КАМЕРА СМЕШЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ВОДОРОДНО-КИСЛОРОДНОГО ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯ

Предлагаемая полезная модель относится к силовым установкам паротурбинного типа, отличающимся камерой сгорания трубчатого типа, использующей в качестве горючего газообразный водород, а в качестве окислителя газообразный кислород и предназначена для получения пара высокой температуры путем перегрева низкотемпературного водяного пара.
Известен вихревой водород-кислородный пароперегреватель (RU 2361146 С1), предназначенный для создания потока перегретого водяного пара за счет сжигания водород-кислородной смеси в паровой среде содержащий запальное устройство, магистрали подвода горючего (водорода) и окислителя (кислорода), камеру сгорания и смешения, форсунки окислителя и горючего, закручивающее устройство, конический стабилизатор пламени, пламенную трубу, жаровую трубу и охлаждающий канал. Водяной пар из котла поступает через патрубок подвода водяного пара в охлаждающие каналы, где в виде интенсивно закрученного потока движется в сторону корпуса камеры сгорания. Через форсунки окислителя в центральный поток пара подается кислород. Образующаяся парокислородная смесь закручивается с помощью закручивающего устройства с целью интенсификации массообменных процессов и ее гомогенизации. В корпусе отверстия конического стабилизатора предусмотрены отверстия, через которые выдувается водяной пар, оттесняя фронт пламени от стенки стабилизатора и локализуя его в пространственной области, ограниченной границами рециркуляционной зоны. Дополнительное охлаждение термически нагруженной стенки пламенной трубы достигается организацией завесы из паровых струй, выдуваемых через отверстия и перфорацию в стенке жаровой трубы. Недостатком данных конструкций является использование предварительного смешения окислителя с водяным паром и подача пара в зону горения. Такое решение с одной стороны позволяет существенно снизить теплонапряженность основных узлов, но в тоже время снижает полноту сгорания водорода из-за снижения концентрации горючего и окислителя в зоне горения.
Известны конструкции парогенераторов с охлаждением камеры сгорания водой (RU 2544417 С1 и RU 2623017 С1). В этом случае в качестве топлива и окислителя используются водород и кислород, а в качестве охладителя и рабочего тела - вода. Парогенератор содержит запальное устройство с электросвечой, смесительную головку с магистралями подвода окислителя, горючего и воды на завесное охлаждение, камеру сгорания с каналами тракта охлаждения и профилированной торцевой стенкой для направления балластировочной воды, камеру смешения с отверстиями для подачи балластировочной воды. Каналы тракта охлаждения камеры сгорания выполнены под острым углом к оси парогенератора, а отверстия для подачи балластировочной воды в зону смешения выполнены также под острым углом к оси парогенератора, и направлены в противоположную сторону относительно каналов тракта охлаждения камеры сгорания. Изобретение улучшает процесс перемешивания воды с продуктами сгорания компонентов топлива за счет наличия дополнительной турбулентной составляющей, что позволяет получить качественный фракционный состав водяного пара при уменьшенной длине камеры смешения. Недостатком данной конструкции является невозможность использования низкотемпературного водяного пара вместо воды из-за его более низкой плотности и теплоемкости. Расположение зоны горения на близком расстоянии от стенок камеры сгорания приведет к ее интенсивному нагреву (при использовании водяного пара) и в конечном итоге к прогару. Кроме того, подача низкотемпературного пара под острым углом к оси парогенератора не сможет обеспечить хорошее перемешивание низкотемпературного и высокотемпературного потоков из-за меньшей плотности пара в сравнении с водой, что позволит получить качественный фракционный состав водяного пара.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является конструкция водородно-кислородного пароперегревателя (RU 188647 U1), содержащая внешний корпус камеры сгорания связанный с внутренней охлаждаемой вставкой, выполненной с оребрением с внешней стороны, и смесительный элемент, связанный с электросвечой, магистралями подвода водорода и кислорода и форсунками подачи водорода и кислорода, оси которых расположены параллельно друг другу, при этом корпус камеры сгорания, связан с блоком первичной подачи низкотемпературного пара и блоком вторичной подачи низкотемпературного пара, связанным с камерой смешения, при этом блок первичной подачи низкотемпературного пара имеет четыре отверстия, расположенные под углом 30…60° к внутренней охлаждаемой вставке камеры сгорания, блок вторичной подачи низкотемпературного пара имеет четыре отверстия, расположенные под углом 90° к оси камеры сгорания. Недостатком данной конструкции является то, что при необходимости получения на выходе пара более высокой температуры, а также при работе на низкой мощности, подаваемого в блок вторичной подачи низкотемпературного пара может не хватить, чтобы обеспечить достаточно интенсивное смешение высокотемпературного и низкотемпературного потоков в камере смешения, что приведет к высокой неравномерности температуры перегретого пара на выходе.
Предложенная полезная модель решает техническую задачу обеспечения низкой неравномерности температуры перегретого пара на выходе при необходимости получения высокотемпературного перегретого пара в широком диапазоне мощностей. Такое решение технической задачи возможно за счет того, что в центре камеры смешения высокотемпературного водородно-кислородного пароперегревателя выполнена конусообразная вставка, обеспечивающая подачу низкотемпературного пара непосредственно в центральную зону высокотемпературного потока.
Таким образом, предложенная конструкция камеры смешения высокотемпературного водородно-кислородного пароперегревателя позволяет обеспечить низкую неравномерность температуры перегретого пара на выходе при необходимости получения высокотемпературного перегретого пара в широком диапазоне мощностей.
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу тем, что камера смешения высокотемпературного водородно-кислородного пароперегревателя, содержит охлаждаемую часть корпуса, связанную с конической вставкой подачи низкотемпературного пара, связанную с неохлаждаемой частью корпуса, при этом коническая вставка подачи низкотемпературного пара содержит отверстия, расположенные под углом от 0 до 35° для подачи низкотемпературного пара в центр камеры смешения.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой, показанной на фиг. 1. Камера смешения высокотемпературного водородно-кислородного пароперегревателя включает в себя охлаждаемую часть корпуса 1, с магистралями подачи низкотемпературного пара 4 и каналами 5, неохлаждаемую часть корпуса 3 и коническую вставку подачи низкотемпературного пара 2, с коллекторами низкотемпературного пара 6 и 8, соединяющей магистралью 7, центральным отверстием подачи низкотемпературного пара 9 и шестью наклонными отверстиями 10.
Камера смешения высокотемпературного водородно-кислородного пароперегревателя работает следующим образом:
Низкотемпературный пар через магистрали подачи низкотемпературного пара 4 поступает в каналы 5, проходя через которые осуществляет охлаждение наиболее теплонапряженной внутренней стенки охлаждаемой части корпуса 1, расположенной на выходе камеры сгорания. Далее низкотемпературный пар поступает в первый коллектор 6 и по магистрали 7 во второй коллектор 8 конической вставки подачи низкотемпературного пара 2. Из второго коллектора 8 низкотемпературный пар через центральное отверстие 9 и шесть наклонных отверстий 10 поступает в центральную часть камеры смешения, где происходит его встреча с высокотемпературными продуктами из камеры сгорания, расположенной со стороны охлаждаемой части камеры смешения. Подача низкотемпературного пара непосредственно в зону с наибольшей температурой продуктов сгорания и резкое расширение смешанного (перегретого) пара на конце конической вставки обеспечивает низкую неравномерность температуры перегретого пара на выходе из камеры смешения при необходимости получения высокотемпературного перегретого пара в широком диапазоне мощностей, в частности перед высокотемпературной паровой турбиной.