МАЛОЭМИССИОННАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ С ДВУМЯ СТУПЕНЯМИ ОБРАЗОВАНИЯ ТОПЛИВОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ

Область техники
Полезная модель относится к области энергетического, транспортного, химического машиностроения, где необходимо организовать процессы смешения различных топлив с воздухом и сжигания «бедной» топливовоздушной смеси, в частности для создания малоэмиссионных камер сгорания стационарных газотурбинных установок.
Уровень техники
Одна из главных проблем создания газотурбинных установок - соблюдение требований по выбросам оксидов азота NOx, образующихся при сгорании топлива в камере сгорания. Основная часть оксидов азота, образующихся в камере сгорания, представляет собой термический NO, образующийся из азота воздуха. Главным фактором, определяющим концентрацию оксида азота термического происхождения, является высокая локальная температура факела в зоне горения. Локальную температуру факела в зоне горения снижают путем сжигания "бедных" предварительно перемешанных топливовоздушных смесей. Это обеспечивается камерами сгорания с горелками предварительного смешения топлива с воздухом с закруткой потока, за которыми формируется зоны стабилизации пламени. Для получения гомогенной тепловоздушной смеси первостепенное значение имеет конструкция устройств подача и перемешивание топлива в камере сгорания для последующего экономичного и экологически чистого сгорания.
Известна камера сгорания, содержащая:
фронтовое устройство с дежурной горелкой диффузионного типа и основной горелкой предварительного смешения, оборудованные независимыми подводами топлива, а также
концентрично примыкающие к указанному фронтовому устройству жаровую трубу и внешний кожух, кольцевое пространство между которыми служит для подачи через него к указанным горелкам необходимого количества воздуха (RU 90879, F23R 3/28, 2010 - ближайший аналог).
В данной камере сгорания для образования топливовоздушной смеси используется топливо и воздух, реализованные только в пределах указанных горелок, что затрудняет получение достаточной гомогенности основного потока топливовоздушной смеси с соответствующим повышением образования в нем оксидов азота
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является уменьшение токсичности выхлопных газов путем снижения содержания в них оксидов азота, а техническим результатом - повышение степени гомогенности подаваемой в горелки предварительного смешения топливовоздушной смеси.
Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата обеспечивается тем, что
камера сгорания, содержащая:
фронтовое устройство с дежурной горелкой диффузионного типа и основной горелкой предварительного смешения, оборудованные независимыми подводами топлива, а также
концентрично примыкающие к указанному фронтовому устройству жаровую трубу и внешний кожух, кольцевое пространство между которыми служит для подачи через него к указанным горелкам необходимого количества воздуха,
согласно полезной модели
дополнительно содержит узел подвода части топлива, предназначенного для сжигания в камере сгорания, на предварительное смешение с воздухом в указанном кольцевом пространстве между указанными кожухом и жаровой трубой.
Указанный узел подвода части топлива на предварительное смешение с воздухом предпочтительно может быть выполнен в виде охватывающего указанный кожух в удобном месте кольцевого топливного коллектора;
по меньшей мере одного подводящего штуцера с внешней стороны указанного коллектора и
по меньшей мере трех равномерно расположенных по окружности указанного коллектора с его внутренней стороны отводящих штуцеров, пропущенных через стенку указанного кожуха, причем каждый из этих штуцеров заглушен с выходного торца и снабжен топливовыпускными отверстиями на своей боковой поверхности.
В указанном кольцевом пространстве между кожухом и жаровой трубой от места расположения указанного узла подвода топлива до задней торцевой стенки указанного фронтового устройства предпочтительно может быть расположена промежуточная обечайка, направляющая поток топливовоздушной смеси к указанным горелкам.
В кольцевом пространстве между указанными промежуточной обечайкой и жаровой трубой предпочтительно может быть установлен направляющий аппарат.
Причинно-следственная связь между совокупностью перечисленных основных признаков патентуемой полезной модели и ее техническими результатами заключается в следующем:
Оборудование камеры сгорания узлом подвода части топлива, предназначенного для сжигания в камере сгорания, на предварительное смешение с воздухом в указанном кольцевом пространстве между указанными кожухом и жаровой трубой позволяет осуществить дополнительное предварительное перемешивание топливовоздушной смеси на сравнительно протяженном участке тракта ее движения, что существенно повышает степень ее гомогенизации.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематически изображена камера сгорания согласно полезной модели в продольном разрезе применительно к стационарной энергетической газотурбинной установке; на фиг. 2 - узел А фиг. 1 с изображением данного узла в более крупном масштабе система топливоподвода первой ступени перемешивания.
