Горелка

Предлагаемая горелка может применяться в камерах сгорения газотурбинных двигателей, а также в печах энергетического и общего машиностроения. Горелка содержит воздухоподводящий корпус, завихритель и форсунку с тангенциальными каналами для подачи газа и расположенными в нескольких поясах. В корпусе горелки после форсунки установлены как минимум две перфорированные обечайки, которые выполнены в виде усеченных конусов, причем наружный конус совместно с корпусом горелки и внутренний конус образуют конические полости. Соотношение суммарной пропускной способности отверстий для выхода газа в каждом поясе форсунки относится к суммарной пропускной способности отверстий перфорации обечаек всех полостей для смешения воздуха и газа. Завихритель расположен на выходе из горелки в выходном патрубке, причем пропускная способность проходного сечения межлопаточных каналов завихрителя выбрани из условия, чтобы скорость потока в них была больше скорости распространения пламени в 2...2,5 раза. Такое выполнение горелки позволяет улучшить качество сжигания газа в части выбросов окислов азота и одновременно повысить запасы по вибрационному горению.

Полезная модель относится к устройствам для сжигания газа и может найти применение в камерах сгорания газотурбинных двигателей (ГТД), а также в печах энергетического и общего машиностроения.

Известна горелка, содержащая воздухоподводящий корпус и газовую трубу, установленную в корпусе с зазором, в котором установлен лопаточный завихритель воздуха. Завихритель воздуха разделен на секции посредством коаксиальных обечаек. В стенках обечаек выполнены радиальные отверстия, размещенные между лопатками завихрителя. В газовой трубе имеется один или несколько рядов отверстий (1).

Недостатком этой горелки является то, что не достигается такого выравнивания концентрации газа в газо-воздушной смеси, чтобы обеспечить гомогенное горение и уменьшить концентрацию уровня окислов азота в продуктах сгорания.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности признаков является горелка основной зоны двух зонной кольцевой камеры сгорания ГТД (2).

Горелка содержит струйную форсунку для подачи топливного газа в зону смешения. В корпусе горелки выполнены тангенциальные пазы, по которым воздух поступает в зону смешения с газом. Структура течения на выходе из горелки существенным образом влияет на экологические характеристики.

Характер течения и, как следствие, интенсивность смешения газа с воздухом, изменяется при усилении или ослаблении закрутки потока, которую можно менять путем изменения геометрических параметров тангенциальных пазов При сильной закрутке потока, приводящей к образованию развитой зоны обратных токов, сохраняющей равновесие в динамике, происходит повышение выбросов окислов азота. Образование возвратного течения способствует проскоку пламени во внутрь камеры смешения горелки, что ухудшает ее надежность по тепловому состоянию и снижает запасы по вибрационному горению. Нестабильные возвратные течения снижают пропускную способность горелки по воздуху, что обуславливает обогащение газо-воздушной смеси. Это приводит к повышению уровня выбросов окислов азота.

Целью полезной модели является улучшение качества сжигания газа в части снижения выбросов окислов азота и повышения запасов по вибрационному

горению в широком диапазоне по производительности горелки.

Эта цель достигается тем, что предложенная горелка имеет корпус, в котором расположены перфорированные конусы. Перфорация выполнена, например, в виде отверстий. На выходе из горелки в выходном патрубке расположен завихритель газо-воздушной смеси. Причем, пропускная способность проходного сечения межлопаточных каналов завихрителя должна быть такой, чтобы скорость потока в них была больше скорости распространения пламени в 2...2,5 раза. При этом газ в перфорированные конусы поступает пропорционально расходу воздуха через соответствующие полости.

Такое выполнение горелки, позволяет достичь цели полезной модели, а именно снизить выбросы окислов азота и одновременно повысить запасы по вибрационному горению.

Сущность предмета полезной модели поясняется чертежом, где на фигуре изображена принципиальная схема предложенной горелки.

Горелка содержит форсунку 1 с каналами для подачи газа 3 и 4. Организация вращательного движения газа, поступающего в зону смешения из каналов 4 осуществляется посредством отбойника 5. Горелка содержит корпус 2, в котором расположены перфорированные наружный 6 и внутренний 7 конусы. Перфорация выполнена, например, в виде отверстий 8.

