ПАРОГАЗОГЕНЕРАТОР

Заявляемое устройство (парогазогенератор) предназначено для получения парогазовой смеси с управляемыми параметрами (температура парогазовой смеси - до 800°C, давление парогазовой смеси - до 300 атм., массовый расход - до 4 т/ч) непосредственно по месту его применения. Оно может использоваться в энергетике для генерации рабочего тела паровых и газовых турбин, для очистки загрязненных поверхностей струей высокотемпературной парогазовой смеси, в добывающей промышленности для очистки нефтяных труб, интенсификации добычи нефти и термического бурения скважин. Компонентами для получения парогазовой смеси служат: жидкое углеводородное горючее, воздух и вода.
Известно изобретение (Патент РФ №2371594), описывающее способ и устройство для получения пара, в котором вода для охлаждения продуктов сгорания подается в верхней части камеры сгорания и образует вихреобразную оболочку на стенке камеры сгорания. Стенка камеры сгорания в этом способе охлаждается за счет водяной вихреобразной оболочки. Далее за счет диафрагмы испарительной камеры вихреобразная водяная оболочка свертывается и происходит интенсивное испарение воды и разогрев пара.
Недостатками известного устройства являются: отсутствие регулирования параметров пара; влияние воды, увлекаемой с поверхности вихреобразной оболочки обратными токами, на процесс горения в камере сгорания; ненадежность охлаждения стенки камеры сгорания при отклонении устройства от вертикали. Также известно изобретение (Патент РФ №2364716), описывающее устройство - парогазогенератор для получния парогаза. В этом устройстве воздух, подаваемый в камеру сгорания, проходит тракт охлаждения камеры сгорания. В камере сгорания происходит сгорание воздуха и топлива. Далее продукты сгорания смешивают с водой, подаваемой через кольцевую щель. Вода смешивается с продуктами сгорания в испарительной камере газогенератора с образованием парогаза. Подача топлива осуществляется с постоянной величиной давления. Отмеченные выше особенности не позволяют управлять параметрами парогаза, снижают надежность работы устройства при колебаниях расхода воды. Отсутствует регулирование расхода горючего, что не позволяет обеспечить полное сгорание топлива.
В качестве ближайшего аналога, принятого нами за прототип, рассматривается парогазогенератор по патенту РФ №2316648. Устройство включает в себя переходный отсек, запальный узел, камеру сгорания с рубашкой охлаждения, организованной между внутренней и наружной оболочками камеры. На наружной поверхности внутренней оболочки выполнен многозаходный шнек ввода воды в камеру испарения. По длине внутренней оболочки стенки парогазогенератора в камере испарения установлены сужающие устройства с секторами сброса.
Недостатками устройства-прототипа являются следующие:
- работоспособность устройства обеспечивается только при его вертикальном расположении, так как вода после многозаходного шнека движется по внутренней стенке испарительной камеры до первого сектора сброса, охлаждая ее. При отклонении устройства от вертикали нарушается течение воды вдоль стенки испарительной камеры и нарушаются условия охлаждения стенки, что ведет к прогару стенки испарительной камеры;
- неразъемное соединение камеры сгорания с испарительной камерой, что снижает ремонтопригодность устройства при выходе из строя отдельных его элементов;
- отсутствие защиты наружной стенки устройства от воздействия высокой температуры окружающей среды.
Техническая задача, поставленная при создании парогазогенератора, состояла в повышении надежности работы парогазогенератора при отклонении его оси от вертикали, улучшении его ремонтопригодности, повышении надежности работы парогазогенератора при высокой температуре окружающей среды.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемый нами парогазогенератор дополнительно содержит кольцевой ряд калиброванных отверстий во внутренней стенке в конце камеры сгорания, камера сгорания имеет разъемное резьбовое соединение с испарительной камерой, а на наружной стенке камеры сгорания выполнен кольцевой ряд резьбовых отверстий.
Сущность предложения поясняется на фиг.1.
Парогазогенератор содержит запальное устройство (1) с каналом подвода воздуха и форсункой горючего, камеру сгорания (2) с форсуночной головкой, каналами ввода горючего и воды, и рубашкой охлаждения, образованной внутренней и наружной стенками парогазогенератора, испарительную камеру (3) с кольцом сброса и несколькими секциями из сужающихся и расширяющихся частей и цилиндрических участков. Во внутренней стенке в конце камеры сгорания выполнен кольцевой ряд калиброванных отверстий (4), на наружной стенке камеры сгорания выполнен кольцевой ряд резьбовых отверстий (5). Камера сгорания имеет разъемное резьбовое соединение с испарительной камерой.
Парогазогенератор работает следующим образом.
Смесь горючего с воздухом после воспламенения в запальном устройстве (1) поджигает смесь горючего с воздухом в камере сгорания (2). Вода проходит по рубашке охлаждения, надежно охлаждая внутреннюю стенку камеры сгорания, и впрыскивается в поток продуктов сгорания через кольцевой ряд калиброванных отверстий (4). Длина камеры сгорания от форсуночной головки до кольца сброса испарительной камеры составляет не менее 700 мм, что обеспечивает повышение полноты сгорания горючего за счет большого времени пребывания продуктов сгорания в камере сгорания, также отдаляет основной фронт горения от зоны впрыска воды, при этом вода не влияет на процесс горения в камере сгорания. Нагрев, испарение воды и перемешивание образовавшегося пара с продуктами сгорания происходит в испарительной камере (3), выполненной в виде нескольких сужающихся и расширяющихся частей и цилиндрических участков. В начале испарительной камеры установлено кольцо сброса, обеспечивающее интенсивное первичное перемешивание воды с продуктами сгорания, что приводит к резкому снижению температуры смеси в начальной зоне испарительной камеры за счет интенсивного испарения воды, что способствует снижению тепловой нагрузки на стенку испарительной камеры до приемлемого уровня. Камера сгорания имеет разъемное резьбовое соединение с испарительной камерой, что обеспечивает возможность быстрого ремонта устройства при выходе из строя камеры сгорания или испарительной камеры. На наружной стенке камеры сгорания выполнен кольцевой ряд резьбовых отверстий (5) для подачи воды в наружное пространство для охлаждения наружной поверхности парогазогенератора при использовании его при высокой температуре окружающей среды.
Таким образом, предлагаемое нами устройство (парогазогенератор) может работать при любом угле отклонения его оси от вертикали за счет охлаждения всей поверхности камеры сгорания водой. Повышена ремонтопригодность устройства за счет применения резьбового соединения камеры сгорания парогазогенератора и испарительной камеры. Повышена надежность работы парогазогенератора при высокой температуре окружающей среды за счет подачи воды в наружное пространство через кольцевой ряд резьбовых отверстий и охлаждения наружной стенки парогазогенератора.
Предлагаемый нами парогазогенератор может быть выполнен в стационарном или мобильном вариантах.