ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК F23D14/00 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в теплогенераторе-подогревателе, например замкнутой газотурбинной энергоустановки (ЗГТЭУ).

Наиболее близким техническим решением к предложенному является горелочное устройство, содержащее топливную форсунку и лопаточный завихритель, установленный в трубе на коническом стабилизаторе, подключенной к источнику воздуха.

Такая горелка, реализующая, по сути, гомогенную схему сжигания, имеет ограниченный диапазон устойчивой работы, с ней затруднена отработка запуска, так как требуется нахождение места оптимального расположения источника поджигания, а при установке в камере сгорания, например, факельного воспламенителя сбоку от горелочного устройства искривляется основной факел и увеличивается неравномерность поля температур газа на выходе из камеры сгорания.

Целью изобретения является упрощение запуска, расширение диапазона устойчивой работы горелочного устройства.

В известном горелочном устройстве, содержащем топливную форсунку и лопаточный завихритель, установленный в трубе на коническом стабилизаторе, подключенной к источнику воздуха, поставленная цель достигается тем, что горелочное устройство дополнительно содержит инжекционную горелку с выходным завихрителем, расположенную по оси горелочного устройства, подключенную по воздуху на входе к атмосфере, конический стабилизатор выполнен полым, а дополнительный осесимметричный завихритель размещен внутри конического обтекателя.

На чертеже изображен общий вид горелочного устройства.

Горелочное устройство содержит лопаточный завихритель 1, установленный в трубе 2 на коническом стабилизаторе 3, подключенной к источнику 4 воздуха. Горелочное устройство дополнительно содержит инжекционную горелку 5 с газовым соплом 6, смесительной трубкой 7. Инжекционная горелка 5 расположена по оси горелочного устройства, подключена на входе к атмосфере. Конический стабилизатор 3 выполнен полым, причем внутри последнего расположен дополнительный выходной завихритель 8 инжекционной горелки 5. В трубе 2 установлена топливная форсунка 9 с радиальными отверстиями 10. Над завихрителем 8 инжекционной горелки 5 в полости стабилизатора 3 установлен запальник 11.

Горелочное устройство работает следующим образом.

В процессе работы (на стационарном режиме) топливо под давлением поступает в топливную форсунку 9 и через отверстия 10 впрыскивается в смесительную камеру (трубу 2), где на значительной длине происходит смешение топлива с воздухом. Топливовоздушная смесь, дополнительно закрученная в лопаточном завихрителе 1, поступает в зону горения. При этом происходит дополнительное смешение топлива с воздухом. Часть топлива через газовое сопло 6 впрыскивается в смесительную трубку 7, подсасывая воздух из атмосферы. Образованная топливовоздушная смесь закручивается в завихрителе 8, поджигается запальником 11 и сгорает, в основном, в полости конического стабилизатора. Установка завихрителя 8 способствует лучшему перемешиванию (взаимодействию) факелов в зоне горелки. Завихритель 8 является также стабилизатором пламени, исключающим проскок и отрыв пламени от смесительной трубки. При запуске камеры теплогенератора, предшествующем запуску ЗГТЭУ, топливо под давлением подается только в инжекционную горелку, которая обеспечивает инжекцию воздуха в камеру сгорания энергией газовой струи при отключенном вентиляторе (компрессоре) ЗГТЭУ. Топливовоздушная смесь, проходящая внутри инжекционной горелки 5, поджигается запальником 11. При этом установка запальника 11 в полости стабилизатора 3 обеспечивает устойчивое зажигание факела дежурной горелки. Заданное время инжекционная горелка работает одна. При этом происходит начальный прогрев теплоносителя ЗГТЭУ, что облегчает пуск установки, так как время разгона турбины сокращается. Затем осуществляется розжиг основного горелочного устройства путем подачи воздуха от вентилятора и топлива через радиальные отверстия 10 форсунки 9. Воспламенение основного факела происходит от инжекционной горелки устойчиво и без срывов. При этом последняя продолжает работать как дежурная.

Расположение дежурной горелки по центру горелочного устройства не нарушает симметрии поля температур газа на выходе из теплогенератора, исключая тем самым перегрев и прогар стенок пламенной трубы. Особенно это актуально в случае установки горелочного устройства в подогревателе с рубашкой, организующей герметичный канал для теплоносителя, как это имеет место в ЗГТЭУ. Соосная установка завихрителей на выходе из горелочного устройства обеспечивает, как показали испытания, устойчивое горение в широком диапазоне режимов с высокой полнотой сгорания топлива. Кроме того, исключается возможность взрыва при запуске, так как пусковая горелка работает на атмосферном воздухе и на оптимальном соотношении топливовоздушной смеси (за пределами взрывоопасной концентрации).

Использование: в энергетике, например для замкнутых газотурбинных установок. Сущность изобретения: дежурная инжекционная горелка расположена по оси воздухоподающей трубы, подключена по воздуху к атмосфере, конический стабилизатор выполнен полым, а выходной завихритель инжекционной горелки расположен в последнем. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее топливную форсунку и лопаточный завихритель, установленный в воздухоподающей трубе на коническом стабилизаторе, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит инжекционную горелку с выходным завихрителем, расположенную по оси воздухоподающей трубы и подключенную на входе к атмосфере, при этом конический стабилизатор выполнен полым, а выходной завихритель размещен в коническом стабилизаторе. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит запальник, установленный в полом коническом стабилизаторе за выходным завихрителем по ходу потока.