Противоточный горелочный модуль предварительного смешивания

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для формирования и сжигания топливовоздушной смеси в камерах сгорания газотурбинных двигателей. Противоточный горелочный модуль предварительного смешения содержит канал подвода воздуха, канал подачи пилотного газа, отверстия для выхода газа, дополнительно содержит первичную ограниченную камеру смешения. Первичная ограниченная камера смешения спрофилирована в форме диффузорно-конфузорного канала. Первичная ограниченная камера смешения выполнена реверсивной. Противоточный горелочный модуль предварительного смешения имеет вторичную прямоточную полуограниченную камеру смешения с распределенной по ее длине системой подачи топлива. Изобретение обеспечивает возможность управления пространственным положением дефлаграционной волны реакции и реализацию механизмов диффузионно-кинетического сгорания топлива. Имеет высокую степень гомогенизации компонентов топливовоздушной смеси, исключает проскок пламени и позволяет обеспечить возможность динамического управления процессом горения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для формирования и сжигания топливовоздушной смеси в камерах сгорания газотурбинных двигателей.

Известна горелка предварительного смешения RU 22523, 20.11.2001, МПК F23D 14/00, опубл. 10.04.2002 г. предназначенная для камер сгорания газотурбинных двигателей и котлов, использующих газообразное топливо. Горелка с предварительным смешением, содержащая корпус для подвода первичного воздуха, корпус горелки с выходными соплами, выполненными с возможностью подачи газа в поток первичного воздуха, корпус для подвода вторичного воздуха, соосно охватывающий корпус для подвода первичного воздуха, первый завихритель, установленный в межкорпусном пространстве в районе выхода вторичного воздуха в зону горения, при этом корпус горелки смонтирован внутри корпуса для подвода первичного воздуха, соосно с ним, а в образованной кольцевой щели установлен второй завихритель, образующий кольцевой канал с корпусом горелки и имеющий закрутку лопаток противоположную закрутке лопаток первого завихрителя; корпус горелки простерт за границу корпусов подвода воздуха, а на его конце смонтирован стабилизатор горения в виде конуса с центральным отверстием для подачи газа в зону горения.

Недостатком данной конструкции является высокая вероятность проскока пламени в зону предварительного смешения воздуха с топливом.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому устройству является горелка предварительного смешения RU 2551462, МПК F23D 14/02, F23Q 9/00, опубл. 27.05.2015, предназначенная для камер сгорания энергетических газовых турбин. Горелка предварительного смешения с каналом подвода воздуха, по меньшей мере, одним каналом подачи пилотного газа, который содержит, по меньшей мере, одну направленную к каналу подвода воздуха стенку канала и один входящий в канал подвода воздуха выходной конец пилотного газа, с расположенным в канале подвода воздуха против направления потока к выходному концу пилотного газа запальным элементом, стенка канала подачи пилотного газа против направления потока к запальному элементу содержит, по меньшей мере, одно отверстие для выхода газа и причем канал подачи пилотного газа по направлению потока, по меньшей мере, одного отверстия для выхода газа содержит сопротивление потоку и причем сопротивление потоку выполнено путем сужения канала подачи пилотного газа, причем сужение выполнено посредством расположенного на стенке канала направленного вовнутрь выступа, или сужение осуществляется посредством установленной в канал уменьшающей поперечное сечение канала втулки, или сужение выполняется посредством установленного в канал уменьшающего поперечное сечение канала элемента, и, по меньшей мере, один канал подачи пилотного газа выполнен в виде, по меньшей мере, одной трубки пилотного газа, которая проложена в полости горелки и которая выходит из полости в расположенном против направления потока к запальному элементу месте и входит в канал подвода воздуха, причем стенка трубки образует стенку канала, и, по меньшей мере, одно отверстие для выхода газа расположено на входящем в канал подвода воздуха участке трубки пилотного газа.

Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности управления пространственным положением дефлаграционной волны реакции и реализации механизмов диффузионно-кинетического сгорания топлива; низкая степень гомогенизации компонентов топливовоздушной смеси; высокая вероятность проскока пламени и отсутствие возможности динамического управления процессом горения.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности управления пространственным положением дефлаграционной волны реакции; реализация механизмов диффузионно-кинетического сгорания топлива; повышение степени гомогенизации компонентов топливовоздушной смеси; снижение вероятности проскока пламени; обеспечение возможности динамического управления процессом горения.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что противоточный горелочный модуль предварительного смешения, содержащий канал подвода воздуха, канал подачи пилотного газа, отверстия для выхода газа, дополнительно содержит первичную реверсивную ограниченную камеру смешения, спрофилированную в форме диффузорно-конфузорного канала; вторичную прямоточную полуограниченную камеру смешения с распределенной по ее длине системой подачи топлива.

