Вихревое горелочное устройство

Авторы патента:

Грибков Александр Михайлович (RU)

Баубек Аскар Апошулы (KZ)

Жумагулов Михаил Григорьевич (KZ)

Глазырин Сергей Александрович (KZ)

Долгов Максим Викторович (KZ)

F23D14/02 - горелки с заранее приготовленной газовой смесью, т.е. горелки в которых газообразное топливо смешивается с воздухом до зоны сгорания

Владельцы патента RU 2769048:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный энергетический университет» (RU)

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности горелочным устройствам для сжигания в них газообразного и жидкого топлива. Вихревое горелочное устройство содержит внешнюю цилиндрическую камеру возгорания топлива, внутреннюю цилиндрическую выходную камеру-сопло, которая установлена внутри внешней цилиндрической камеры возгорания, патрубок тангенциального подвода топлива и патрубок тангенциального подвода воздуха, водяную рубашку системы охлаждения выходной камеры-сопла, паропровод с паровым соплом. Внутренняя цилиндрическая выходная камера-сопло расположена внутри внешней камеры возгорания по всей её длине и снабжена продольными тангенциальными отверстиями или двумя тангенциальными прямоугольными окнами, противоположно установленными относительно оси выходной камеры-сопла для подачи потока внутрь с шириной окна, равной половине радиуса выходной камеры-сопла, и регулируемой длиной, а водяная рубашка наряду с охлаждением выходной камеры-сопла выполняет роль парогенератора и пароперегревателя и соединена посредством паропровода с внешней камерой возгорания топлива. Технический результат – эффективное горение любого, включая непроектные, жидкого или газообразного топлива, обеспечение низкого уровня эмиссии NO_x и СО. 4 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к горелочным устройствам для универсального сжигания в них различных топлив, включая непроектные и некондиционные.

Основными задачами при создании горелочных устройств являются высокая эффективность горения и максимально возможное снижение вредных выбросов. С целью повышения эффективности горения, то есть снижения неполноты сгорания, наиболее распространенный способ это применение вихревого движения в пространстве горения. С целью снижения выбросов окислов азота широко известен способ сжигания органического топлива в условиях паровой газификации углерода топлива с образованием водяного газа (синтез-газа), то есть с впрыском воды или пара в топочное пространство.

Известно горелочное устройство (аналог), использующее для горения жидкого топлива перегретый водяной пар (Пат. 2523591 Российская Федерация. Горелочное устройство. / Вигриянов М.С., Алексеенко С.В., Ануфриев И.С, Шарыпов О.В.; опубл. 20.07.2014, Бюл №20. 6 с.), содержащее цилиндрический корпус, паровую форсунку, вмонтированную в торец корпуса, паропровод, соединенный с паровой форсункой и камеру газогенерации и топливную форсунку. В конструкцию встроен парогенератор, состоящий из бачка испарителя, паросепаратора и трубок пароперегревателя.

Недостатком данной конструкции является то, что парогенератор, включая пароперегреватель, находится в зоне горения и как следствие потребляет часть теплоты, выделяющейся при возгорании пламени, снижая общий температурный уровень пламени.

Известно, что уровень температуры пламени оказывает прямое воздействие на скорость горения и полноту сгорания топлива, то есть позволяет получить более низкое содержание угарного газа в продуктах сгорания.

Наиболее близким техническим решением является горелочное устройство (прототип) (Пат. 2864700 Europian Union. - Device for burning fuel / Baubek Askar, Baubek Nariman.; опубл. 29.04.2015. 12 с.), содержащее внешнюю цилиндрическую камеру предварительного возгорания топлива, внутреннюю цилиндрическую выходную камеру-сопло, которая заглублена во внешнюю цилиндрическую камеру и выступает вовнутрь пространства горения, а также два патрубка, осуществляющие тангенциальную раздельную подачу топлива и воздуха в камеру возгорания топлива. Тангенциальная подача обеспечивает интенсивный вихрь и способствует полноте сгорания топлива. Устройство также содержит водяную рубашку для охлаждения внешней части выходной камеры-сопла, которая перегревается в ходе трения горящей топливно-воздушной смеси о стенку изнутри.

