способ сжигания топлива и устройство для его реализации
Классы МПК: | F23C6/04 с последовательным соединением F23R3/42 отличающиеся расположением или формой жаровых труб или камер сгорания |
Автор(ы): | Свердлов Е.Д., Марков Ф.Г., Лошенкова Н.С. |
Патентообладатель(и): | Государственное дочернее предприятие Научно-испытательный центр Центрального института авиационного моторостроения |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-06-15 публикация патента:
20.11.2002 |
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для воспламенения и поддержания горения в камерах сгорания различных энергетических систем газотурбинных установок (ГТУ), газотурбинных двигателей (ГТД), печах, котлах и др. Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в обеспечении низкой теплонапряженности элементов устройства для сжигания топлива путем эффективной закрутки топливовоздушной смеси, транспортировке ее на значительное расстояние от входа устройства сжигания топлива и образовании факела на выходе устройства сжигания топлива. Способ сжигания топлива заключается в создании последовательно размещенных двух зон образования топливовоздушной смеси с недостатком и избытком воздуха путем подвода топлива и воздуха, закрутки потока топливовоздушной смеси в первой зоне, воздух и топливо подают в первую зону, причем часть топлива подают до завихрителя, транспортировку топливовоздушной смеси из первой зоны во вторую обеспечивают путем ее заключения в ограниченное пространство газовода, при этом закрутку потока топливовоздушной смеси в первой зоне осуществляют с интенсивностью S, определяемой по формуле
S = (
2
DП)/2g
104,
где
- угловая скорость закрутки потока,
Dп -диаметр потока топливовоздушной смеси,
g - ускорение свободного падения,
при этом коэффициент избытка воздуха
в первой зоне выбирают в диапазоне
= GB/(Gm
L0) = 0,6-1,5,
где GB - расход воздуха через устройство сжигания топлива,
Gm - общий расход топлива через устройство сжигания топлива,
L0 - стехиометрический коэффициент. При этом соотношение доли топлива, подаваемого до завихрителя G1, к общему расходу топлива Gm составляет величину G1/Gm=1-0. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
S = (
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193079/969.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193008/8226.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193044/8805.gif)
где
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193079/969.gif)
Dп -диаметр потока топливовоздушной смеси,
g - ускорение свободного падения,
при этом коэффициент избытка воздуха
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193022/945.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193022/945.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193008/8226.gif)
где GB - расход воздуха через устройство сжигания топлива,
Gm - общий расход топлива через устройство сжигания топлива,
L0 - стехиометрический коэффициент. При этом соотношение доли топлива, подаваемого до завихрителя G1, к общему расходу топлива Gm составляет величину G1/Gm=1-0. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Формула изобретения
1. Способ сжигания топлива, заключающийся в создании последовательно размещенных двух зон образования топливовоздушной смеси с недостатком и избытком воздуха путем подвода топлива и воздуха, закрутки потока топливовоздушной смеси в первой зоне, отличающийся тем, что воздух и топливо подают в первую зону, причем часть топлива подают до завихрителя, транспортировку топливовоздушной смеси из первой зоны во вторую обеспечивают путем ее заключения в ограниченное пространство газовода, при этом закрутку потока топливовоздушной смеси в первой зоне осуществляют с интенсивностью S, определяемой по формулеS = (
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193079/969.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193008/8226.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193044/8805.gif)
где
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193079/969.gif)
DП - диаметр потока топливовоздушной смеси в первой зоне,
g - ускорение свободного падения,
при этом коэффициент избытка воздуха
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193022/945.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193022/945.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193008/8226.gif)
где Gв - расход воздуха через устройство сжигания топлива,
Gm - общий расход топлива через устройство сжигания топлива,
L0 - стехиометрический коэффициент. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соотношение доли топлива, подаваемого до завихрителя G1, к общему расходу топлива Gm составляет величину G1/Gm= 1-0. 3. Устройство для сжигания топлива, содержащее последовательно соединенные первую и вторую камеры сгорания, узел подачи воздуха, узел подачи топлива и завихритель, подсоединенные со стороны входа первой камеры сгорания, устройство зажигания топливовоздушной смеси, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным узлом подачи топлива, соединенным также с входом первой камеры сгорания, газоводом, расположенным между выходом первой камеры сгорания и входом второй камеры сгорания, выполненным в виде отрезка трубы, при этом диаметр газовода 1 выбирают в диапазоне
dг= (0,3-1,0)DК,
где DК - диаметр первой камеры сгорания, а длину газовода Lг выбирают равной Lг= (0,5-30)dг. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что устройство зажигания топливовоздушной смеси расположено на входе во вторую камеру сгорания. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что газовод выполнен изогнутым, а радиус кривизны Rг выбирают из соотношения Rг/dг