В целях обеспечения возможности управления пространственным положением дефлаграционной волны реакции противоточный горелочный модуль предварительного смешения имеет первичную ограниченную камеру смешения; реализация механизмов диффузионно-кинетического сгорания топлива достигается тем, что первичная ограниченная камера смешения спрофилирована в форме диффузорно-конфузорного канала; для повышения степени гомогенизации компонентов топливовоздушной смеси первичная ограниченная камера смешения выполнена реверсивной; снижение вероятности проскока пламени и обеспечение возможности динамического управления процессом горения достигается тем, что противоточный горелочный модуль предварительного смешения имеет вторичную прямоточную полуограниченную камеру смешения с распределенной по ее длине системой подачи топлива.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез противоточного горелочного модуля предварительного смешения, а на фиг. 2 показано вынесенное сечение.

Противоточный горелочный модуль предварительного смешения содержит канал подвода воздуха 19, канал подачи пилотного газа 3, отверстия для выхода газа 16. Топливная форсунка 1 и тангенциальная форсунка 2 крепятся к первичной ограниченной камере смешения 17, которая спрофилирована в форме диффузорно-конфузорного каналаобразованного диффузорным 11 и конфузорным 4 участками. Канал 6 тангенциальной форсунки 2 ограничен внешним корпусом 5 первичной ограниченной камеры смешения 17. К ней крепится тангенциальное закручивающее устройство 8 имеющее межлопаточные каналы 7 и сопла тангенциальной форсунки 9. Вторичная прямоточная полуограниченная камера смешения 10 содержит аксиальное закручивающее устройство 12, а также внешний 13 и внутренний 14 кожухи, образующие конический кольцевой канал 15. Вторичная прямоточная полуограниченная камера смешения 10 имеет распределенную систему подачи топлива 18, выполненную во внутреннем кожухе 14.

Противоточный горелочный модуль предварительного смешения работает следующим образом. Сжатый воздух от компрессора поступает на вход тангенциального 8 и аксиального 12 закручивающих устройств. При прохождении потока воздуха через межлопаточные каналы 7 в него подается газообразное топливо тангенциальной форсунки 2 через сопла 9, поступающее к ним из канала 6.Образующаяся топливовоздушная смесь нестехиометрического состава (богатая или бедная по коэффициенту избытка воздуха в зависимости от выбранного режима работы) поступает в диффузорный участок 11 диффузорно-конфузорного канала и в виде интенсивно закрученного потока движется в направлении первичной ограниченной камеры смешения 17. Проходя диффузорный участок 11, закрученный поток топливовоздушной смеси расширяется, с образованием развитой зоны обратных токов. Это позволяет стабилизировать пламя при обогащенном топливом составе топливовоздушной смеси по коэффициенту избытка воздуха за счет формирования квазистацианарного тороидального торцевого вихря и подачи части топлива через топливную форсунку 1. В случае формирования топливовоздушной смеси обедненного топливом состава в первичной ограниченной камере смешения 17 ее спрофилированная диффузорно-конфузорная форма обеспечивает газодинамику течения закрученного потока смеси исключающую опасную для конструкции возможность горения в этой области и его организацию на выходе из вторичной прямоточной полу ограниченной камеры смешения 10. Это обеспечивает возможность управления пространственным положением дефлаграционной волны реакции и реализацию механизмов диффузионно-кинетического сгорания топлива. Повышение степени гомогенизации компонентов топливовоздушной смеси дополнительно достигается за счет того, что первичная ограниченная камера смешения 17 выполнена реверсивной. Это приводит к тому, что закрученный поток топливовоздушной смеси дважды перемещается в осевом направлении, вначале от тангенциального закручивающего устройства 8 к топливной форсунке 1, а затем от нее в направлении вторичной прямоточной полуограниченной камеры смешения 10. В ней смесь формируется в результате выдува топливных струй из канала подачи пилотного газа 3 через отверстия 16 в поток воздуха, проходящий через аксиальное закручивающее устройство 12. При этом снижение вероятности проскока пламени достигается тем, что вторичная прямоточная полуограниченная камера смешения 10 содержит распределенную по ее длине систему подачи топлива.