Условные обозначения
ГТУ - газотурбинная установка;
ДГ - дежурная горелка;
ЖТ - жаровая труба;
КС - камера сгорания;
КТК - кольцевой топливный коллектор;
НА - направляющий аппарат;
ОГ - основная горелка;
ТВО - топливовыпускные отверстия;
ТВС - топливовоздушная смесь;
ФУ - фронтовое устройство;
Перечень позиций чертежа
10 - ФУ; 11 - ДГ; 12 - ОГ; 13,14 - штуцеры подвода топлива соответственно к дежурной и основной горелкам; 15 - задняя торцевая стенка 20 - ЖТ; 30 - внешний кожух; 40 - кольцевое пространство между кожухом и ЖТ; 50 - узел подвода части топлива на предварительное смешение с воздухом; 51 - КТК; 52, 53 - подводящий и отводящий топливные штуцеры; 54 - ТВО; 60 - промежуточная обечайка; 70 - кольцевое пространство между промежуточной обечайкой и ЖТ; 71 - НА в указанном кольцевом пространстве.
Осуществление полезной модели
Камера сгорания ГТУ согласно полезной модели содержит (фиг. 1) фронтовое устройство ФУ 10 с дежурной горелкой 11 диффузионного типа и основной горелкой 12 предварительного смешения, оборудованными независимыми подводами топлива в виде штуцеров соответственно 13, 14. К ФУ 10 концентрично примыкают жаровая труба ЖТ 20 и внешний кожух 30, кольцевое пространство 40 между которыми служит для подачи через него к указанным горелкам 11, 12 необходимого количества воздуха.
КС согласно полезной модели дополнительно содержит узел 50 (фиг. 1, 2) подвода части предназначенного для сжигания в ней топлива на предварительное смешение с воздухом в указанном кольцевом пространстве 40 между кожухом 30 и ЖТ 20.
Указанный узел 50 выполнен (фиг. 2) в виде охватывающего кожух 30 в произвольном удобном месте кольцевого топливного коллектора КТК 51;
по меньшей мере одного подводящего штуцера 52 с внешней стороны КТК 51 и по меньшей мере трех равномерно расположенных по окружности КТК 51 с его внутренней стороны отводящих штуцеров 53, пропущенных через стенку указанного внешнего кожуха 30, причем каждый из этих штуцеров 53 заглушен с выходного торца и снабжен топливовыпускными отверстиями 54 на своей боковой поверхности.
В указанном кольцевом пространстве 40 между кожухом 30 и ЖТ 20 от места расположения указанного узла 50 подвода топлива до задней торцевой стенки 15 указанного ФУ 10 расположена промежуточная обечайка 60, направляющая поток топливовоздушной смеси к указанным горелкам 11, 12.
В кольцевом пространстве 70 между указанными промежуточной обечайкой 60 и ЖТ 20 установлен осевой направляющий аппарат НА 71 для закрутки потока ТВС. Проходное сечение кольцевого пространства 70 выбирается из заданной скорости потока ТВС с учетом требуемой степени охлаждения ЖТ 20.
Работа камеры сгорания
Работа КС согласно полезной модели осуществляется следующим образом. Вначале до подачи топлива воздух от принудительно вращаемого компрессора поступает последовательно через кольцевые каналы 40 и 70 к горелкам 11, 12. Затем через штуцер 13 подают топливо в ДГ 11 и поджигают ТВС на ее выходе, после чего таким же образом включают в работу ОГ 12. При этом часть предназначенного для сжигания в ней топлива направляют через штуцеры 52, КТК 51 и штуцеры 53 с ТВО 54 в кольцевой канал 70 с установленным в нем НА 71 для предварительного перемешивания, обеспечивающего совокупно с последующим перемешиванием в тракте ОГ 12 требуемую повышенную степень гомогенизации ТВС. После этого ДГ 11 отключается. Количество топлива, отводимого на предварительное перемешивание, может составлять до 40% от его общего количества. Больший процент опасен в связи с возможностью преждевременного самовозгорания топлива.
Промышленная применимость
Камера сгорания согласно полезной модели отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертежах достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами на основании современного уровня техники в области энергомашиностроения и других упомянутых выше отраслях промышленности.