Камера сгорания с принудительным реверсированием потока

Авторы патента:


Камера сгорания с принудительным реверсированием потока
Камера сгорания с принудительным реверсированием потока

 


Владельцы патента RU 2612694:

ЛИ Яньсинь (CN)

Топочные устройства всех типов, используемые в качестве топлива мазут, газ и угольную пыль, имеют камеру сгорания для стабилизации горения и распределения воздуха. Настоящее изобретение представляет камеру сгорания с принудительным реверсированием потока, которая включает в себя корпус, выполненный в форме полости изогнутой формы, подобной кисти руки с пальцами, согнутыми в сторону ладони и симметрично расположенными относительно ее центра. Камера сгорания также содержит совокупность закручивающих лопаток для подачи воздуха в камеру сгорания, которые расположены на внутренней стороне выхода для пламени. Топливная форсунка расположена в середине внутреннего конца камеры сгорания и встроена во внутреннюю стенку камеры сгорания так, что ее выпуск проходит сквозь внутреннюю стенку. Выходной конец камеры сгорания после смешивания воздуха и топлива является выходом для пламени. Камера сгорания с принудительным реверсированием потока согласно настоящему изобретению обеспечивает решение недостатков известных прямоточных камер сгорания, связанных с плохой стабилизацией горения, низкой скоростью прогорания топлива и плохими экологическими параметрами. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к топочным устройствам, в частности, к камере сгорания с принудительным реверсированием потока.

Уровень техники

Камеры сгорания традиционных топочных устройств, использующих в качестве топлива мазут, газ и угольную пыль, имеют прямоточное распределение воздуха (направление движения воздуха совпадает с направлением пламени), как изображено на Фиг. 1. При этом при протекании вторичного воздуха через наружные стороны закручивающих лопаток (также известных как лопатки завихрителя или диффузионные направляющие) с большой скоростью, перед этими лопатками формируется частичная область отрицательного давления, что приводит к пассивному реверсированию пламени и воспламенению непрерывно впрыскиваемого топлива. Для стабилизации пламени обычно используют около 20% первичного воздуха, чтобы 80% остаточного воздуха во вторичном воздухе смешивалось с топливом на выходе камеры сгорания и обязательно воспламенялось.

Как изображено на Фиг. 1, обычные топочные устройства имеют камеру сгорания (показана позицией 3), в которой боковая стенка имеет дугообразную конструкцию, выступающую наружу, один край камеры сгорания является выходом для пламени, а на противоположной стороне от выхода для пламени в центре внутреннего края камеры сгорания установлена топливная форсунка (показана позицией 2). На противоположных сторонах от топливной форсунки внутри камеры сгорания расположена пара закручивающих лопаток (показаны позицией 5), а на другом конце камеры сгорания расположен горизонтальный воздушный канал, внутри которого имеется воздушный компрессор (показанный позицией 1) для подачи вторичного воздуха (показан позицией 4) в камеру сгорания. При этом выход для воздуха этого компрессора расположен с обратной стороны форсунки.

Недостатками прямого распределения воздуха являются:

1. В случае малых камер сгорания или трудновоспламеняемого топлива с более высокой температурой воспламенения, где пассивный реверс пламени является слабым из-за частичного отрицательного давления, а температуры начальных фаз воздуха и топлива низкие, обычно возникают трудности с зажиганием и быстрой продувкой, что приводит к нестабильности воспламенения.

2. Поскольку первичный воздух имеет малый объем и низкую скорость потока, сгорание топлива, главным образом, происходит за пределами камеры сгорания. Когда топливом является высоковязкое масло или другое трудновоспламеняемое топливо, выгорание топлива, очевидно, будет меньше, что приводит к увеличению энергопотребления и выбросов загрязняющих веществ.

3. В случае больших камер сгорания или легковоспламеняемого топлива, где температура внутри камеры сгорания высока, а температура вторичного воздуха является очень высокой еще до смешивания с топливом, происходит частичная реакция кислорода с азотом, что увеличивает выброс оксидов азота.

Раскрытие изобретения

Ввиду вышесказанного, техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение стабилизации горения, высокой скорости выгорания топлива и хороших характеристик, связанных с защитой окружающей среды.