Недостатками такого устройства являются:

- необходимость в потребителе тепловой энергии в виде горячей воды, поступающей из водяной рубашки;

- высокий уровень выбросов оксидов азота из-за наличия локальных высокотемпературных зон;

- уменьшение крутки факела во внутренней трубе за счет трения о стенки и преобразования динамической энергии потока в теплоту, как следствие низкая эффективность горения.

Настоящее изобретение направлено на решение следующих задач: -повышение эффективности сжигания топлива;

- снижение вредных выбросов NO_x и СО.

Поставленная задача решается тем, что в горелочном устройстве, содержащем внешнюю цилиндрическую камеру возгорания топлива, внутреннюю цилиндрическую выходную камеру-сопло, патрубки тангенциального раздельного подвода топлива и воздуха, водяная рубашка системы охлаждения внешней части выходного сопла переводится в режим парогенератора путем подбора расхода воды, а также организация дополнительной, внутренней закрутки факела за счет щелевого тангенциального подвода топливно-воздушной среды во внутреннюю цилиндрическую выходную камеру-сопло. Выходная камера-сопло устанавливается внутри внешней цилиндрической камеры по всей длине и снабжается продольными отверстиями для тангенциального прохода и дробления капель топлива при использовании жидкого топлива. Продольные отверстия обеспечивают дополнительную закрутку топливно-воздушной смеси при входе во внутреннюю выходную камеру-сопло. Получаемый собственный пар подается тангенциально на вход парового сопла, вмонтированного в корпус камеры возгорания. Водяная рубашка совмещает в себе функции охлаждения выходной камеры-сопла и парогенератора.

Второй вариант обеспечения дополнительной закрутки топливно-воздушной смеси при входе во внутреннюю выходную камеру-сопло взамен продольных щелевых отверстий - это два тангенциальных окна прямоугольного сечения, установленных противоположно относительно оси выходной камеры-сопла на входе во внутреннюю часть цилиндрической выходной камеры-сопла. Ширина входных окон равна половине радиуса внутренней цилиндрической выходной камеры.

Предлагаемое изобретение поясняется фигурами 1, 2, 3.

На фигуре 1 изображен вид горелочного устройства с боку (вариант с продольными щелевыми отверстиями).

На фигуре 2 изображен вид горелочного устройства с фронта (вариант с продольными щелевыми отверстиями).

На фигуре 3 изображен вид горелочного устройства с боку (вариант с двумя окнами).

На фигуре 4 изображен вид горелочного устройства с фронта (вариант с двумя окнами).

Горелочное устройство состоит из внешней цилиндрической камеры возгорания топлива 1, внутренней цилиндрической выходной камеры-сопла 2, которая установлена внутри внешней цилиндрической камеры 1 по всей длине, патрубка тангенциального подвода топлива 3 и патрубка тангенциального подвода воздуха 4, водяной рубашки 5 системы охлаждения выходной камеры-сопла 2, которая является одновременно парогенератором, паропровода 6 и парового сопла 8.

Внутренняя выходная камера-сопло снабжена продольными отверстиями 7 (фигуры 1, 2) для тангенциального направления потока внутрь и дополнительной внутренней закрутки факела, а также для недопуска крупных капель в активную зону горения и/или их дробления.

Для второго варианта внутренняя выходная камера-сопло снабжена двумя противоположно установленными относительно оси окнами прямоугольного сечения 9 (фигура 3) с шириной входных окон, равной половине радиуса внутренней цилиндрической выходной камеры-сопла. Назначение окон аналогично продольным щелевым отверстиям.

