смеси непосредственно в полость с захваченным вихрем, и так, что воздушно-топливная смесь вводится в полость с захваченным вихрем под углом, тангенциальным рециркулирущему потоку. Входное устройство предварительного смешивания имеет множество концентричных, находящихся в одной плоскости, имеющих аэродинамическую форму кольцевых элементов, расположенных перед реактором с камерой сгорания с захваченным вихрем, с осевым выравниванием в пути потока. Каждый кольцевой элемент имеет внутренний канал для топлива и дополнительно содержит множество отверстий для впрыска топлива, так что топливо протекает из внутреннего канала во входной поток текучей среды вблизи. Каждая пара кольцевых элементов образует между собой кольцевой канал. Конический обтекатель расположен непосредственно за входным устройством предварительного смешивания и перед реактором с камерой сгорания с захваченным вихрем и выполнен с возможностью образования сопла и ускорения предварительно смешанной смеси, выходящей из входного устройства предварительного смешивания. Изобретение направлено на усовершенствование устройства для предварительного смешивания топлива и воздуха посредством обеспечения равномерного распределение топлива на входе в камеру сгорания, равномерного получения однородной воздушно-топливной смеси, уменьшения выброса вредных веществ. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 15 ил.

Устройство для предварительного смешивания топлива и воздуха, предназначенное для использования перед впускным отверстием основного канала потока текучей среды системы выделения/преобразования энергии и отделенное от зоны тепловыделения в системе выделения/преобразования энергии, содержит множество концентрических, копланарных, некруглых, кольцевых элементов с аэродинамической формой, множество расположенных в радиальном направлении спицеобразных элементов. Элементы с аэродинамической формой выполнены концентрическими, копланарными, некруглыми, кольцевыми, расположены выше по потоку впускного отверстия, выровнены в аксиальном направлении относительно проточного канала. Каждый кольцевой элемент имеет внутренний канал для топлива и множество отверстий для впрыска топлива. Между каждыми двумя кольцевыми элементами образован кольцевой канал. Отверстия для впрыска топлива ориентированы для впрыска топлива под углом, имеющим абсолютную величину от приблизительно 0 до приблизительно 90 градусов относительно аксиального направления; и имеют неодинаковые диаметры. Каждое отверстие спарено с отверстием другого диаметра на соседнем кольце. Спицеобразные элементы с аэродинамической формой расположены в радиальном направлении, копланарны относительно кольцевых элементов и соединены с этими кольцевыми элементами. По меньшей мере, один из спицеобразных элементов имеет внутренний канал для топлива, который сообщается по текучей среде с внутренними каналами в кольцевых элементах, к которым присоединен спицеобразный элемент. Устройство для предварительного смешивания расположено на полости с захваченным вихрем так, что воздушно-топливная смесь вводится в полость с захваченным вихрем под углом, тангенциальным рециркулирующему потоку в полости, так что воздушно-топливная смесь соединяется с потоком вихря приблизительно сонаправленно с указанным вихревым потоком. Изобретение направлено на обеспечение равномерного распределения топлива по площади поперечного сечения впускного отверстия камеры сгорания, получения однородной воздушно-топливной смеси, стабилизации горения в полости с захваченным вихрем и уменьшения длины зоны предварительного смешивания. 6 н. и 15 з.п. ф-лы, 15 ил.
Наверх