Для достижения указанного эффекта предложена камера сгорания с принудительным реверсированием потока, которая имеет корпус, выполненный в форме полости, напоминающей по форме пальцы, согнутые в сторону ладони и симметрично расположенные относительно ее центра; а также совокупность закручивающих лопаток для подачи воздуха в камеру сгорания, которые расположены на внутренней стороне на конце камеры сгорания, включая закручивающие лопатки для вторичного воздуха (воздушные отверстия) для радиальной подачи вторичного воздуха в камеру сгорания, расположенные на внутренней стороне выхода для пламени камеры сгорания.

Кроме того, в камере сгорания могут быть предусмотрены закручивающие лопатки для подачи третичного воздуха к области горения, расположенные на внутренней стороне выхода для пламени камеры сгорания.

Кроме того, в середине камеры сгорания расположена топливная форсунка, которая встроена во внутреннюю стенку камеры сгорания и ее выход проходит сквозь эту стенку. При этом выходной конец камеры сгорания после смешивания воздуха и топлива является выходом пламени.

Также на стороне дугообразной полости камеры сгорания в стороне от выхода пламени расположен канал подачи воздуха, внутри которого расположен воздушный компрессор для подачи воздуха в камеру сгорания, и выход этого компрессора находится на противоположной стенке полости камеры сгорания.

Камера сгорания с принудительным реверсированием потока согласно настоящему изобретению включает в себя корпус камеры сгорания, выполненный в форме полости, напоминающей пальцы, согнутые в сторону ладони и симметрично расположенные относительно ее центра. Камера сгорания также содержит совокупность закручивающих лопаток для подачи вторичного воздуха в камеру сгорания, расположенных соответствующим образом на внутренней стороне конца камеры сгорания. В середине камеры сгорания расположена топливная форсунка, которая встроена во внутреннюю стенку камеры сгорания и выход которой проходит сквозь эту стенку. При этом выходной конец камеры сгорания после смешивания воздуха и топлива является выходом пламени. Поскольку используется принудительное реверсирование потока вторичного воздуха, пламя и горячий воздух могут быть принудительно направлены в направлении топливной форсунки для быстрого воспламенения топлива, что обеспечивает решение вышеуказанных проблем, связанных с плохой стабилизацией горения, низкой скоростью прогорания топлива и плохими экологическими параметрами, предоставляя хорошую стабилизацию пламени, высокую скорость прогорания топлива и хорошие характеристики, связанные с защитой окружающей среды от загрязняющих выбросов.

Другие особенности и преимущества изобретения будут представлены в нижеследующем описании и будут очевидны из этого описания или понятны при реализации изобретения.

Представленные варианты воплощения изобретения описаны со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Краткое описание чертежей

Далее для лучшего понимания изобретения представлены сопроводительные чертежи, которые являются частью описания изобретения, связаны с предпочтительными вариантами осуществления изобретения и не являются его ограничением. На сопроводительных чертежах изображено следующее:

На Фиг. 1 изображена схема прямого распределения воздуха в обычной камере сгорания.

На Фиг. 2 представлена схема распределения воздуха в камере сгорания с принудительным реверсированием потока согласно настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

Далее приведены предпочтительные варианты осуществления изобретения; следует понимать, что представленные варианты используются только для пояснения и иллюстрации изобретения и не являются ограничением сущности изобретения.

Обозначения компонентов, представленных на Фиг. 1:

1 - воздушный компрессор; 2 - топливная форсунка; 3 - камера сгорания; 4 - вторичный воздух; 5 - закручивающие лопатки; 6 - пламя.

Обозначения компонентов, представленных на Фиг. 2:

1 - воздушный компрессор; 2 - топливная форсунка; 3 - камера сгорания; 4 - закручивающие лопатки для вторичного воздуха; 5 - закручивающие лопатки для третичного воздуха; 6 - пламя.

На Фиг. 2 представлена камера сгорания с принудительным реверсированием потока согласно настоящему изобретению.