На выходе из горелки в патрубке 9 расположен завихритель 10.

Горелка работает следующим образом.

Воздух из кольцевого канала камеры сгорания поступает в корпус 2. Газ поступает в зоны смешения из форсунки 1 по каналам 3 и 4, при этом ему придается вращательное движение. Смешение воздуха и газа осуществляется по крайней мере в двух полостях. Первая полость образована корпусом горелки 2 и наружным перфорированным усеченным конусом 6. Газ в эту полость поступает из тангенциальных отверстий 3 и смешивается с воздухом, при этом проникает

через отверстия наружного усеченного перфорированного конуса 6. Вторая полость образованна стенками усеченного внутреннего перфорированного конуса 7. Газ в эту полость поступает из отверстий 4, расположенных как минимум в двух поясах по высоте форсунки. Газу также придается вращательное движение при помощи отбойника 5 и газ смешивается с воздухом проникая равномерно через отверстия 8 внутреннего перфорированного конуса 7.

Для обеспечения равномерной концентрации газа во всем объеме топливно-воздушной смеси необходимо его подавать в зоны смешения пропорционально расходу воздуха через соответствующие зоны смешения. Так, например, соотношение суммарной пропускной способности отверстий 3 для выхода газа должны относиться к суммарной пропускной способности отверстий 4 также как суммарная пропускная способность перфорации наружного конуса 6 относиться к суммарной пропускной способности отверстий перфорации внутреннего конуса 7.

Выполнение полостей для смешения газа и воздуха в виде конусов обеспечивает наиболее равномерную скорость и, как следствие, равномерность скоростных напоров потоков воздуха и газа на входе в отверстия перфорации по всей длине зон смешения. При проходе через перфорацию формируются существенные пульсации скорости и статического давления в потоке, в следствии чего происходит качественное смешение газа и воздуха с образованием гомогенной смеси.

После прохождения через стенки конусов с перфорацией топливно-воздушная смесь поступает через выходной патрубок 9 в камеру сгорания. На выходе из горелки топливно-воздушная смесь проходит через завихритель 10 и приобретает закрученное движение с формированием профиля скорости, который необходим из условия устойчивого горения и минимизации вредных выбросов. Для исключения проскока пламени в горелку и повышения запасов по вибрационному горению пропускная способность межлопаточных каналов в завихрителе 10 должна быть такой, чтобы скорость потока в них была больше скорости распространения пламени в 2...2,5 раза.

Применение предварительной закрутки газа и перфорации для смешения воздуха и газа приводит к уменьшению неравномерности концентрации газа в

смеси до значений не превышающих 10%, т.е. получения практически гомогенной смеси. Сжигание такой смеси обеспечивает равномерную по объему зоны горения температуру пламени и, как следствие, минимальные выбросы окислов азота.

Таким образом, применение предложенной горелки позволяет снизить выбросы окислов азота в 1,5...2 раза и одновременно повысить запасы по вибрационному горению.

Использованные источники:

1. А.С. СССР №1322012

2. Постников А.М. Снижение оксидов азота в выхлопных газах ГТУ. Самара: Издательство Самарского научного центра РАН, 2002. - 286 с.

1. Горелка, содержащая воздухоподводящий корпус, завихритель и форсунку с тангенциальными каналами для подачи газа, расположенными в нескольких поясах, отличающаяся тем, что в корпусе горелки после форсунки установлены как минимум две перфорированные обечайки, которые выполнены в виде усеченных конусов, причем наружный конус совместно с корпусом горелки и внутренний конус образуют конические полости.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что соотношение суммарной пропускной способности отверстий для выхода газа в каждом поясе форсунки должно относиться к суммарной пропускной способности всех отверстий форсунки также как суммарная пропускная способность отверстий перфорации обечаек соответствующей полости для смешения воздуха и газа, в которую газ поступает из данного пояса, относиться к суммарной пропускной способности отверстий перфорации обечаек всех полостей для смешения воздуха и газа.

3. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что завихритель установлен на выходе из горелки, причем пропускная способность проходного сечения межлопаточных каналов завихрителя должна быть такой, чтобы скорость потока в них была больше скорости распространения пламени в 2-2,5 раза.