ГОРЕЛКА Российский патент 2003 года по МПК F23D17/00 

Изобретение относится к области сжигания топлива, преимущественно в камерах сгорания газотурбинных установок. Известна горелка (Смирнов А.А. Снижение вредных выбросов в камерах сгорания мощных энергетических ГТУ на базе расчетных и экспериментальных исследований. Автореферат на соискание ученой степени к.т.н. УДК 621.438, Санкт-Петербург, 2000, стр. 12, рис. 1), содержащая лопаточный завихритель зоны предварительного смешения, лопаточный завихритель диффузионной зоны, трубки раздачи основного газа в зону предварительного смешения и форсунку жидкого топлива, установленную по оси горелки. Раздача дежурного газа осуществляется через выходные отверстия, расположенные в пределах межлопаточных каналов центрального завихрителя.

Недостатками устройства являются необходимость двухканального подвода газообразного топлива к горелке и связанное с этим усложнение конструкции горелки, включающее размещение трубок раздачи основного газа в зону предварительного смешения и дополнительного лопаточного завихрителя предварительного смешения.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является горелка (патент РФ 2012839, опубл. 15.05.94), содержащая центральный завихритель воздуха с лопатками, сообщающийся с каналом подвода топлива, центральный газораздающий насадок с отверстиями, размещенными между лопатками центрального завихрителя воздуха, форсунку жидкого топлива, установленную по оси горелки, наружный кольцевой газораздающий коллектор с газораздающими отверстиями и наружный конический завихритель воздуха, расположенный между центральным завихрителем воздуха и наружным кольцевым газораздающим коллектором. Получение требуемых экологических характеристик, полноты выгорания и достаточной стабилизации факела на всех нагрузках в рассматриваемой горелке достигается при оптимальном избытке воздуха с помощью организации предварительного смесеобразования топлива с воздухом и создания двух зон окисления топлива.

Недостатком такой горелки является необходимость двухканального подвода газообразного топлива к горелке и связанное с этим усложнение конструкции горелки и системы топливоподачи.

Предлагаемым изобретением решается задача упрощения конструкции горелки при сохранении требуемых экологических характеристик, полноты выгорания и достаточной стабилизации факела на всех нагрузках.

Это достигается тем, что в горелке, содержащей завихритель воздуха с лопатками и сообщающийся с каналом подвода топлива газораздающий насадок с газораздающими отверстиями, размещенными между лопатками завихрителя воздуха, газораздающий насадок имеет дополнительный ряд газораздающих отверстий, расположенных перед лопатками завихрителя воздуха.

Для улучшения стабилизации факела горелка может быть снабжена пережимом конической или сферической формы, установленным на выходе завихрителя воздуха.

Кроме того, горелка может быть дополнительно снабжена форсункой жидкого топлива, установленной по оси горелки.

По сравнению с прототипом предлагаемая горелка отличается тем, что наличие второго ряда газораздающих отверстий в газораздающем насадке перед лопатками завихрителя воздуха позволят отказаться от наружного кольцевого газораздающего коллектора и наружного лопаточного завихрителя воздуха и производить подвод топлива к горелочному устройству по одному каналу, осуществляя предварительное смесеобразование топлива с воздухом и сжигание топливовоздушной смеси при оптимальном избытке кислорода в одной обедненной зоне окисления с сохранением экологических характеристик, полноты выгорания и достаточной стабилизации факела на всех нагрузках. Конструкция горелки при этом значительно упрощается.

Прилагаемый чертеж поясняет суть заявляемого технического решения.

На чертеже изображена горелка, продольный разрез.

Горелка состоит из завихрителя воздуха 1 с лопатками, канала подвода топлива 2, газораздающего насадка 3, снабженного двумя рядами расположенных в окружном направлении газораздающих отверстий. Первый ряд газораздающих отверстий 4 размещается перед лопатками завихрителя воздуха 1, второй ряд газораздающих отверстий 5 размещается между лопатками завихрителя воздуха 1.

В данном примере на выходе завихрителя воздуха 1 установлен пережим 6 конической формы.

Горелка может содержать форсунку 7 жидкого топлива, установленную по оси горелки.

Горелка работает следующим образом.

Подача и закрутка воздуха происходит при помощи завихрителя воздуха 1. Газообразное топливо по каналу подвода топлива 2 распределяется через два ряда газораздающих отверстий 4 и 5 на газораздающем насадке 3.

При этом на пусковых режимах топливо, истекающее через газораздающие отверстия 5, расположенные между лопатками завихрителя воздуха 1, не успевает смешиваться с газовоздушной смесью, образовывающейся при смешении топлива, истекающего из газораздающих отверстий 4, расположенных на некотором расстоянии от лопаток завихрителя воздуха 1 (выше по потоку). Возникающая таким образом неоднородность топливо-воздушной смеси приводит к образованию в зоне окисления локальных богатых топливом областей и областей, в которых воздух и топливо находятся в стехиометрическом соотношении. Воспламенение газовоздушной смеси осуществляется от внешнего источника. Высокая устойчивость работы горелки на пусковых и переходных режимах обеспечивается вследствие низкой скорости смешения воздуха и топлива. По мере роста нагрузки на основных режимах работы увеличивается расход и, соответственно, скорость топливного газа через газораздающие отверстия 4 и 5 газораздающего насадка 3. При этом увеличивается скорость смешивания топлива с воздухом и образуется практически однородная смесь, которая, проходя через завихритель воздуха 1, попадает в зону окисления. Обеспечение экологических характеристик и полноты выгорания топлива на основных режимах работы достигается в одной зоне окисления за счет более совершенного перемешивания топлива с воздухом. При этом размеры и количество газораздающих отверстий 4 и 5, их расположение относительно друг друга и относительно завихрителя воздуха 1 выбираются в ходе натурных огневых испытаний для каждой камеры сгорания индивидуально (в зависимости от геометрических размеров, параметров (давление, температура) воздуха и топлива, вида топлива и т.д.), таким образом, чтобы топливовоздушная смесь становилась однородной не раньше, чем коэффициент избытка воздуха в зоне окисления снизится до такого значения, при котором возможно устойчивое горение однородной топливо-воздушной смеси.

Наличие конического пережима 6 обеспечивает повышение устойчивости работы горелки на всех нагрузках.

Натурные огневые испытания предлагаемой горелки показали сохранение экологических характеристик, полноты выгорания и достаточной стабилизации факела на всех нагрузках. Конструкция горелки при этом значительно упростилась.

Изобретение относится к области сжигания топлива, преимущественно в камерах сгорания газотурбинных установок. Горелка содержит завихритель воздуха с лопатками и сообщающийся с каналом подвода топлива газораздающий насадок с газораздающими отверстиями, размещенными между лопатками завихрителя воздуха, и дополнительный ряд газораздающих отверстий, расположенных перед лопатками завихрителя воздуха, что обеспечивает высокие экологические характеристики, полноту выгорания и достаточную стабилизацию факела на всех нагрузках. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Горелка, содержащая лопаточный завихритель воздуха и сообщающийся с каналом подвода топлива газораздающий насадок с газораздающими отверстиями, размещенными между лопатками завихрителя воздуха, отличающаяся тем, что газораздающий насадок имеет дополнительный ряд газораздающих отверстий, расположенных перед лопатками завихрителя воздуха. 2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена пережимом конической или сферической формы, установленным на выходе лопаточного завихрителя воздуха. 3. Горелка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена форсункой жидкого топлива, установленной по оси горелки.