ГОРЕЛКА ИНЖЕКЦИОННАЯ Российский патент 2009 года по МПК F23D14/04 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в зоны горения, преимущественно, камер сгорания газотурбинных и парогазовых установок, а также в промышленных печах и других топливосжигающих устройствах.

Известно устройство, содержащее размещенные центральную топливную форсунку, воздушный канал с осевым завихрителем, при этом воздушный канал выполнен конфузорно-диффузорным (патент RU №2143642 С1, F23R 3/34, опубл. 27.12.1999 г.).

Недостатком данного устройства является сложность конструкции из-за наличия нескольких отдельных каналов подвода топлива и воздуха для получения необходимого соотношения топливовоздушной смеси, а также завихрителей различной модификации. Кроме того, наличие нескольких отдельных каналов подвода топлива усложняет достижение получения зоны стабильного соотношения топливовоздушной смеси и организации зоны горения в широком диапазоне мощностей, что приводит к усложнению процесса смешения компонентов горения.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является инжекционная многосопловая газовая горелка предварительного смешения, содержащая элемент подачи топлива в виде кольцевой топливной камеры, снабженной соплами подачи топлива, расположенными по окружности торцевой поверхности камеры, инжекционную камеру смешения с окнами для подачи воздуха в виде заслонок, по оси инжекционной камеры смешения помещена вставка с образованием между ними инжекционной зоны, при этом вставка снабжена завихрителем топливовоздушной смеси (а.с. СССР №133157 А1, F23D 14/04, заявлено 01.04.1960 г.).

Недостатком данной горелки является необходимость точного определения эксцентриситета и его выполнения при сборке труб, что усложняет конструкцию горелки. В случае невыполнения требуемого эксцентриситета равномерное распределение давления топлива перед соплами не обеспечивается, в результате чего ухудшается процесс смешения компонентов горения и нарушается зона стабильного соотношения топливовоздушной смеси, что приводит к неустойчивой работе горелки, неполноте сгорания топливовоздушной смеси и снижению требуемых экологических характеристик. Кроме того, наличие трех регулируемых каналов подачи воздуха в зону горения также усложняет конструкцию горелки, а следовательно, и настройку на полноту выгорания топлива, что приводит к невозможности сохранения требуемых экологических характеристик.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение устойчивой работы горелки инжекционной в широком диапазоне мощностей при условии сохранения требуемых экологических характеристик, упрощение конструкции горелки.

Для решения поставленной задачи в горелке инжекционной, содержащей элемент подачи топлива, снабженный расположенными по окружности на его торцевой поверхности соплами подачи топлива, инжекционную камеру смешения с окнами для подачи воздуха, по оси инжекционной камеры смешения помещена вставка с образованием между ними инжекционной зоны, при этом вставка снабжена завихрителем топливовоздушной смеси, дополнительно оси сопел расположены под углом к продольной оси горелки и направлены в геометрический центр лопаток завихрителя топливовоздушной смеси, завихрители топливовоздушной смеси и воздушный совмещены и расположены в два яруса друг над другом, при этом лопатки завихрителей выполнены одной деталью.

Расположение осей сопел подачи топлива под углом к продольной оси горелки и направление их в геометрический центр лопаток завихрителя топливовоздушной смеси обеспечивает дополнительное завихрение образовавшейся в инжекционной зоне топливовоздушной смеси, что улучшает ее перемешивание и циркуляцию, в результате чего образуется гомогенная (однородная) смесь по составу, что способствует полноте сгорания топливовоздушной смеси, а значит стабильной и устойчивой работе горелки в широком диапазоне мощностей и приводит к сохранению требуемых экологических характеристик.

Совмещение завихрителей топливовоздушной смеси и воздушного и расположение их в два яруса друг над другом, при котором лопатки завихрителя топливовоздушной смеси являются продолжением лопаток воздушного завихрителя и выполнены одной деталью, значительно упрощает конструкцию горелки. В этом случае перемешивание топливовоздушной смеси и воздуха на лопатках завихрителей происходит одновременно, что способствует получению гомогенной топливовоздушной смеси непосредственно перед поступлением в зону горения.

Прилагаемые чертежи поясняют суть изобретения.

На фиг.1 показан общий вид горелки инжекционной, продольный разрез;

на фиг.2 - вид А на фиг.1, показано, что завихрители топливовоздушной смеси и воздушный совмещены и расположены в два яруса друг над другом, при этом лопатки завихрителей выполнены одной деталью;

на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1, показан наклон сопел под углом к продольной оси горелки, направленный в геометрический центр лопаток завихрителя инжекционной зоны.