Камера сгорания с принудительным реверсированием потока согласно изобретению включает в себя корпус (показан позицией 3), выполненный в форме полости, которая подобна фигуре, сформированной пальцами, согнутыми в сторону ладони и симметрично расположенными относительно ее центра. Камера сгорания также содержит совокупность закручивающих лопаток для подачи воздуха в камеру сгорания, которые соответствующим образом расположены на внутренней стороне на конце камеры сгорания, включая совокупность закручивающих лопаток (показанных позицией 4) для подачи вторичного воздуха в камеру сгорания, расположенных на внутренней стороне выхода для пламени камеры сгорания, а также совокупность закручивающих лопаток (показанных позицией 5) для подачи третичного воздуха в камеру сгорания, расположенных на внутренней стороне выхода для пламени камеры сгорания. Камера сгорания также содержит топливную форсунку (показанную позицией 2), расположенную в середине камеры сгорания, которая встроена во внутреннюю стенку камеры сгорания так, что выпускной конец проходит сквозь эту стенку. При этом общий выходной конец камеры сгорания и форсунки является выходом для пламени (показанного позицией 6).

В вышеуказанном варианте канал для подачи воздуха расположен на стороне дугообразной полости камеры сгорания в стороне от пламени; воздушный компрессор (1) для подачи воздуха в камеру сгорания расположен внутри воздушного канала, а выход этого компрессора находится на противоположной стенке полости камеры сгорания.

Как изображено на Фиг. 2, в камере сгорания с принудительным реверсированием потока по вышеописанному варианту применяется распределение принудительно реверсированного вторичного воздуха, а также исключены закручивающие лопатки для первичного воздуха, используемые в задней части обычной камеры сгорания, и добавлены закручивающие лопатки для вторичного и третичного воздуха в передней части камеры сгорания. При использовании для распределения воздуха камеры сгорания с принудительным реверсированием потока доля первичного воздуха для предоставления кислорода к центру пламени очень незначительна. Доля радиально реверсированного потока вторичного воздуха больше, он поворачивает обратно при достижении внутреннего конца камеры сгорания для формирования внутреннего закрученного потока, который проходит к выходу пламени. Остаточный воздух выходит тангенциально и вращательно при протекании через закручивающие лопатки для третичного воздуха и эффективно смешивается с внутренним закрученным потоком для обеспечения сгорания топлива. Распределение воздуха в камере сгорания с принудительным реверсированием, по меньшей мере, имеет следующие преимущества:

(1) Обратный закрученный поток вторичного воздуха, огибающий факел пламени, протекает в направлении топливной форсунки. Поскольку температура потока высока, он способен эффективно воспламенять непрерывно подаваемое трудновоспламеняемое (или с высокой температурой воспламенения) топливо, а также, поскольку внутреннее закрученное пламя направлено в обратном направлении на выходе камеры сгорания, стабилизация горения трудновоспламеняемого топлива будет лучше.

(2) Поскольку количество вторичного воздуха велико, его угловая кинетическая энергия может легко внедриться в поток топлива и смешаться с ним, а поскольку топливо впрыскивается в среду высокой температуры, обогащенную кислородом, оно сразу же воспламеняется, что очень важно для поддержания высокой скорости прогорания высоковязкого или трудновоспламеняемого топлива.

(3) Температура вторичного воздуха на выходе закручивающих лопаток мала, причем вторичный воздух непрерывно нагревается при протекании к топливной форсунке, уменьшая температуру внутреннего закрученного пламени, что благоприятно для уменьшения формирования высокотемпературных оксидов азота.

(4) Коэффициент избытка воздуха в камере сгорания контролируется в пределах значения 0,7-0,8, а обедненная кислородом среда хорошо подходит для восстановления оксидов азота в топливе и снижения формирования высокотемпературных оксидов азота.

(5) Закручивающие лопатки третичного воздуха расположены на выходе камеры сгорания для добавления низкотемпературного третичного воздуха, что не только обеспечивает прогорание топлива, но также уменьшает температуру пламени и снижает формирование высокотемпературных оксидов азота.

