ПРЯМОТОЧНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2003 года по МПК F22B31/04 F23R7/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано, в частности, в прямоточных котлах. Котел состоит из системы, агрегатов прямоточных котлов, по количеству выбираемых в зависимости от необходимой мощности. Топочные камеры работают в детонационном режиме сгорания топливной смеси. Взрыв пpoисходит в оболочке из корпуса топки и жалюзи. Обеспечивается детонация топлива фронтом детонационной волны по детонационным каналам в направлении открытых клапанов по замкнутому циклу. Пуск котла обеспечивает детонатор, он функционирует до установившегося режима работы всех агрегатов котла.

Известные конструкции прямоточных котлов, предназначенных для получения перегретого пара, представляют собой механизм состоящий из камерной топки и трех по назначению видов поверхностей нагрева: экономайзера, парообразующих экранов и пароперегревателя. Выделение тепла идет за счет химической реакции окисления топлив кислородом воздуха ([1] - прототип).

Данное техническое решение предполагает малый КПД, высокую металлоемкость и низкую надежность котла. Имеет место неполнота сгорания топлива.

Известна тепловая машина, работающая в условиях детонации топливной смеси [2].

Данный поршневой двигатель прост по конструкции и при переводе его в режим декомпрессора может служить детонатором топливной смеси в топочной камере для разжигания котла.

Цель изобретения состоит в создании условий для детонационного сгорания топливной смеси в прямоточном котле, повышения экономичности, мощности, использовании газообразных, жидких и твердых топлив без изменения конструкции котла, доведение до потребителя энергии теплотворной способности топлив и механической энергии детонационной волны.

Это достигается тем, что топочное устройство представляет собой оболочку, в которой топливная смесь детонирует от детонационной волны и вводится система по обеспечению детонационного сгорания топлива.

Технический результат незначительно усложняет конструкцию котла, так как решение задачи идет через распределение энергии взрыва топливной смеси по отдельным агрегатам. Их суммарная мощность определяется на выходе парогазовой смеси как сумма энергетических составляющих пара и детонационной волны.

Сущность изобретения поясняется схемами на фиг.1 - 4.

На фиг. 1 обозначены детонатор 1, котлы 2, топочная камера 3, жалюзи 4, шлаковые летки 5, фильтр 6, сопло 7.

На фиг.2 - выносной элемент I на фиг.1; обозначены питательный насос 8, экономайзер 9, парообразующие экраны 10, пароперегреватель 11.

На фиг.3 - сечение А-А на фиг.1; обозначены впускные клапана 12, выпускные клапана 13, детонационные каналы котлов 14, детонационный канал детонатора 15, впускной клапан детонатора 16.

На фиг.4 обозначены цилиндр 17, выпускной клапан 18 системы высокого давления, амортизатор 19, масляный клапан 20, энергоаккумулятор 21, поршень 22, выпускной клапан 23, воздушный клапан 24, выпускной клапан детонационного канала детонатора 25, клапан топливной смеси 26, масляный клапан 27, клапан системы высокого давления 28, детонационный канал детонатора 15.

Прямоточный котел состоит из отдельных котлов 2 (фиг.1) при любом их взаимном расположении, топочные камеры 3 которых соединены между собой детонационными каналами 14 (фиг.3), обеспечивающие проход детонационной волны в одном направлении по замкнутому циклу за счет клапанов 12, 13.

Топочные камеры 3 оборудуются теми же составляющимися, что и предназначаются для обычного сгорания топлива (горелочные устройства для подачи топлива и воздуха, форсунки для жидкого топлива, воздушные регистры и т.д.) и дополнительно имеют жалюзи 4, шлаковые летки 5 вынесены за пределы топочных камер 3 в горизонтальную часть камеры охлаждения, где идет передача тепла экономайзеру 9, парообразующим экранам 10, пароперегревателю 11 (фиг.2). Газы очищаются от шлака летками 5 и фильтром 6 и проходят с паром, детонационной волной через сопло 7 (фиг.1).

Фиг.4. Детонатор состоит из цилиндра 17, в котором находится поршень 22, соединенный посредством пальца с энергоаккумулятором 21. Герметичность создается головкой с клапанами 24 и 26 и кронштейном с клапанами 18, 28 и закрепленным на нем амортизатором 19. Выход детонационной волны идет по каналу 15, оставшиеся газы выходят через клапан 23.