Настоящее изобретение работает следующим образом. Воздух и топливо раздельно подаются во внешнюю цилиндрическую камеру возгорания 1 через патрубок тангенциального подвода топлива 3 и патрубок тангенциального подвода воздуха 4. Внутри цилиндрической камеры 1 происходит образование топливно-воздушной смеси за счет интенсивного вихревого движения внутри камеры возгорания 1, что спровоцировано тангенциальным подводом топлива и воздуха. Также происходит предварительная термическая обработка смеси (испарение жидких фракций, выделение летучих веществ) и возгорание летучих паров топлива. Далее уже горящая топливно-воздушная смесь поступает снова тангенциально во внутреннюю выходную камеру-сопло 2 через продольные отверстия 7 (фигура 2) или входные окна 9 (фигура 4), за счет чего осуществляется дополнительная закрутка потока. Внешняя часть выходной камеры-сопла 2 непосредственно ближе к соплу перегревается за счет излучения от продуктов горения и конвективной передачи тепла при их контакте со стенкой. Для охлаждения выходной камеры в водяную рубашку 5 подается вода, которая, закипая, преобразуется в пар. Далее насыщенный или перегретый пар (возможны оба варианта) по паропроводу 6 подается в паровое сопло 8. Пар поступает в пространство горения, где обеспечивает паровую газификацию и как следствие снижение выбросов оксидов азота. В итоге полезно усваивается теплота от потерь в окружающую среду, а не в пространстве горения.

Вихревое горелочное устройство, содержащее внешнюю цилиндрическую камеру возгорания топлива, внутреннюю цилиндрическую выходную камеру-сопло, которая установлена внутри внешней цилиндрической камеры возгорания, патрубок тангенциального подвода топлива и патрубок тангенциального подвода воздуха, водяную рубашку системы охлаждения выходной камеры-сопла, паропровод с паровым соплом, отличающееся тем, что внутренняя цилиндрическая выходная камера-сопло расположена внутри внешней камеры возгорания по всей ее длине и снабжена продольными тангенциальными отверстиями или двумя тангенциальными прямоугольными окнами, противоположно установленными относительно оси выходной камеры-сопла для подачи потока внутрь с шириной окна, равной половине радиуса выходной камеры-сопла, и регулируемой длиной, а водяная рубашка наряду с охлаждением выходной камеры-сопла выполняет роль парогенератора и пароперегревателя и соединена посредством паропровода с внешней камерой возгорания топлива.

Похожие патенты:

Топливовоздушная форсунка // 2767678

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для сжигания газа в камерах сгорания газотурбинных двигателей. Предложена топливовоздушная форсунка, содержащая корпус 1 завихрителя включающего лопаточный завихритель 3, смесительную втулку 4, корпус форсунки 2, содержащий внутренний канал, уплотнительные кольца 11, дросселирующую шайбу 7, корончатую гайку 10.

Малотоксичная горелка // 2764495

Изобретение относится к области энергетики. Малотоксичная горелка содержит корпус со штоком подвода топлива в основную и дежурную зоны горения, уступ-турбулизатор, расположенный перед аксиальным завихрителем смесителя, в полых лопатках которого имеются отверстия для подачи топлива, центральное тело с каналами для подвода топлива и воздуха в форсунку дежурной зоны.

Энергоэффективное микрофакельное горелочное устройство // 2760607

Изобретение относится к области энергетики. Энергоэффективное микрофакельное горелочное устройство содержит камеру сгорания, состоящую из диффузорного, конфузорного и цилиндрического участков, закручивающее устройство, охлаждающий канал, кожух, воспламенитель.

Горелка с двухслойным вихревым противоточным течением // 2757705

Изобретение относится к устройствам для сжигания газообразного топлива, в частности к вихревым горелкам. Горелка с двухслойным вихревым противоточным течением содержит цилиндрический корпус горелки и коаксиально установленные в него жаровую трубу и сопло, в которой между корпусом горелки и жаровой трубой имеется воздушный канал, жаровая труба имеет переднюю стенку, на которой расположено входное окно, и заднюю стенку, на которой расположено сопло, на корпусе горелки установлено устройство подачи топлива во входное окно, а в воздушном канале у входного окна имеется завихритель.

Горелочное устройство // 2751683

Изобретение относится к области энергетики. Горелочное устройство содержит открытый сверху корпус, в котором перпендикулярно его оси с открытым радиальным зазором установлен торообразный коллектор, выполненный с возможностью подключения к системе подачи газообразного топлива.

