Инжекционная горелка
Изобретение относится к энергетике и энергомашиностроению и может быть использовано для сжигания газообразного топлива в топках печей и котлов и камерах сгорания газотурбинных установок, а также может быть использовано в качестве вспомогательной горелки для различных энергоустановок. Инжекционная горелка содержит центральное конфузорное воздушное сопло и, по меньшей мере, один канал для подвода газообразного топлива, при этом выходное сечение сопла сопряжено с цилиндрической камерой смешения, сопряженной на выходе с диффузором, канал подвода газообразного топлива подключен к цилиндрической камере смешения, причем эффективная площадь выходного сечения канала для подвода газообразного топлива в 17-20 раз меньше эффективной площади выходного сечения центрального конфузорного воздушного сопла, а газообразное топливо подводят в поток воздуха в цилиндрической камере смешения под давлением, составляющим от 0,46 до 0,65 от давления воздуха на входе в воздушное сопло. В результате достигается повышение эффективности работы инжекционной горелки. 1 ил.
Изобретение относится к энергетике и энергомашиностроению и может быть использовано для сжигания газообразного топлива в топках печей и котлов и камерах сгорания газотурбинных установок, а также может быть использовано в качестве вспомогательной горелки для различных энергоустановок.
Известна газовая горелка, содержащая камеру смешения, на входе в которую установлены газоподающий патрубок и воздушный короб с подводящим патрубком и регулятором давления, в которой для обеспечения заданного массового соотношения расходов воздуха и топлива, на входе в камеру смешения дополнительно установлен регулировочный диск, а задняя стенка короба выполнена откидной и снабжена приводным механизмом (см. авторское свидетельство SU №1052785, кл. F23D 13/38, 07.11.1983).
Однако данная горелка имеет подвижные приводные механизмы, что усложняет конструкцию и, как следствие, снижает надежность работы горелки.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является инжекционная горелка, содержащая центральное конфузорное воздушное сопло и, по меньшей мере, один канал для подвода газообразного топлива (см. опубликованную заявку US №2007/0108319, кл. В05В 1/14, 17.05.2007).
Данная инжекционная горелка имеет сравнительно низкую эффективность, что связано с тем, что по существу отсутствует камера смешения что не позволяет создать газовоздушную смесь с оптимальным соотношением воздуха и газообразного топлива.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание оптимальных условий для смешения воздуха и газообразного топлива до момента поджига газовоздушной смеси.
Технический результат заключается в том, что достигается повышение эффективности работы инжекционной горелки при избытке воздуха с одновременным упрощением конструкции, повышением надежности работы и обеспечением заданного массового соотношения расходов топлива и воздуха.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что инжекционная горелка содержит центральное конфузорное воздушное сопло и, по меньшей мере, один канал для подвода газообразного топлива, при этом выходное сечение сопла сопряжено с цилиндрической камерой смешения, сопряженной на выходе с диффузором, канал подвода газообразного топлива подключен к цилиндрической камере смешения, причем эффективная площадь выходного сечения канала для подвода газообразного топлива в 17-20 раз меньше эффективной площади выходного сечения центрального конфузорного воздушного сопла, а газообразное топливо подводят в поток воздуха в цилиндрической камере смешения под давлением, составляющим от 0,46 до 0,65 от давления воздуха на входе в воздушное сопло.
В ходе проведенных исследований было выявлено, что в сопле, за счет выполнения его конфузорным или другими словами сужающимся по ходу потока воздуха, представляется возможным проводить ускорение потока воздуха и за счет этого снижать его статическое давление. В результате статическое давление воздуха оказывается ниже давления подаваемого газа, что позволяет вводить газ как пассивный агент и создать условия для смешения воздуха с природным газом с образованием топливной смеси, которая затем поступает в диффузор, где скорость смеси снижается и может быть произведен поджиг смеси, причем наибольшей эффективности работы горелки удалось добиться при условии, что эффективная площадь выходного сечения канала для подвода газообразного топлива в 17-20 раз меньше эффективной площади выходного сечения центрального конфузорного воздушного сопла, а газообразное топливо подводят в поток воздуха в цилиндрической камере смешения под давлением, составляющим от 0,46 до 0,65 от давления воздуха на входе в воздушное сопло.
На чертеже схематически показан продольный разрез инжекционной горелки.
Инжекционная горелка содержит центральное конфузорное воздушное сопло 1 и, по меньшей мере, один канал 2 для подвода газообразного топлива. Выходное сечение сопла 1 сопряжено с цилиндрической камерой смешения 3, сопряженной на выходе с диффузором 4. Канал 2 подвода газообразного топлива подключен к цилиндрической камере смешения 3. Эффективная площадь выходного сечения канала 2 для подвода газообразного топлива в 17-20 раз меньше эффективной площади выходного сечения центрального конфузорного воздушного сопла 1. Газообразное топливо подводят в поток воздуха в цилиндрической камере смешения 3 под давлением, составляющим от 0,46 до 0,60 от давления воздуха на входе в воздушное сопло 1.
Воздух давлением 2.5-3.0 ата подается в качестве активного агента в конфузорное воздушное сопло 1, в котором согласно законам газодинамики происходит ускорение потока воздуха и снижение его статического давления. В результате на выходе сопла 1 в цилиндрической камере смешения 3 статическое давление воздуха становится ниже давления, подаваемого по каналу 2 газообразного топлива, и последний вводится в цилиндрическую камеру смешения 3 как пассивный агент. В цилиндрической камере смешения 3 происходит смешение воздуха с газообразным топливом, например природным газом, с образованием топливной смеси, которая затем поступает в диффузор 4, в котором скорость топливной смеси снижается и может быть произведен поджиг топливной смеси, например, при помощи (на чертеже не показано) искрового зажигательного устройства (свеча).
Как результат, ввод газообразного топлива в воздушный поток не нарушит практически газодинамический режим течения. Если давление газообразного топлива составляет 1,15-1.5 ата (сетевой газ низкого давления), то для работы достаточно иметь давление воздуха перед воздушным соплом 1~2.5 ата.
Настоящее изобретение может быть использовано в энергетике и других отраслях промышленности, где необходима утилизация низкопотенциального газообразного топлива.
Инжекционная горелка, содержащая центральное конфузорное воздушное сопло и, по меньшей мере, один канал для подвода газообразного топлива, отличающаяся тем, что выходное сечение сопла сопряжено с цилиндрической камерой смешения, сопряженной на выходе с диффузором, канал подвода газообразного топлива подключен к цилиндрической камере смешения, причем эффективная площадь выходного сечения канала для подвода газообразного топлива в 17-20 раз меньше эффективной площади выходного сечения центрального конфузорного воздушного сопла, а газообразное топливо подводят в поток воздуха в цилиндрической камере смешения под давлением, составляющем от 0,46 до 0,65 давления воздуха на входе в воздушное сопло.
