СМЕСИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ВОДОРОДНО-КИСЛОРОДНОГО ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯ

Предлагаемая полезная модель относится к энергетике, в частности, к энергетическим установкам, производящим водяной пар высоких параметров, получаемый за счет энергии, выделяемой при сгорании водорода в кислороде и предназначена для обеспечения перегрева низкотемпературного водяного пара.
2
2
Известен парогенератор для производства водяного пара за счет тепла водорода, сжигаемого в атмосфере кислорода, который содержит смесительную головку с 58 соосно-струйными форсунками топлива и окислителя (соотношение числа форсунок водорода и кислорода n=1) и форкамеру с запальным устройством. Недостатком его является сложность конструкции смесительной головки, большая длина камеры сгорания, большой вес и габариты и сложность регулирования соотношения компонентов топлива и окислителя при их подаче в камеру сгорания через большое количество соосно-струйных форсунок [O.J. Haidn, K. Frolke, J. Carl, S. Weingartner. Improved combustion efficiency of a H/O Steam generator for spinning reserve application. Hydrogen Energy Progress XI. Stuttgart. 1996. P. 1418, Patent specification DE 3936806 С2, Dampferzeuger, Deutsches Patentant].
Известна также смесительная головка метано-кислородного парогенератора, используемая для производства пара высоких параметров за счет энергии, выделяемой при сгорании природного газа или водорода в кислороде (RU 2555598 С1). Смесительная головка содержит струйные форсунки, запальное устройство, корпус и огневое днище. Смесительная головка имеет два каскада форсунок горючего, находящиеся на разных радиальных расстояниях, при этом форсунки горючего первого каскада выполнены таким образом, что пересечение их осей с продольной осью форсунки окислителя находится от огневого днища на расстоянии 5÷7 выходных диаметров форсунки окислителя, а форсунки горючего второго каскада - от огневого днища на расстоянии 10÷15 выходных диаметров форсунки окислителя. Изобретение позволяет повысить эффективность горения, ресурс работы смесительной головки и парогенератора в целом. Недостатком данной конструкции является необходимость снижения тепловой нагрузки на стенки камеры сгорания за счет использования дополнительной подачи воды через специальные водяные форсунки, расположенные на периферии огневого дна смесительного элемента. Основной эффект такого охлаждения связан с тем, что при нагреве и испарении подаваемой воды поглощается значительное количество тепла. При использовании в качестве охладителя водяного пара тепловые потоки на стенки камеры сгорания будут гораздо выше, что может привести либо к ее прогару, либо к значительному снижению ресурса.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является конструкция смесительной головки водородно-кислородного парогенератора (RU 2379590 С1). Смесительная головка водородно-кислородного парогенератора со струйными форсунками содержит запальное устройство, корпус и огневое дно, смесительные элементы выполнены с соотношением числа форсунок топлива и окислителя от 2,2 до 12, при этом основные, находящиеся на одном радиальном направлении форсунки топлива и окислителя установлены таким образом, что пересечение их осей находится в одной точке на расстоянии от огневого дна не менее 8 калибров форсунок окислителя, а дополнительные форсунки топлива установлены на промежуточных радиальных направлениях. Изобретение позволяет повысить надежность и ресурс работы всей установки. Недостатком данной конструкции также является необходимость снижения тепловой нагрузки на стенки камеры сгорания за счет использования дополнительной подачи воды через специальные водяные форсунки, расположенные на периферии огневого дна смесительного элемента. Вместе с этим, использование дополнительных форсунок топлива на промежуточных радиальных направлениях позволяет снизить тепловые нагрузки на огневое дно смесительной головки и стенки камеры сгорания, чего, однако недостаточно, без использования дополнительного водяного охлаждения.
Предложенная полезная модель решает техническую задачу снижения тепловой нагрузки на стенки камеры сгорания при использовании для ее охлаждения только водяного пара. Такое решение технической задачи возможно за счет того, что форсунки подачи водорода расположены одним каскадом над форсунками кислорода. Такое расположение форсунок водорода позволяет отдалить зону непосредственного горения и значительно снизить тепловые потоки на стенки камеры сгорания.
Таким образом, предложенная конструкция смесительного элемента водородно-кислородного пароперегревателя позволяет снизить тепловые потоки на стенки камеры сгорания и обеспечить ее надежное охлаждение при использовании в качестве охладителя только водяного пара.
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу тем, что смесительный элемент водородно-кислородного пароперегревателя, содержащий запальное устройство, корпус, магистрали подвода водорода и кислорода и огневое дно, со струйными форсунками водорода и кислорода, при этом форсунки водорода расположены на одном диаметре над форсунками кислорода под углом от 15 до 25 градусов к центральной оси, а форсунки кислорода выполнены параллельно ей.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемами, показанными на фиг. 1 и 2. Смесительный элемент водородно-кислородного пароперегревателя включает в себя запальное устройство 1 с электросвечой 2, корпус 3 с магистралями подвода окислителя (кислорода) 4 и топлива (водорода) 5 и коллекторами окислителя 6 и горючего 7, огневое дно (фиг. 2.) 8 с форсунками кислорода 9 и водорода 10.
Смесительный элемент водородно-кислородного пароперегревателя работает следующим образом:
В запальном устройстве 1 при помощи электросвечи 2 происходит предварительное сжигание небольшого количества водорода в кислороде. После этого основные компоненты кислорода и водорода через магистрали 4 и 5 соответственно поступают в коллекторы 6 и 7. Далее продукты реакции запального устройства с температурой около 1100-1150 К поджигают основные компоненты кислорода и водорода, поступающие через форсунки 9 и 10 соответственно. Струи водорода, подаваемые через форсунки 10, разбивают струи кислорода и обеспечивают смешение компонентов. Подача водорода через форсунки расположенные на одном диаметре над форсунками кислорода, снижает тепловое воздействие на стенки камеры сгорания и обеспечивает их надежное охлаждение водяным паром.