КАМЕРА СГОРАНИЯ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА

Предлагаемая полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в различных технологических установках, например, для нагрева воздуха в качестве агента сушки в сельскохозяйственных зерносушилках, в установках для обогрева сельскохозяйственных производственных помещений и т.п.
При сжигании жидкого или газообразного топлива, особенно в маломощных энергетических установках, как правило, не обеспечивается полное сжигание топлива, несгоревшее топливо оседает на стенках камеры сгорания, образуется нагар в камерах сгорания, часть несгоревшего топлива с потоком воздуха попадает в воздушную среду.
Известен способ получения качественной смеси в горелочном устройстве, при котором топливовоздушную смесь получают при перемешивании выходящего из топливной форсунки распыленного топлива с потоком дутьевого воздуха и путем подбора необходимой частоты вихреобразования при продольном перемещении топливной форсунки (патент РФ №2182282, МПК F 23 С 11/00, опубл. 10.05.2002 Бюл. №13).
Известен способ получения качественной смеси в горелочном устройстве, который заключается в перемешивании распыленного топлива в воздушном потоке, закрученном в аксиальном лопаточном завихрителе (патент РФ №2182283, МПК F 23 С 11/00 опубл. 10.05.2002 Бюл. №13).
Известна горелка жидкотопливная, включающая вентилятор, горелку с распылителем топлива, камеру сгорания топлива, кожух с боковыми отверстиями для подачи воздуха, жаровую трубу, тепловой экран, завихритель топливовоздушной смеси, причем в камере сгорания имеется две секции - секция газификации и секция сжигания (патент РФ №2229656, МПК F 23 С 11/00 опубл. 27.05.2004 Бюл. №15).
Известна топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая профилированное конфузорное сопло, конический насадок с отбортовкой на кромке. В данной конструкции завихритель установлен перед топливной форсункой, что снижает эффективность его использования для перемешивания топливовоздушной смеси от горелки с воздухом, поступающим в камеру сгорания (патент РФ №2133411, МПК F 23 R 3/34, опубл. 20.07.1999 Бюл. №20).
В приведенных технических решениях топливовоздушную смесь получают с применением сложных регулировок с перемещением топливной форсунки, не обеспечивается полное сжигание топлива, несгоревшее топливо оседает на стенках камеры сгорания, образуется нагар в камерах сгорания, часть несгоревшего топлива с потоком воздуха попадает в воздушную среду.
Известна камера сгорания газовой турбины, содержащая несколько жаровых труб с отверстиями для подачи воздуха, внешний корпус, каналы подачи воздуха между жаровой трубой и внешним корпусом. В каждой жаровой трубе имеется смеситель с отверстиями, центральное тело, концентричное смесителю, и завихритель с полыми лопатками, выполненными из жаростойкой стали (патент РФ №2107229, МПК F 23 R 3/16 опубл. 20.03.1998 Бюл. №8).
Данная камера сгорания наиболее сходна с предлагаемой камерой сгорания теплогенератора по основным признакам и принята нами за прототип.
Недостатком конструкции является необходимость выполнения осевых лопаточных завихрителей из жаростойкой стали, что обусловлено условиями их работы в зоне высоких температур. Помимо этого, осевые лопатки размещены вдоль продольной оси жаровой трубы - такое размещение лопаток не обеспечивает интенсивного завихрения топливовоздушной смеси. Камера сгорания по прототипу рассчитана на работу только на газообразном топливе.
Кроме того, камера сгорания газовой турбины по патенту №2107229 предназначена для очень мощных авиационных двигателей. Такие камеры чрезвычайно сложны по конструкции, дороги в изготовлении и обслуживании и не могут быть использованы в средствах малой энергетики, в частности, в сельском хозяйстве.
Задачей полезной модели является создание камеры сгорания теплогенератора, в которой сочетались бы простота и дешевизна изготовления с высокой эффективностью работы при обеспечении оптимального сжигания топлива за счет наиболее интенсивного завихрения топливовоздушной смеси в жаровой трубе. Поскольку камера сгорания по полезной модели предназначена для нагрева воздуха в качестве агента сушки в сельскохозяйственных зерносушилках, для работы в составе установок для обогрева сельскохозяйственных производственных помещений и т.п., целесообразно использование как газообразного, так и жидкого топлива без внесения конструктивных изменений.
