КАМЕРА СГОРАНИЯ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ РЕВЕРСИРОВАНИЕМ ПОТОКА
COMBUSTION CHAMBER WITH FORCED FLOW REVERSING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к топочным устройствам, в частности, к камере сгорания с принудительным реверсированием потока.
Уровень техники
Камеры сгорания традиционных топочных устройств, использующих в качестве топлива мазут, газ и угольную пыль, имеют прямоточное распределение воздуха (направление движения воздуха совпадает с направлением пламени), как изображено на Фиг. 1. При этом при протекании вторичного воздуха через наружные стороны закручивающих лопаток (также известных как лопатки завихрителя или диффузионные направляющие) с большой скоростью, перед этими лопатками формируется частичная область отрицательного давления, что приводит к пассивному реверсированию пламени и воспламенению непрерывно впрыскиваемого топлива. Для стабилизации пламени обычно используют около 20% первичного воздуха, чтобы 80% остаточного воздуха во вторичном воздухе смешивалось с топливом на выходе камеры сгорания и обязательно воспламенялось.
Как изображено на Фиг. 1, обычные топочные устройства имеют камеру сгорания (показана позицией 3), в которой боковая стенка имеет дугообразную конструкцию, выступающую наружу, один край камеры сгорания является выходом для пламени, а на противоположной стороне от выхода для пламени в центре внутреннего края камеры сгорания установлена топливная форсунка (показана позицией 2). На противоположных сторонах от топливной форсунки внутри камеры сгорания расположена пара закручивающих лопаток (показаны позицией 5), а на другом конце камеры сгорания расположен горизонтальный воздушный канал, внутри которого имеется воздушный компрессор (показанный позицией 1) для подачи вторичного воздуха (показан позицией 4) в камеру сгорания. При этом выход для воздуха этого компрессора расположен с обратной стороны форсунки.
Недостатками прямого распределения воздуха являются:
1. В случае малых камер сгорания или трудновоспламеняемого топлива с более высокой температурой воспламенения, где пассивный реверс пламени является слабым из-за частичного отрицательного давления, а температуры начальных фаз воздуха и топлива низкие, обычно возникают трудности с зажиганием и быстрой продувкой, что приводит к нестабильности воспламенения.
2. Поскольку первичный воздух имеет малый объем и низкую скорость потока, сгорание топлива, главным образом, происходит за пределами камеры сгорания. Когда топливом является высоковязкое масло или другое трудновоспламеняемое топливо, выгорание топлива, очевидно, будет меньше, что приводит к увеличению энергопотребления и выбросов загрязняющих веществ.
3. В случае больших камер сгорания или легковоспламеняемого топлива, где температура внутри камеры сгорания высока, а температура вторичного воздуха является очень высокой еще до смешивания с топливом, происходит частичная реакция кислорода с азотом, что увеличивает выброс оксидов азота.
Раскрытие изобретения
Ввиду вышесказанного, техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение стабилизации горения, высокой скорости выгорания топлива и хороших характеристик, связанных с защитой окружающей среды.
Для достижения указанного эффекта предложена камера сгорания с принудительным реверсированием потока, которая имеет корпус, выполненный в форме полости, напоминающей по форме пальцы, согнутые в сторону ладони и симметрично расположенные относительно ее центра; а также совокупность закручивающих лопаток для подачи воздуха в камеру сгорания, которые расположены на внутренней стороне на конце камеры сгорания, включая закручивающие лопатки для вторичного воздуха (воздушные отверстия) для радиальной подачи вторичного воздуха в камеру сгорания, расположенные на внутренней стороне выхода для пламени камеры сгорания.
Кроме того, в камере сгорания могут быть предусмотрены закручивающие лопатки для подачи третичного воздуха к области горения, расположенные на внутренней стороне выхода для пламени камеры сгорания.
Кроме того, в середине камеры сгорания расположена топливная форсунка, которая встроена во внутреннюю стенку камеры сгорания и ее выход проходит сквозь эту стенку. При этом выходной конец камеры сгорания после смешивания воздуха и топлива является выходом пламени.
Также на стороне дугообразной полости камеры сгорания в стороне от выхода пламени расположен канал подачи воздуха, внутри которого расположен воздушный компрессор для подачи воздуха в камеру сгорания, и выход этого компрессора находится на противоположной стенке полости камеры сгорания.
Камера сгорания с принудительным реверсированием потока согласно настоящему изобретению включает в себя корпус камеры сгорания, выполненный в форме полости, напоминающей пальцы, согнутые в сторону ладони и симметрично расположенные относительно ее центра. Камера сгорания также содержит совокупность закручивающих лопаток для подачи вторичного воздуха в камеру сгорания, расположенных соответствующим образом на внутренней стороне конца камеры сгорания. В середине камеры сгорания расположена топливная форсунка, которая встроена во внутреннюю стенку камеры сгорания и выход которой проходит сквозь эту стенку. При этом выходной конец камеры сгорания после смешивания воздуха и топлива является выходом пламени. Поскольку используется принудительное реверсирование потока вторичного воздуха, пламя и горячий воздух могут быть принудительно направлены в направлении топливной форсунки для быстрого воспламенения топлива, что обеспечивает решение вышеуказанных проблем, связанных с плохой стабилизацией горения, низкой скоростью прогорания топлива и плохими экологическими параметрами, предоставляя хорошую стабилизацию пламени, высокую скорость прогорания топлива и хорошие характеристики, связанные с защитой окружающей среды от загрязняющих выбросов.
Другие особенности и преимущества изобретения будут представлены в нижеследующем описании и будут очевидны из этого описания или понятны при реализации изобретения.