Газовая горелка полного предварительного смешивания с изменяемыми диапазонами модуляции // 2749114

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройству газовых горелок предварительного смешивания горючих газов. Газовая модуляционная горелка полного предварительного смешивания содержит цилиндрический корпус, заглушенный с одной стороны и прикрепленный к фланцу корпуса другой стороной, образующая поверхность корпуса горелки выполнена с отверстиями для выхода газообразной смеси топлива.

Горелочное устройство камеры сгорания гтд // 2746347

Изобретение относится к горелочным устройствам камер сгорания газотурбинных двигателей, работающих преимущественно на газообразном топливе. Горелочное устройство камеры сгорания содержит корпус (1), топливную форсунку (2), закрепленную фланцами (3) к обечайке камеры сгорания, выходной срез форсунки (2) установлен в отверстие корпуса (1), между выходным срезом форсунки и корпусом установлен уплотнительный узел (4).

Скоростная горелка // 2746144

Изобретение относится к теплотехнике, в частности, к устройствам для сжигания газообразного топлива и может быть использовано в системах отопления сушильных, нагревательных, термических печей и других нагревательных устройств. Скоростная горелка содержит цилиндрический корпус с входным воздушным патрубком, примыкающий к цилиндрическому корпусу цилиндро-конический насадок из жаростойкого материала, расположенный внутри цилиндрического корпуса газовый канал, соединенный одной своей стороной с входным газовым патрубком, а на противоположной стороне газового канала обращенной к цилиндро-коническому насадку, его торцевая стенка имеет сопловые отверстия для выхода топливного газа.

Горелка с низким выбросом nox с перфорированной пластинчатой пламенной головкой // 2743686

Изобретение относится к области энергетики. Горелка с низким выбросом NOx с перфорированной пластинчатой пламенной головкой содержит первичную трубу, установленную таким образом, что она выступает внутрь камеры сгорания с обеспечением направления воздуха в камеру сгорания, первичный подающий топливопровод, предназначенный для первичной подачи топлива и расположенный внутри первичной трубы.

Диффузионно-вихревая газовая горелка // 2743106

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для сжигания топлива (газообразного, пылевидного, жидкого или их комбинации) в промышленных печах и в других тепловых агрегатах. Диффузионно-вихревая газовая горелка содержит коллекторы для подвода газа, короб с расположенными в нем горизонтальными или вертикальными разделительными перегородками, образующими щелевые воздушные каналы, разделительные перегородки выполнены полыми в виде обтекаемого тела в поперечном сечении, при этом полости разделительных перегородок соединены с коллекторами для подачи газа, торцевая сторона обтекаемого тела на выходе горелки расположена под углом 90°.

Горелочное устройство // 2777176

Изобретение относится к энергетике. Горелочное устройство включает цилиндрическую камеру сгорания и установленные соосно с ней смесительную трубку с соплом, камеру предварительного смешения топлива и воздуха с лопаточным радиальным завихрителем, камера сгорания снабжена устройством поджига и датчиками давления, связанными с системой автоматического регулирования параметрами процесса горения, посредством ЭВМ. Камера предварительного смешения топлива и воздуха выполнена в виде плоского дискового канала с открытым торцом, образованного между верхним и нижним дисками и связанного через центральное отверстие в верхнем диске со смесительной трубкой и камерой сгорания, а через отверстия в нижнем диске с топливными форсунками, равномерно расположенными по периферии нижнего диска, при этом вдоль открытого торца дискового канала между топливными форсунками на вертикальных осях, установленных между верхним и нижним дисками, расположены управляемые поворотные лопатки завихрителя, причем закрутку потока воздуха, проходящего через открытый торец дискового канала, регулируют поворотом лопаток завихрителя на расчетный угол, в зависимости от показателей датчиков давления в цилиндрической камере сгорания, поступающих на ЭВМ, и посредством управляющей команды с ЭВМ на шаговый двигатель, механически связанный с синхронизирующим кольцом и зубчатыми шестернями, осуществляют поворот лопаток завихрителя. Технический результат - эффективное сжигание топлива и снижение вредных выбросов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.