Система двух и более котлов 2 работает следующим образом. К одному из котлов 2 (фиг.1) подключен детонатор 1, от детонационной волны которого по детонационному каналу детонатора 15 (фиг.3 и 4) в топочную камеру 3 поступает энергия, которая за счет температуры и давления воспламеняет топливную смесь в детонационном режиме. Под воздействием давления от взрыва в топочной камере 3 открываются жалюзи 4. Поступившее тепло в камеру охлаждения идет на нагрев экранных поверхностей. Газы после очистки в шлаковых летках и фильтре 6 поступают в сопло 7.

В момент взрыва топливной смеси открывается выпускной клапан 13 и часть энергии взрыва по детонационному каналу 14 и через впускной клапан 12 поступает в другой котел 2 и детонирует топливную смесь в ее топочной камере 3. Так как топочные камеры 3 всех котлов 2 соединены детонационными каналами 14, то процесс детонации идет по замкнутому циклу.

При пуске прямоточного котла или его работе на низких нагрузках применяется комбинированный режим циркуляции для охлаждения экранных поверхностей нагрева. При этом включается насос рециркуляции среды 8, который прокачивает через экранные трубы зоны охлаждения увеличенный расход воды.

При прогреве детонатор 1 отключается и котлы 2 работают в автоматическом режиме. Насос рециркуляции 8 отключается, перекрывается задвижка на линии рециркуляции и котел переводится на работу по прямоточной схеме. Энергия перегретого пара и детонационная волна от взрыва топлива совместно с отработанными газами поступает потребителю.

Импульс силы парогазовой смеси сглаживается в соплах 7 или в едином для всех котлов 2 сопле. Из-за последовательной работы котлов 2 суммарное усилие носит постоянную величину и зависит от количества и качества топливной смеси.

Недостатком в предложенном механизме работы прямоточного котла является возможность механического повреждения экранных труб детонационной волной. Устраняется это постановкой отражателей для частичного изменения направления потока газов, что положительно скажется и на золоудалении через шлаковые летки 5.

К преимуществам относится значительное увеличение КПД за счет химических факторов взрыва топливной смеси, полного окисления топлива, выделения внутренней энергии молекул, а также действия механической энергии в виде детонационной волны. Отработанные газы экологически чисты. Работа прямоточного котла устойчива при любых режимах. Надежный пуск. Использование существующих технологий, материалов и механизмов служб обеспечения рабочего процесса. Применение газообразных, жидких и твердых топлив без изменений конструкции котла.

Источники информации
1. Резников М.И., Липов Ю.М. Паровые котлы тепловых электростанций. - М. : Энергоиздат, 1981, с. 9-11 - прототип.

2. Патент RU 2107831, кл. F 02 В 71/00, F 03 G 3/00, 1998.

3. Хитрин Л.Н. Физика горения и взрыва. - М., 1957.

Изобретение предназначено для выработки пара и может быть использовано в теплоэнергетике. Прямоточный котел содержит топочную камеру, содержащую горелочное устройство, камеру охлаждения, питательный насос, экономайзер, парообразующие экраны, пароперегреватель, детонатор и дополнительные топочные камеры с горелочными устройствами и камерами охлаждения. Детонатор имеет цилиндр, поршень, энергоаккумулятор, амортизатор, детонационный канал, систему клапанов и установлен в одной из топочных камер. Все топочные камеры содержат жалюзи и клапаны и соединены между собой детонационными каналами, а камеры охлаждения снабжены шлаковыми летками, фильтрами и соплами. Изобретение обеспечивает повышение экономичности и мощности котла. 4 ил.

Прямоточный котел, содержащий топочную камеру, камеру охлаждения, питательный насос, экономайзер, парообразующие экраны, пароперегреватель, отличающийся тем, что он содержит детонатор, имеющий цилиндр, поршень, энергоаккумулятор, амортизатор, детонационный канал, систему клапанов, установленный в упомянутой топочной камере, содержащей горелочное устройство, дополнительные топочные камеры с горелочными устройствами и камерами охлаждения, при этом все топочные камеры содержат жалюзи и клапаны и соединены между собой детонационными каналами, а камеры охлаждения снабжены шлаковыми летками, фильтрами и соплами.