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193044/8805.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для воспламенения и поддержания горения в камерах сгорания различных энергетических систем газотурбинных установок (ГТУ), газотурбинных двигателей (ГТД), печах, котлах и др. Известен способ комбинированного сжигания пылевидного и газообразного топлива [1] путем подачи закрученного воздуха коаксиально потоку топливовоздушной смеси и ввода газообразного топлива отдельными струями под углом к оси потоков топливовоздушной смеси и воздуха. При осуществлении этого способа сжигания топлива снижается недожог топлива. Однако способ [1] требует интенсивного охлаждения элементов конструкции вблизи зоны горения. Известен способ сжигания топлива [2], наиболее близкий к предлагаемому, заключающийся в создании последовательно размещенных двух зон образования топливовоздушной смеси с недостатком и избытком воздуха соответственно путем подвода в последние топлива и воздуха, закрутки потока топливовоздушной смеси в первой зоне, образования факела в ней и направления его во вторую зону посредством рециркуляции продуктов сгорания. При осуществлении этого способа сжигания топлива снижается содержание окислов азота в сравнении с вышеприведенным способом. Однако указанный способ также требует интенсивного охлаждения элементов конструкции как в первой, так и во второй зоне горения. Известно устройство для сжигания топлива [3], которое является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству для сжигания топлива. Устройство содержит последовательно соединенные первую и вторую камеры сгорания, первая камера сгорания выполнена с тангенциальным подводом воздуха, узел подачи топлива, завихритель воздуха, расположенный в первой камере, систему зажигания топливовоздушной смеси. Указанное устройство имеет недостатки, которые обусловлены высокой теплонапряженностью элементов конструкции и высокими теплопотерями в стенки камеры сгорания, и не обеспечивает основных требований к воспламенителям и газогенераторам, воспламеняющим и поддерживающим горение в камерах сгорания и топках. К таким требованиям относится, в частности, удаленность первичной камеры от вторичной (основной камеры сгорания) на значительные расстояния, низкая теплонапряженность элементов конструкции и малые теплопотери в стенки, позволяющие работать воспламенителю и газогенератору без ограничений по времени при отсутствии потерь тепла от процесса горения в элементах конструкции и отсутствии систем охлаждения. Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в обеспечении низкой теплонапряженности элементов устройства для сжигания топлива путем эффективной закрутки топливовоздушной смеси, транспортировке ее на значительное расстояние от входа устройства сжигания топлива и образовании факела на выходе устройства сжигания топлива. Указанная техническая задача решается тем, что в известном способе сжигания топлива, заключающемся в создании последовательно размещенных двух зон образования топливовоздушной смеси с недостатком и избытком воздуха путем подвода топлива и воздуха, закрутки потока в первой зоне, согласно изобретению воздух и топливо подают в первую зону, причем часть топлива подают до завихрителя, транспортировку топливовоздушной смеси из первой зоны во вторую обеспечивают путем ее заключения в ограниченное пространство газовода, при этом закрутку потока топливовоздушной смеси в первой зоне осуществляют с интенсивностью S, определяемой по формулеS = (
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193079/969.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193008/8226.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193044/8805.gif)
где
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193079/969.gif)
DП - диаметр потока топливовоздушной смеси,
g - ускорение свободного падения,
при этом коэффициент избытка воздуха
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193022/945.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193022/945.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193008/8226.gif)
где GВ - расход воздуха через устройство сжигания топлива,
Gm - общий расход топлива через устройство сжигания топлива,
L0 - стехиометрический коэффициент. При этом соотношение доли топлива, подаваемого до завихрителя G1, к общему расходу топлива Gm составляет величину G1/Gm=1-0. Указанная техническая задача решается также тем, что известное устройство для сжигания топлива, содержащее последовательно соединенные первую и вторую камеры сгорания, узел подачи воздуха, узел подачи топлива и завихритель, подсоединенные со стороны входа первой камеры сгорания, устройство зажигания топливовоздушной смеси, согласно изобретению снабжено дополнительным узлом подачи топлива, соединенным также с входом первой камеры сгорания, газоводом, расположенным между выходом первой камеры сгорания и входом второй камеры сгорания, выполненным в виде отрезка трубы, при этом диаметр газовода dг выбирают в диапазоне dг=(0,3-1,0)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193008/8226.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193044/8805.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193022/945.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193022/945.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193022/945.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193044/8804.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193022/945.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193079/969.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193008/8226.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193044/8805.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193079/969.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193079/969.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193008/8226.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193008/8773.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193079/969.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193008/8226.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193008/8773.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193044/8804.gif)
![способ сжигания топлива и устройство для его реализации, патент № 2193139](/images/patents/277/2193008/8226.gif)
1. Авторское свидетельство 1163088. Бюл. 23. 1985. 2. Авторское свидетельство 1768879. Бюл. 38. 1992 (прототип). 3. А. Гупта, Д. Лилли, Н. Сайред. Закрученные потоки. М.: Мир, 1987, с. 292, рис. 4.63 (прототип). 4. Соколик А. С. Воспламенение, горение и детонация в газах. М.: Издательство АН СССР, 1960.
Класс F23C6/04 с последовательным соединением
Класс F23R3/42 отличающиеся расположением или формой жаровых труб или камер сгорания