Выше были представлены предпочтительные варианты осуществления изобретения, которые носят исключительно демонстративный характер и не ограничивают сущность изобретения. Следует понимать, что специалисту в данной области техники будут очевидны возможности для изменения технического решения вышеуказанных вариантов либо для равноправной замены некоторых признаков. Любые изменения, равноправные замены и улучшения могут быть выполнены без отступления от сущности изобретения, и следует понимать, что такие изменения входят в объем притязаний данного изобретения.

1. Камера сгорания с принудительным реверсированием потока, которая содержит: корпус, выполненный в виде дугообразной полости с изогнутой формой, образованной стенками, симметрично согнутыми в сторону центра; совокупность закручивающих лопаток для подачи воздуха внутрь камеры сгорания, соответственно расположенных на внутренней стороне выхода для пламени камеры сгорания, причем совокупность лопаток включает в себя несколько закручивающих лопаток для подачи радиального потока вторичного воздуха в камеру сгорания, расположенные на внутренней стороне конца камеры сгорания, где имеется выход для пламени; топливную форсунку в середине внутреннего конца камеры сгорания, встроенную во внутреннюю стенку камеры сгорания таким образом, что выпуск форсунки проходит сквозь внутреннюю стенку камеры сгорания, где выходной конец камеры сгорания после смешивания воздуха и топлива является выходом для пламени.

2. Камера сгорания по п. 1, в которой совокупность закручивающих лопаток дополнительно включает в себя дополнительные закручивающие лопатки для тангенциальной подачи третичного воздуха к области горения, расположенные на внутренней стороне выхода для пламени камеры сгорания.

3. Камера сгорания по п. 1 или 2, в которой на стороне дугообразной полости камеры сгорания, которая находится на расстоянии от пламени, расположен воздушный канал, внутри которого имеется воздушный компрессор для подачи воздуха в камеру сгорания, а выход воздуха от компрессора находится на противоположной от него стенке дугообразной полости камеры сгорания.



 

Похожие патенты:

Система для подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания содержит топливную форсунку, топочную камеру, проточный рукав, который по окружности охватывает топочную камеру для ограничения кольцевого канала, который окружает жаровую трубу, топливные инжекторы, распределительный коллектор, проход для текучей среды.

Изобретение относится к водяным системам генераторов инертных газов с камерой дожигания, выполненных на базе газотурбинных двигателей и используемых для тушения пожаров в подземных выработках, шахтах, рудниках, туннелях, в жилых и складских помещениях, для дегазации и выпаривания нефтепродуктов из емкостей и нефте- и газопроводов, а также для защиты растений от заморозков.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям. .

Изобретение относится к области энергетики. Устройство для сжигания жидкого топлива содержит удлиненное отделение для сгорания, содержащее боковые стенки, имеющие внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, определяющие радиальную периферию отделения для сгорания, имеющего центральную ось, проходящую от ближнего конца к дальнему концу этого отделения в продольном направлении, при этом дальний конец является открытым, обеспечивая сообщение по текучей среде изнутри отделения для сгорания и наружу этого отделения; средство для создания воздушного потока для обеспечения потока воздуха в направлении от ближнего конца отделения для сгорания к дальнему концу в направлении, параллельном центральной оси этого отделения; топливную форсунку для аэрации жидкого топлива внутри отделения для сгорания; средство для подачи топлива для подачи жидкого топлива в топливную форсунку; средство обеспечения давления для приложения давления к жидкому топливу, поданному через средство для подачи топлива; слой тепловой изоляции, расположенный радиально между центральной осью отделения для сгорания и боковыми стенками отделения, уменьшающий передачу тепла в направлении от центральной оси отделения для сгорания к боковым стенкам; термопоглощающий слой, расположенный радиально между центральной осью отделения для сгорания и изолирующим слоем, обеспечивающий поглощение тепловой энергии, созданной внутри отделения для сгорания, и ее излучение назад в отделение для сгорания в направлении к центральной оси, когда между отделением для сгорания и термопоглощающим слоем достигнуто тепловое равновесие.

Изобретение относится к области энергетики, в частности устройствам топок паровых котлов со встречной компоновкой газомазутных горелок. Топка для сжигания газомазутного топлива включает под, свод, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, выполненной в виде двух обращенных друг к другу большими основаниями усеченных пирамид, и встроенные в стены встречно расположенные горелки.

