ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА

x
Полезная модель относится к области теплоэнергетики и, в частности, к устройствам для сжигания обедненных топливовоздушных смесей, которые могут найти применение в горелочных устройствах камер сгорания газотурбинных установок, где температура продуктов сгорания не должна превышать 1000-1500 К. Такой температурный режим обеспечивает оптимальный режим работ лопаток турбины и низкий уровень содержания NO и СО в продуктах сгорания.
Известно устройство для сверхадиабатического сжигания бедных топливовоздушных смесей в пористой среде, в котором фронт пламени распространяется по прогретой продуктами горения пористой среде. Этим обеспечивается тепловая обратная связь, то есть тепло от продуктов сгорания через прогретую пористую среду передается холодной исходной топливовоздушной смеси. Однако, такой режим не может быть реализован в камерах сгорания газотурбинных установок.
Наиболее близким к предлагаемой газовой горелке по технической сущности является газовая горелка по патенту РФ №63494, МПК F23D 14/12, 2007 г. В этой горелке сжигания топливовоздушной смеси осуществляется в полости камеры сжигания, в которую газовая смесь подается через проницаемую для газа стенку камеры, а продукты сгорания выводятся через окно для вывода ИК-излучения. При этом обеспечивается возможность сжигания более бедных топливовоздушных смесей. Однако, из-за открытости полости свыше 30% ИК-излучения выводится из камеры сжигания, что приводит к повышению температуры выводимых из камеры сжигания продуктов сгорания.
x
Задача полезной модели состояла в обеспечении сжигания бедных топливовоздушных смесей коэффициентом избытка воздуха до 1,8 и в уменьшении вредных компонентов (NO и СО) в продуктах сгорания.
Указанная задача решается тем, что предложена газовая горелка, содержащая камеру сжигания, стенки которой выполнены из проницаемого для газа термостойкого материала, канал для подвода смеси газообразного топлива и воздуха в полость камеры сжигания и канал для вывода продуктов сгорания, которая согласно полезной модели имеет верхнюю стенку из проницаемого для газа термостойкого материала, перекрывающую выход из камеры сгорания над которой установлен канал для вывода продуктов сгорания, а канал для подвода смеси газообразного топлива и воздуха установлен под нижней стенкой камеры, причем средство для поджога топливовоздушной смеси установлено в приповерхностном слое над нижней стенкой из проницаемого для газа термостойкого материала.
Другим отличием горелки является то, что соотношение поверхности нижней стенки камеры, через которую осуществляется ввод в камеру топливовоздушной смеси, к поверхности верхней стенки камеры, через которую осуществляется вывод продуктов сгорания, составляет не менее 1,0.
В предпочтительном варианте выполнения поверхность нижней стенки камеры с внутренней стороны выполнена рельефной с выступами, увеличивающими ее поверхность.
Еще одним отличием горелки является то, что проницаемые для газа стенки камеры выполнены из материала непрозрачного для ИК-излучения.
x
Благодаря отмеченным выше особенностям выполнения горелки обеспечивается технический результат, который состоит в том, что в ней обеспечивается возможность сжигания тепловоздушных смесей с коэффициентом избытка воздуха до 1,8 и при этом снижается содержание вредных компонентов (NO и СО) в продуктах сгорания.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена схематично предлагаемая горелка в разрезе.
Газовая горелка содержит камеру 1 сжигания, образующую замкнутую полость 2. Верхняя и нижняя стенки 3 и 4 камеры 1 выполнены из проницаемого для газа термостойкого материала, например, из керамики. Боковые стенки 5 камеры 1 могут быть выполнены из металла. Под нижней стенкой 4 камеры 1 сжигания установлен канал 6 для подвода топливовоздушной смеси, а над верхней стенкой 3 камеры 1 сжигания размещен канал 7 для вывода продуктов сгорания. Соотношение поверхности стенки 4, через которую осуществляется ввод топливовоздушной смеси в замкнутую полость 2 камеры 1, к поверхности стенки 3 камеры 1, через которую осуществляется вывод продуктов сгорания составляет не менее 1. В варианте выполнения, представленном на чертеже, это соотношение составляет 1,0. Для увеличения этого соотношения поверхность стенки 4 может быть выполнена рельефной с выступами, увеличивающими площадь ее поверхности. Материал, из которого выполнены стенки 3 и 4 камеры 1, должен быть непроницаем для ИК-излучения. Средство для автоматического поджига топливовоздушной смеси установлено в приповерхностном слое 8 над нижней стенкой 4 из проницаемого для газа термостойкого материала.
Газовая горелка работает следующим образом. Обедненную смесь газообразного топлива и воздуха по каналу 7 подают через проницаемую для газа стенку 4 в полость 2 камеры сжигания, где в приповерхностном слое 8 производится автоматический поджиг смеси с помощью известных средств, обычно используемых в газовых горелках (на чертеже не показан). Продукты сгорания через проницаемую для газа стенку 3 выводятся из полости 2 камеры 1 и поступают в канал 7 для вывода.
Сравнительные данные по испытанию предлагаемой газовой горелки и горелки, принятой за прототип, приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Сравнительные данные по испытанию горелок.
Особенности выполнения камеры сжигания
Коэффициент избытка воздуха
Т, К°
Т, К° Внутренней стенки камеры сжигания.
1
2
3
4
1. Камера сжигания с окном для вывода ИК-излучения
1
1345
1140
2. Камера сжигания с замкнутой полостью и верхней и нижней стенками, проницаемыми для газа и пористостью 0,3
1
1600
1450
----||----
1,45
1400
1300
----||----
1,80
1300
1220
3. Камера сжигания с замкнутой полостью и пористостью проницаемой для газа стенки 0,5.
1
1520
1350
----||----
1,45
1340
1230
----||----
1,80
1240
1160
Из представленных в таблице 1 данных видно, что предлагаемая горелка с замкнутой полостью камеры сжигания позволяет реализовать горение топливовоздушных смесей сверхбедного состава с коэффициентом избытка воздуха 1,8. При этом с уменьшением пористости стенок камеры температура пламени в полости камеры возрастает.