Система работает следующим образом. Через первые два ряда отверстий 16 для выхода газа подается только часть необходимого расхода топлива, и образующаяся топливовоздушная смесь имеет состав по коэффициенту избытка воздуха находящийся вне границ концентрационных пределов воспламенения. Остальная часть топлива подается через третий ряд отверстий 16 в конце вторичной прямоточной полуограниченной камеры смешения 10, обеспечивая переход через бедный концентрационный предел срыва пламени в область устойчивого горения и возможность динамического управления процессом горения. Пространственное разделение зон смешения с предварительной гомогенизацией потоков топливовоздушной смеси нестехиометрического состава подаваемых в каждую из них позволяет регулировать значением максимальной температуры процесса и реализовать малоэмиссионное горение с низким выбросом оксидов азота. Это достигается за счет возможности управлением образования NOx по термическому механизму, а также возможности динамического управления процессом горения за счет перераспределения топливных потоков при сохранении критических значений коэффициентов избытка воздуха для каждой из зон вблизи стехиометрии.

1. Противоточный горелочный модуль предварительного смешения, содержащий канал подвода воздуха, канал подачи пилотного газа, отверстия для выхода газа, отличающийся тем, что дополнительно содержит первичную ограниченную камеру смешения.

2. Противоточный горелочный модуль предварительного смешения по п. 1, отличающийся тем, что первичная ограниченная камера смешения спрофилирована в форме диффузорно-конфузорного канала.

3. Противоточный горелочный модуль предварительного смешения по п. 2, отличающийся тем, что первичная ограниченная камера смешения выполнена реверсивной.

4. Противоточный горелочный модуль предварительного смешения по п. 1, отличающийся тем, что имеет вторичную прямоточную полуограниченную камеру смешения с распределенной по ее длине системой подачи топлива.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к котлу с дымогарными трубами. Котел содержит смесительную камеру, расположенную на камере сгорания и имеющую пространство для смешивания, в котором смешиваются газ сгорания и воздух, и горелку плоскофакельного типа.
Техническое решение относится к теплотехнике, а именно к горелочным устройствам теплотехнических агрегатов. Газовая горелка содержит воздухоподводящий корпус, с торцевой стороны которого установлен газоподающий узел с каналом для осевой подачи газа в камеру смешения, закрепленную на концевой части газоподающего узла, размещенной вдоль продольной оси внутри воздухоподводящего корпуса, причем камера смешения снабжена продольными входными воздушными каналами, а также воздушными каналами, выполненными в стенке камеры смешения рядами в окружном направлении, согласно изобретению внутренняя полость камеры смешения выполнена в виде последовательно размещенных полостей, первая из которых выполнена в форме конфузора, сопряженного с цилиндрическими камерами, диаметр которых превышает диаметр выходного отверстия конфузора, между камерами и на выходе последней цилиндрической камеры размещены кольцевые диафрагмы, а смежные в продольном направлении воздушные каналы выполнены с окружным смещением.

Изобретение относится к области энергетики. Система подачи смеси выполнена с возможностью установки в водонагревателе и подачи горючей смеси в горелку водонагревателя, содержит линию подачи топлива для текучего топлива, линию подачи окислителя для текучего окислителя, смесительную камеру для смешивания топлива и окислителя для образования горючей смеси, выпуск для выпуска горючей смеси из смесительной камеры, первый вентилятор для подачи топлива из соответствующей линии подачи в смесительную камеру и подачи смеси из нее к выпуску, при этом первый вентилятор выполнен с возможностью воздействия непосредственно на топливо, вентилятор содержит камеру для вентилятора, снабженную лопастным колесом, каждая из линии подачи топлива и линии подачи окислителя выходит в открытое пространство в камере для вентилятора, смесительная камера встроена в камеру для вентилятора, выпуск для смеси соединен с камерой для вентилятора.

