Камера сгорания

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для сжигания, как газов - шахтного метана, низкокалорийных, синтетических, получаемых в результате процесса газификации твердых топлив, так и парогазовой смеси, а также в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Предложена камера сгорания для сжигания парогазовой смеси, включающая силовой корпус с направляющим диффузором паровоздушной смеси, соединенным с патрубком подвода воздуха, с расположенной в корпусе жаровой трубой, внутренняя поверхность которой имеет керамическую обмуровку, на входе в которую установлено горелочное устройство с топливораздающим узлом, на выходе расположены паровой смеситель и газосборный патрубок, при этом на патрубке подвода воздуха дополнительно установлен патрубок для подвода пара. В камере сгорания применена комбинированная система охлаждения сочетающая керамическую обмуровку внутренней поверхности пламенной трубы и наружный струйный обдув ее обечайки паровоздушной смесью. Заявленное техническое решение позволяет обеспечить работоспособность камеры сгорания при температурах продуктов сгорания до 1500°C и исключить отрицательное влияние пристеночной завесы, характерной для местного и струйно-заградительного способа охлаждения жаровой трубы. Применение такого сочетания тепловой защиты способствует снижению эмиссии оксидов углерода (CO) и несгоревших углеводородов (C_nH_m) и повышению полноты сгорания топлива. Кроме того, поддержание относительно невысокой температуры в зоне активного горения (1500°C) и близких к стехиометрическим значениям коэффициента избытка воздуха =1,10÷1,15 позволяет обеспечить устойчивое диффузионное горение парогазовой смеси и, как следствие, снизить величину выбросов оксидов азота (NO_x).

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для сжигания, как газов - шахтного метана, низкокалорийных, синтетических, получаемых в результате процесса газификации твердых топлив, так и парогазовой смеси, а также в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известна кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, в нем кольцевую жаровую трубу, включающую две отстоящие друг от друга кольцевые стенки, изготовленные из композиционного керамического материала, соединенные между собой в передней по потоку части лобовой стенкой и образующие полость горения [патент США 6775985, F23R 3/00, F23R 3/50, 2004 г.]

Недостатком известной конструкции является отсутствие эффективного охлаждения стенок жаровой трубы, что приводит к существенному нагреву стенок и, как следствие, повышенному тепловому излучению в сторону корпуса камеры сгорания, повышению его температуры и снижению прочностных характеристик.

Известна камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая корпус, двухслойную кольцевую жаровую трубу с кольцевыми оболочками, в которых выполнены отверстия под горелочные модули, свечи зажигания и подачи воздуха в полость горения, внешняя стенка включает наружную, внутреннюю кольцевые оболочки и лобовую стенку, в которых выполнена перфорация, а внутренняя стенка обращенная к полости горения, выполнена эквидистантно внешней стенке в форме тороидальной оболочки из жаростойкого материала и закреплена в задней по потоку части радиальными штифтами, что позволяет сформировать промежуточную концентрическую полость вокруг тороидальной оболочки и в сочетании с перфорацией создать импактное охлаждение внутренней стенки жаровой трубы (патент РФ 2439436 МПК: F23R 3/60 опубликовано 10.01.2012).

По совокупности признаков это техническое решение является наиболее близким к заявленному и принято за прототип.

Недостаток известного устройства заключается в том, что применение известной системы охлаждения не исключает наличие пристеночной завесы охлаждающего воздуха с огневой стороны внутренней обечайки жаровой трубы, что приводит к снижению полноты сгорания топлива и увеличению эмиссии оксидов азота в высокотемпературной первичной зоне камеры сгорания.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, а также выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил технического решения, характеризующегося признаками, тождественными или эквивалентными предлагаемым.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого технического решения по совокупности признаков, позволило выявить в заявленном устройстве совокупность существенных отличительных признаков по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, изложенную в нижеприведенной формуле изобретения.