Представленные варианты воплощения изобретения описаны со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Краткое описание чертежей
Далее для лучшего понимания изобретения представлены сопроводительные чертежи, которые являются частью описания изобретения, связаны с предпочтительными вариантами осуществления изобретения и не являются его ограничением. На сопроводительных чертежах изображено следующее:
На Фиг. 1 изображена схема прямого распределения воздуха в обычной камере сгорания.
На Фиг. 2 представлена схема распределения воздуха в камере сгорания с принудительным реверсированием потока согласно настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
Далее приведены предпочтительные варианты осуществления изобретения; следует понимать, что представленные варианты используются только для пояснения и иллюстрации изобретения и не являются ограничением сущности изобретения.
Обозначения компонентов, представленных на Фиг. 1:
1 - воздушный компрессор; 2 - топливная форсунка; 3 - камера сгорания; 4 - вторичный воздух; 5 - закручивающие лопатки; 6 - пламя.
Обозначения компонентов, представленных на Фиг. 2:
1 - воздушный компрессор; 2 - топливная форсунка; 3 - камера сгорания; 4 - закручивающие лопатки для вторичного воздуха; 5 - закручивающие лопатки для третичного воздуха; 6 - пламя.
На Фиг. 2 представлена камера сгорания с принудительным реверсированием потока согласно настоящему изобретению.
Камера сгорания с принудительным реверсированием потока согласно изобретению включает в себя корпус (показан позицией 3), выполненный в форме полости, которая подобна фигуре, сформированной пальцами, согнутыми в сторону ладони и симметрично расположенными относительно ее центра. Камера сгорания также содержит совокупность закручивающих лопаток для подачи воздуха в камеру сгорания, которые соответствующим образом расположены на внутренней стороне на конце камеры сгорания, включая совокупность закручивающих лопаток (показанных позицией 4) для подачи вторичного воздуха в камеру сгорания, расположенных на внутренней стороне выхода для пламени камеры сгорания, а также совокупность закручивающих лопаток (показанных позицией 5) для подачи третичного воздуха в камеру сгорания, расположенных на внутренней стороне выхода для пламени камеры сгорания. Камера сгорания также содержит топливную форсунку (показанную позицией 2), расположенную в середине камеры сгорания, которая встроена во внутреннюю стенку камеры сгорания так, что выпускной конец проходит сквозь эту стенку. При этом общий выходной конец камеры сгорания и форсунки является выходом для пламени (показанного позицией 6).
В вышеуказанном варианте канал для подачи воздуха расположен на стороне дугообразной полости камеры сгорания в стороне от пламени; воздушный компрессор (1) для подачи воздуха в камеру сгорания расположен внутри воздушного канала, а выход этого компрессора находится на противоположной стенке полости камеры сгорания.
Как изображено на Фиг. 2, в камере сгорания с принудительным реверсированием потока по вышеописанному варианту применяется распределение принудительно реверсированного вторичного воздуха, а также исключены закручивающие лопатки для первичного воздуха, используемые в задней части обычной камеры сгорания, и добавлены закручивающие лопатки для вторичного и третичного воздуха в передней части камеры сгорания. При использовании для распределения воздуха камеры сгорания с принудительным реверсированием потока доля первичного воздуха для предоставления кислорода к центру пламени очень незначительна. Доля радиально реверсированного потока вторичного воздуха больше, он поворачивает обратно при достижении внутреннего конца камеры сгорания для формирования внутреннего закрученного потока, который проходит к выходу пламени. Остаточный воздух выходит тангенциально и вращательно при протекании через закручивающие лопатки для третичного воздуха и эффективно смешивается с внутренним закрученным потоком для обеспечения сгорания топлива. Распределение воздуха в камере сгорания с принудительным реверсированием, по меньшей мере, имеет следующие преимущества:
(1) Обратный закрученный поток вторичного воздуха, огибающий факел пламени, протекает в направлении топливной форсунки. Поскольку температура потока высока, он способен эффективно воспламенять непрерывно подаваемое трудновоспламеняемое (или с высокой температурой воспламенения) топливо, а также, поскольку внутреннее закрученное пламя направлено в обратном направлении на выходе камеры сгорания, стабилизация горения трудновоспламеняемого топлива будет лучше.
(2) Поскольку количество вторичного воздуха велико, его угловая кинетическая энергия может легко внедриться в поток топлива и смешаться с ним, а поскольку топливо впрыскивается в среду высокой температуры, обогащенную кислородом, оно сразу же воспламеняется, что очень важно для поддержания высокой скорости прогорания высоковязкого или трудновоспламеняемого топлива.
(3) Температура вторичного воздуха на выходе закручивающих лопаток мала, причем вторичный воздух непрерывно нагревается при протекании к топливной форсунке, уменьшая температуру внутреннего закрученного пламени, что благоприятно для уменьшения формирования высокотемпературных оксидов азота.
(4) Коэффициент избытка воздуха в камере сгорания контролируется в пределах значения 0,7-0,8, а обедненная кислородом среда хорошо подходит для восстановления оксидов азота в топливе и снижения формирования высокотемпературных оксидов азота.
(5) Закручивающие лопатки третичного воздуха расположены на выходе камеры сгорания для добавления низкотемпературного третичного воздуха, что не только обеспечивает прогорание топлива, но также уменьшает температуру пламени и снижает формирование высокотемпературных оксидов азота.
Выше были представлены предпочтительные варианты осуществления изобретения, которые носят исключительно демонстративный характер и не ограничивают сущность изобретения. Следует понимать, что специалисту в данной области техники будут очевидны возможности для изменения технического решения вышеуказанных вариантов либо для равноправной замены некоторых признаков. Любые изменения, равноправные замены и улучшения могут быть выполнены без отступления от сущности изобретения, и следует понимать, что такие изменения входят в объем притязаний данного изобретения.