Изобретение относится к способам газификации твердых видов углеродсодержащего топлива: бурых и каменных углей, сланцев и торфа. При газификации углеродсодержащих твердых видов топлива, включающей нагрев, пиролиз подаваемого в ванну с расплавленным шлаком герметичной электродной электропечи твердого углеродного топлива при пропускании через расплавленный шлак с твердым углеродным топливом газифицирующих агентов, а также пропускании электрического тока с помощью сформированной электрической цепи, включающей электроды, введенный в ванну электропечи и подину электропечи, удаление из рабочего пространства печи синтез-газа, шлака и металлического сплава, через расплавленный шлак с твердым углеродным топливом пропускают трехфазный электрический ток, величина которого определяется в соответствии с расходом твердого топлива и с учетом необходимой мощности, определяемой из выражения: P a = G ⋅ w э л 3600 ,     М В т , где G - расход твердого топлива в электропечи, кг/ч, wэл - удельный расход электроэнергии.

Изобретение относится к устройствам для сжигания жидкого, в том числе водоугольного топлива (ВУТ), в различных котельных установках промышленной теплоэнергетики, жилищно-коммунального хозяйства и других теплогенерирующих системах.

Изобретение относится к системе крепления газовых труб. Система крепления газовой трубы в регуляторе или диффузоре газовой плиты содержит зажим с двойным соединением, центральная часть которого охватывает конец трубы, вставляемый в газовый регулятор или диффузор.

Рекуператор тепла для радиационной трубчатой горелки содержит трубу горелки и выпускную трубу. Горелка установлена на входе трубы горелки.

Изобретение относится к камере сгорания, которая нагревает горючий газ посредством сжигания горючего газа, который испускается из первой трубы через отверстия, которые находятся в пределах расстояния пламегашения в зоне горения внутри второй трубы, и также посредством передачи тепла отработанного газа, который возникает при сгорании горючего газа, к горючему газу посредством первой трубы.

Изобретение относится к горелкам, которые применяются в способах формирования минеральных волокон и в которых вытягивание этих волокон является следствием только лишь течений газовых потоков, производимых упомянутыми горелками.

Изобретение относится к беспламенному бензиновому отопителю. .

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к устройствам топок паровых котлов со встроенной компоновкой газомазутных горелок. Топка для сжигания газомазутного топлива включает под, свод, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, и встроенные в стены встречно расположенные горелки. На расстоянии, равном 0,33 высоты топки от пода, фронтальная, боковые и задняя стены топки выполнены под углом 4-6° с наклоном вовнутрь топки с образованием четырехгранной усеченной пирамиды. Техническим результатом является повышение надежности и срока службы экранных труб топки. 4 ил.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к пылеугольным котлам. Пылеугольный котел содержит вертикальную экранированную топку прямоугольного сечения и установленные в ее верхней части тангенциально направленные горелки и воздушные сопла, нижнее газовое окно, нижний горизонтальный газоход с ширмовым пароперегревателем, холодные воронки в нижней части топки, вертикальные подъемный и опускной газоходы с пакетами пароперегревателя острого и вторичного пара, водяного экономайзера и воздушного подогревателя и снабжен дополнительными вертикальным подъемным и опускным газоходами, подсоединенными к топке котла через дополнительный нижний горизонтальный газоход с ширмовым пароперегревателем, топка снабжена однорядными горелками, а также вышерасположенными соплами вторичного воздуха и нижерасположенными соплами третичного воздуха, которые установлены рассредоточенно по ширине больших стен топки по встречно-смещенной схеме, газовые окна и нижние горизонтальные газоходы с ширмами пароперегревателей размещены напротив друг друга, выше газовых окон расположены аэродинамические выступы малых стен топки, в нижней части топки размещены четырехскатные холодные воронки, причем в нижних горизонтальных и подъемных вертикальных газоходах с одной стороны котла установлены ширмы и пакеты острого пара, а с противоположной - ширмы и пакеты вторичного пара. Изобретение направлено на устранение повышенного шлакования ширмовых пароперегревателей и снижение содержания оксидов азота на периферийных участках топки. 1 ил.
Наверх