Система предназначена для получения газообразного топлива и может быть использована на промышленных предприятиях и объектах ЖКХ. Система содержит линию подачи воздуха, содержащую последовательно соединенные между собой трубопроводом в произвольном порядке: первый расходомер, выполненный с возможностью измерения расхода воздуха, и регулирующий клапан, выполненный с возможностью регулирования расхода воздуха в линии подачи воздуха; линию подачи газа, содержащую соединенный трубопроводом с входом эжектора второй расходомер, выполненный с возможностью измерения расхода газа; линию смешения газа и воздуха, содержащую эжектор, выполненный с возможностью получения газовоздушной смеси и соединенный трубопроводами на входе с выходом линии подачи воздуха и выходом линии подачи газа, а на выходе - с выходом системы; обводную линию, содержащую первый редуктор, выполненный с возможностью формирования предварительно установленного давления на выходе обводной линии, соединенный трубопроводами с линией подачи газа между вторым расходомером и входом эжектора и с линией смешения газа и воздуха между эжектором и выходом системы; блок управления, соединенный с первым расходомером, вторым расходомером и регулирующим клапаном и выполненный с возможностью: приема информации о расходе воздуха от первого расходомера, приема информации о расходе газа от второго расходомера, и управления регулирующим клапаном на основании принятой информации таким образом, чтобы при текущем значении расхода газа поддерживать расход воздуха, необходимый для обеспечения предварительно заданного соотношения воздуха и газа в получаемой газовоздушной смеси.

Изобретение касается улучшенного способа изготовления ацетилена и синтез-газа. Предложен способ получения ацетилена и синтез-газа путем частичного окисления углеводородов кислородом, причем исходные газы, в состав которых входит поток, содержащий углеводород, и поток, содержащий кислород, сначала предварительно нагревают по отдельности, затем смешивают в смесительной зоне, а после протекания через блок горелок вызывают их реакцию в камере сгорания, после чего быстро охлаждают.

Изобретение относится к области энергетики. Изобретение касается конструкции горелки для газообразного топлива (в том числе всех его смесей), включающей в себя кожух, который определяет дистальный край для выхода пламени и проксимальный край для подачи газообразного топлива и воздуха; оба края имеют затвор.

Горелка // 2560968
Настоящее изобретение относится к горелочным устройствам с регулируемыми параметрами факела и может быть использовано для сжигания газообразного или жидкого топлива, предварительно переведенного в газообразное состояние, в различных агрегатах. Горелка содержит корпус с расширяющимся участком, топливопровод с расположенным на конце жиклером, сопло, установленное над расширяющимся участком корпуса, и спираль.

Горелка // 2558702
Изобретение относится к области энергетики. Газовая инжекционная горелка содержит стабилизирующий пламя туннель, огнеупорную набивную массу, 13 цилиндрических смесителей, объединенных общей сварной газораспределительной камерой, в каждом смесителе просверлено четыре сопла под углом 24° к их осям, содержит кожух, приваренный к цилиндрической газораспределительной камере, в который набивается огнеупорная набивная масса, литой стабилизирующий пламя туннель для периферийного факела, который надевается на кожух и приваривается по периметру к нему, литой стабилизирующий пламя туннель для центрального факела, причем горелка содержит устройство для регулирования расхода воздуха, кроме того, в цилиндрической газораспределительной камере размещены: в центре центральный смеситель с насадкой, имеющей шестнадцать литых ребер на внутренней поверхности, а на ее периферии двенадцать периферийных смесителей без насадок с литыми ребрами на внутренней поверхности, более того, для крепления горелки к тепловому или плавильному агрегату предусмотрен стальной диск, приваренный к верхней части стабилизирующего пламя туннеля для периферийного факела.

Изобретение относится к энергетическим установкам, производящим пар высоких параметров, получаемый за счет энергии, выделяемой при сгорании природного газа или сжиженного природного газа в кислороде. Смесительная головка метано-кислородного парогенератора содержит струйные форсунки, запальное устройство, корпус и огневое днище.

Изобретение относится к области машиностроения, энергетики, транспорта и к другим областям, где имеют место процессы смешения различных жидкостей и газов, в том числе процессы смесеобразования различных топлив с воздухом и сжигания «бедной» топливовоздушной смеси. Сущность изобретения заключается: в регулировании расхода пилотного топлива независимо от расхода основного топлива из условия минимальной эмиссии оксидов азота с учетом температуры воздуха и температуры «бедной» ТВС; в ограничении скорости подачи пилотного топлива в дополнительную циркуляционную зону МГ не более (5-10) м/с за счет выбора суммарной площади дозирующих выпускных отверстий и последующего диффузионного сжигания пилотного топлива в «дежурном» факеле дополнительной циркуляционной зоны; в использовании пилотного топлива для охлаждения теплонапряженного полого конуса и выходного торца полого конического стабилизатора; в применении в качестве плохообтекаемого тела полого конического стабилизатора с углом при вершине 30°.
Наверх