Заявленное техническое решение позволяет обеспечить работоспособность камеры сгорания при температурах продуктов сгорания до 1500°C и исключить отрицательное влияние пристеночной завесы, характерной для местного и струйно-заградительного способа охлаждения жаровой трубы. Применение такого сочетания тепловой защиты способствует снижению эмиссии оксидов углерода (CO) и несгоревших углеводородов (C_nH_m) и повышению полноты сгорания топлива. Кроме того, поддержание относительно невысокой температуры в зоне активного горения (1500°C) и близких к стехиометрическим значениям коэффициента избытка воздуха =1,10÷1,15 позволяет обеспечить устойчивое диффузионное горение смеси и, как следствие, снизить величину выбросов оксидов азота (NOx).

Предложена камера сгорания для сжигания парогазовой смеси, включающая силовой корпус с направляющим диффузором паровоздушной смеси, соединенным с патрубком подвода воздуха, с расположенной в корпусе жаровой трубой, внутренняя поверхность которой имеет керамическую обмуровку, на входе в которую установлено горелочное устройство с топливораздающим узлом, на выходе расположены паровой смеситель и газосборный патрубок, при этом на патрубке подвода воздуха дополнительно установлен патрубок для подвода пара.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображен общий вид камеры сгорания.

Камера сгорания содержит силовой корпус 1 с направляющим диффузором паровоздушной смеси 2, соединенный с патрубком подвода воздуха 3. В корпусе 1 расположена жаровая труба 4, внутренняя поверхность которой имеет керамическую обмуровку. На входе в жаровую трубу 4 установлено горелочное устройство 5 с топливораздающим узлом 6. На выходе из жаровой трубы 4 установлены паровой смеситель 7, газосборный патрубок 8. На патрубке подвода воздуха 3 дополнительно установлен патрубок подвода пара 9.

Камера сгорания работает следующим образом.

На основных рабочих режимах через патрубки 3 и 9 подаются воздух и пар, образуя паровоздушную смесь, которая поступает во входной направляющий диффузор 2 входной части силового корпуса 1 камеры сгорания, обеспечивая струйный обдув наружной поверхности обечайки жаровой трубы 4 и далее поступает в межлопаточные каналы завихрителя горелочного устройства 5, обеспечивающего перемешивание с парогазовой смесью, поступающей через топливораздающие узел 6 в зону активного горения. Продукты сгорания, образуемые в процессе горения парогазовой смеси проходят через паровой смеситель 7, где обеспечивается снижение их температуры до заданного потребителем значения, далее поступают в охлаждаемом паром газосборный патрубк 8, обеспечивающий выравнивание температурного поля дымовых газов. Относительно высокие скорости воздуха (паровоздушной смеси), порядка 45÷50 м/с в первичной зоне горения камеры сгорания, обеспечиваемые конструкцией лопаточного завихрителя горелочного устройства, позволяют интенсифицировать процесс смесеобразования топлива с окислителем в зоне активного горения. Это способствует повышению полноты сгорания парогазовой смеси.

Наличие керамической обмуровки жаровой трубы в зоне активного горения в сочетании с наружным обдувом паровоздушной смесью, поступающей через направляющий диффузор, позволяет продлить срок эксплуатации жаровой трубы и способствует снижению эмиссии оксидов углерода (CO) и несгоревших углеводородов (C_nH _m) и повышению полноты сгорания топлива. Кроме того, поддержание относительно невысокой температуры в зоне активного горения (1500°C) и близких к стехиометрическим значениям коэффициента избытка воздуха =1,10÷1,15 позволяет обеспечить устойчивое диффузионное горение парогазовой смеси и, как следствие, снизить величину выбросов оксидов азота (NOx), что является актуальным на сегодняшний день.

Камера сгорания для сжигания парогазовой смеси, включающая силовой корпус с направляющим диффузором паровоздушной смеси, соединенным с патрубком подвода воздуха, с расположенной в корпусе жаровой трубой, внутренняя поверхность которой имеет керамическую обмуровку, на входе в которую установлено горелочное устройство с топливораздающим узлом, на выходе расположены паровой смеситель и газосборный патрубок, отличающаяся тем, что на патрубке подвода воздуха установлен патрубок для подвода пара.

РИСУНКИ