Горелка инжекционная содержит элемент подачи топлива в виде топливного насадка 1, в котором выполнены канал 2 подвода топлива и сопла 3 подачи топлива (фиг.1). Топливный насадок 1 по ходу движения топлива снабжен инжекционной камерой смешения 4, образованной фигурным кольцом 5 и расположенной по оси камеры фигурной вставкой 6, создающими конфузор-диффузор с образованием инжекционной зоны 7. Сопла 3 подачи топлива размещены в инжекционной зоне 7 и расположены по окружности топливного насадка 1. На топливном насадке 1 с противоположной стороны подвода топлива установлен корпус 8 с образованием между ними кольцевого канала 9 подвода воздуха. В конце кольцевого канала 9 установлен воздушный лопаточный завихритель 10 для перемешивания воздуха, проходящего через него. В инжекционной камере смешения 4 выполнены окна 11, соединяющие инжекционную зону 7 с кольцевым каналом 9 подвода воздуха. На выходе из инжекционной камеры смешения 4 на фигурной вставке 6 установлен лопаточный завихритель 12 топливовоздушной смеси. Завихритель 12 топливовоздушной смеси служит для перемешивания топлива и воздуха, поступающих в инжекционную зону 7 через сопла 3 и окна 11 соответственно, с получением однородной (гомогенной) топливовоздушной смеси. Оси сопел 3 расположены в инжекционной зоне 7 под углом к продольной оси горелки и направлены в геометрический центр лопаток завихрителя 12 топливовоздушной смеси (фиг.3). Воздушный завихритель 10, расположенный в кольцевом канале 9 подвода воздуха, и завихритель 12 топливовоздушной смеси, расположенный в инжекционной зоне 7, совмещены и размещены в два яруса друг над другом. Лопатки завихрителя 12 топливовоздушной смеси являются продолжением лопаток воздушного завихрителя 10 (фиг.1) и выполнены одной деталью (фиг.2). За завихрителями 10 и 12 образуется зона горения 13 (фиг.1).

Горелка инжекционная работает следующим образом.

Топливо из канала подвода топлива 2 через сопла 3 поступает в инжекционную зону 7 камеры смешения 4. По мере прохождения через зону 7 топливо увлекает за собой часть воздуха через окна 11, поступающего в кольцевой канал 9 подвода воздуха, и смешивается с ним с образованием топливовоздушной смеси. Далее образовавшаяся топливовоздушная смесь проходит через конфузор-диффузор и попадает на лопатки завихрителя 12, где более тщательно перемешивается и проходит в зону горения 13. Количественное соотношение топлива и воздуха обеспечивается конструктивными размерами элементов горелки, в частности окнами 11. Размер окон 11 выполнен таким образом, что через них частично проходит воздух, поступающий в кольцевой канал 9, основная же часть воздуха проходит по каналу 9 на лопатки воздушного завихрителя 10, где закручивается и попадает в зону горения 13. В инжекционной камере смешения 4, снабженной окнами 11, обеспечивается необходимое количественное соотношение топливо/воздух в топливовоздушной смеси. За счет того, что оси сопел 3 расположены под углом к продольной оси горелки и направлены в геометрический центр лопаток завихрителя 12, обеспечивается дополнительное завихрение и циркуляция топливовоздушной смеси, что способствует качественному ее перемешиванию. Тщательно перемешанная топливовоздушная смесь из инжекционной зоны 7 далее поступает в зону горения 13. При попадании образовавшейся топливовоздушной смеси из инжекционной зоны 7 и воздуха из кольцевого канала 9 подвода воздуха в зону горения 13 образуется смесь, которая воспламеняется от внешнего источника (не показан), образуя устойчивый факел.

Таким образом, упрощение конструкции горелки позволяет снизить затраты на ее изготовление и при этом обеспечить устойчивую работу горелки в широком диапазоне мощностей за счет организации зоны стабильного соотношения и улучшения процесса смешения компонентов топливовоздушной смеси, что повышает полноту сжигания смеси и сохраняет требуемые экологические характеристики.

Изобретение относится к энергетике, может быть использовано для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в зоны горения, преимущественно, камер сгорания газотурбинных и парогазовых установок, а также в промышленных печах и других топливосжигающих устройствах, что позволяет упростить конструкцию и обеспечить устойчивую работу горелки при сохранении требуемых экологических характеристик. Горелка содержит топливный насадок (1), канал (2) подвода топлива, сопла (3), инжекционную камеру (4) смешения, завихрители (10) и (12). Топливный насадок (1) по ходу движения топлива заканчивается инжекционной камерой (4) смешения. Камера(4) смешения образована фигурным кольцом (5) и расположенной по оси камеры фигурной вставкой (6), создающими «конфузор-диффузор» с образованием инжекционной зоны (7). На топливный насадок (1) с противоположной стороны подвода топлива установлен корпус (8) с образованием между ними кольцевого канала (9) подвода воздуха. Кольцевой канал (9) подвода воздуха снабжен завихрителем (10). Инжекционная камера (4) смешения снабжена окнами (11) и завихрителем (12) топливовоздушной смеси. Сопла (3) размещены по окружности на торцевой стенке топливного насадка (1). Оси сопел расположены под углом к оси горелки и направлены в геометрический центр лопаток завихрителя (12). Завихрители (10) и (12) расположены в два яруса друг над другом. Лопатки завихрителя (12) являются продолжением лопаток завихрителя (10) и выполнены одной деталью. За завихрителями образована зона горения (13). 3 ил.

Горелка инжекционная, содержащая элемент подачи топлива, снабженный расположенными по окружности на его торцевой поверхности соплами подачи топлива, инжекционную камеру смешения с окнами для подачи воздуха, по оси инжекционной камеры смешения помещена вставка, при этом вставка снабжена лопаточным завихрителем топливовоздушной смеси, оси сопел расположены под углом к продольной оси горелки и направлены в геометрический центр лопаток завихрителя топливовоздушной смеси, завихрители топливовоздушной смеси и воздушный совмещены и расположены в два яруса друг над другом, при этом лопатки завихрителей выполнены одной деталью.