СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА Российский патент 1995 года по МПК F02C7/22 F23R3/34 

Изобретение относится к энергетическому, транспортному и химическому машиностроению и может быть использовано в камерах сгорания газотурбинных установок.

Широко известен способ сжигания топлива путем предварительного разделения потока воздуха на кольцевые струи, закрутки этих струй с последующей подачей закрученных струй воздуха и струй топлива в затопленное ограниченное пространство для образования топливовоздушной смеси и организации циркуляционных зон горения [1].

Недостатком этого способа является высокая токсичность продуктов сгорания (большая концентрация оксидов азота). Это обусловлено недостаточно интенсивным перемешиванием топлива с воздухом, что приводит к образованию длинных факелов и длительному пребыванию продуктов сгорания в зоне высоких температур. Как известно, время пребывания продуктов сгорания в высокотемпературной зоне является одним из важнейших факторов, определяющих количество образующихся оксидов азота.

Известен способ сжигания топлива путем предварительного разделения потока воздуха на две или более кольцевые коаксиальные струи, закрутки соседних струй в противоположные стороны с последующей подачей закрученных струй воздуха и струй топлива в ограниченное затопленное пространство для образования топливовоздушной смеси и организации циркуляционных зон горения [2].

Этот способ отличается весьма высокой интенсивностью процесса смешения топлива с воздухом, очень коротким факелом и небольшим временем пребывания продуктов сгорания в высокотемпературной зоне. Однако уровень концентрации оксидов азота в продуктах сгорания, хотя и существенно ниже, чем в предыдущем способе, но все же остается достаточно высоким. Это объясняется тем, что количество образующихся оксидов азота определяется как временем пребывания в зоне высоких температур, так и величиной этих температур. А температура факела в рассматриваемом способе остается высокой.

Целью настоящего изобретения является снижение токсичности продуктов сгорания.

Поставленная цель достигается тем, что после закрутки струй воздуха ближайшие друг к другу части этих закрученных струй и струи топлива подают в одно или более полуограниченное затопленное пространство для образования переобогащенной топливовоздушной смеси, организации циркуляционных зон горения и частичного сжигания топлива с последующей подачей оставшихся частей закрученных струй воздуха, продуктов сгорания и несгоревшего топлива в ограниченное затопленное пространство для образования бедной топливовоздушной смеси и организации циркуляционных зон горения.

Предлагаемый способ существенно отличается от прототипа тем, что после закрутки струй воздуха ближайшие друг к другу части этих закрученных струй и струи топлива подают в одно или более полуограниченное пространство для образования переобогащенной топливовоздушной смеси, организации циркуляционных зон горения и частичного сжигания топлива. Описанная последовательность процессов позволяет организовать в полуограниченном пространстве частичное сжигание топлива (I стадия сжигания) с недостатком кислорода (коэффициент избытка воздуха ≈0,6-0,8). При горении богатой топливом смеси температура пламени невысока и, следовательно, мала скорость образования оксидов азота на I стадии сжигания.

Предлагаемый способ сжигания существенно отличается также тем, что продукты сгорания и несгоревшее топливо (после завершения I стадии сжигания), а также оставшуюся часть закрученных струй воздуха подают в ограниченное затопленное пространство для образования бедной топливовоздушной смеси и организации циркуляционных зон горения. Эта последовательность процессов позволяет осуществить быстрое смешение продуктов сгорания ("замораживание") несгоревшего топлива с оставшейся частью воздуха и организовать вторую стадию сжигания топлива при значительном избытке воздуха. Горение забалластированной продуктами сгорания бедной топливовоздушной смеси протекает при невысоких температурах и количество образующихся оксидов азота при этом незначительно.

Таким образом, реализация заявляемого способа сжигания позволяет осуществить двухстадийное сжигание с низким результирующим выходом оксидов азота.

Из изложенного следует, что заявляемый способ сжигания существенно отличается от прототипа и соответствует критерию "новизна". При сравнении заявляемого способа не только с прототипом, но и с другими техническим решениями в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа не были выявлены, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 схематично показана последовательность процессов, составляющих предлагаемый способ; на фиг. 2-5 различные стадии способа при расположении наблюдателя навстречу потоку.

Способ сжигания топлива осуществляют следующим образом.

Поток воздуха предварительно разделяют на кольцевые коаксиальные струи (см. фиг. 1, процесс I-II). Соседние струи закручивают в противоположные стороны (см. фиг. 1, процесс II-III). Ближайшие друг к другу части закрученных струй воздуха и струй топлива подают в полуограниченное затопленное пространство для образования переобогащенной топливовоздушной смеси, организации циркулярных зон горения и частичного сжигания топлива (см, фиг. 1, процесс III-IV). Оставшиеся части закрученных струй воздуха, продуктов сгорания и несгоревшего топлива подают в ограниченное затопленное пространство для образования бедной топливовоздушной смеси и организации циркуляционных зон горения (см. фиг. 1, процесс IV-V).

На практике разделение воздушного потока на отдельные кольцевые струи и их закрутку осуществляют с помощью лопаточных завихрителей. Циркуляционные зоны горения организуют с помощью кольцевого стабилизатора горения, представляющего собой плохообтекаемое тело.

Реализация предлагаемого способа позволит снизить содержание оксидов азота в продуктах сгорания ориентировочно в 1,5-2 раза.

Использование: энергетическое, транспортное и химическое машиностроение, в камерах сгорания газотурбинных установок. Сущность изобретения: при сжигании топлива в камере сгорания поток воздуха предварительно разделяют на кольцевые коаксиальные струи. Соседние струи закручивают в противоположные стороны, а ближайшие друг к другу части закрученных струй воздуха и струй топлива подают в полуограниченное затопленное пространство для образования переобогащенной топливовоздушной смеси, организации циркулярных зон горения и частичного сжигания топлива с коэффициентов избытка воздуха 0,6 - 0,8. Оставшиеся части закрученных струй воздуха подают в ограниченное затопленное пространство для образования бедной топливовоздушной смеси и организации циркулярных зон горения. 5 ил.

СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА путем предварительного разделения потока воздуха на коаксиальные кольцевые струи, закрутки соседних струй в противоположных направлениях и подачи их в ограниченное затопленное пространство для образования топливовоздушных струй и циркуляционных зон горения, отличающийся тем, что сжигание топлива осуществляют по меньшей мере в двух затопленных пространствах, разнесенных по ходу потока воздуха, ближайшие одна к другой части соседних закрученных струй направляют сначала в первое по ходу потока воздуха полуограниченное пространство, где осуществляют образование топливовоздушной смеси с коэффициентом избытка воздуха 0,6 - 0,8 и ее неполное сжигание, а затем несгоревшую топливовоздушную смесь, продукты сгорания и оставшиеся части закрученных струй направляют во второе по ходу ограничения пространство, где осуществляют зажигание топливовоздушной смеси.