Камера сгорания теплогенератора по полезной модели включает в себя жаровую трубу с отверстиями для подачи воздуха, внешний корпус, канал подачи воздуха между жаровой трубой и внешним корпусом, полый конический смеситель с отверстиями, центральное тело в виде конуса, концентричное смесителю и завихритель.
Завихритель выполнен из равномерно размещенных по окружности трубчатых стоек тангенциально к внутренней поверхности смесителя и под углом к его продольной оси. Одним концом трубчатые стойки закреплены на входе в канал для подачи воздуха, другим концом - к отверстиям в смесителе.
Конус снабжен механизмом для его продольного перемещения.
На фиг.1 представлен продольный разрез А-А камеры сгорания теплогенератора по фиг.2
На фиг.2 представлен разрез В-В по фиг.1.
Тепловая камера теплогенератора 1 включает в себя горелочное устройство 2 со своим вентилятором, тепловую камеру 3 со своим вентилятором, жаровую трубу 4 с отверстиями для подачи воздуха 5, внешний корпус 6, кольцевой канал подачи воздуха 7, расположенный между жаровой трубой 4 и внешним корпусом 6, полый конический смеситель 8 с отверстиями 9, центральное тело в виде конуса 10, концентричное смесителю 8, и завихритель 11.
Завихритель 11 в виде трубчатых стоек 12 с полым коническим смесителем 8 и конусом 10 размещены на входе в жаровую трубу 4. Между смесителем 8 и конусом 10 образовано пространство 13, объем которого регулируется механизмом 14 продольного перемещения конуса 10.
Трубчатые стойки 12 завихрителя 11 размещены тангенциально к внутренней поверхности полого конического смесителя 8 под углом к продольной его оси. Одним концом трубчатые стойки 12 закреплены на входе в канал для подачи воздуха 7, другим концом - к отверстиям 9 в смесителе 8.
Работает тепловая камера теплогенератора 1 следующим образом. Жидкое или газообразное топливо под давлением подается в горелочное устройство 2.
1
2
2
3
3
3
1
2
3
3
При запуске горелочного устройства 2 происходит первичное факельное (диффузионное) горение топлива с коэффициентом избытка воздуха α=0,3-0,4. Факел горящего топлива q направляется в жаровую трубу 4 на смеситель 8 и обтекает его. При этом происходит перераспределение потока факельного горения по периметру жаровой трубы 4. Поток воздуха Q от вентилятора тепловой камеры 3 направляется в кольцевой канал подачи воздуха 7. Основная масса потока воздуха q попадает в кольцевой канал 7, а часть воздуха Q по трубчатым стойкам 12 завихрителя 11 направляется в пространство 13. Так как трубчатые стойки 12 установлены тангенциально к внутренней поверхности смесителя 8 под углом к продольной его оси, поток воздуха Q, выходит из каждой трубчатой стойки 12 в пространство 13 и движется по расширяющейся спирали. Выйдя из пространства 13, поток воздуха Q интенсивно перемешивается с факелом горящего топлива Q и потоком воздуха Q, подающегося из кольцевого канала 7 в жаровую трубу 4 через отверстия 5. Расположение трубчатых стоек 12 под углом к оси полого конического смесителя 8 обеспечивает интенсивный динамический напор воздуха на входе в трубчатую стойку 12 и достаточный нагрев холодного воздуха Q для уменьшения охлаждения зоны горения. Поскольку в трубчатые стойки 12 поступает поток холодного воздуха Q, они могут быть изготовлены из обычной стали.
x
Происходит процесс интенсивного сжигания топлива при коэффициенте избытка воздуха α=1,5-2,5. При этом во много раз снижается концентрация NO, CO и НС в продуктах сгорания и повышается скорость и температура в зоне горения, обеспечивая полноту сгорания топлива до 99,9%.
Для изменения количества воздуха, поступающего в зону интенсивного горения, что важно при использовании различных видов топлива, предусмотрен механизм 14 продольного перемещения конуса 10.
Такая конструкция камеры сгорания теплогенератора обеспечивает более полное сгорание топлива, значительно уменьшается выброс несгоревшего топлива в окружающую среду, исключается набрызгивание несгоревшего топлива на стенки камеры сгорания, образование нагара в камерах сгорания и при этом повышается коэффициент полезного действия камеры сгорания теплогенератора.
Опытный образец «Малогабаритной топочной установки МТУ-0,5Г», с камерой сгорания теплогенератора по настоящей полезной модели разработан, изготовлен и испытан в ОАО «СИБИРСКИЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ ДОМ» СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК, Новосибирская область. Новосибирский район, п.Краснообск.