Использование: в термической печи и в камере сгорания котельной и газотурбинной установки для сжигания газообразного топлива. Сущность изобретения: камера сгорания содержит размещенные в корпусе камеру смешения, газовый коллектор с топливными трубками. Каждая топливная трубка выполнена с заглушенными торцами и с радиальными отверстиями в стенке соответственно в зоне коллектора и камеры смешения и установлена в корпусе радиально с возможностью перемещения вдоль ее оси на величину, определяемую по зависимости, указанной в описании. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в термических печах и камерах сгорания котельных и газотурбинных установок для сжигания газообразного топлива.
Известно устройство и способ, реализованный в нем.
Устройство содержит цилиндрическую камеру смешения с воздухоподводящим патрубком на входе и размещенную по оси топливную трубку, в выходном торце которой установлен с возможностью продольного перемещения рассекатель, образующий с трубой кольцевую щель, направленную встречно потоку воздуха под углом 55 - 60
о [1].
Существенным недостатком способа и устройства является низкое качество смешения на режимах, отличных от номинального, а возможности регулирования за счет ширины щели весьма ограничены величиной потерь давления.
Наиболее близким техническим решением является камера сгорания и способ организации процесса горения, реализованный в ней.
Камера содержит камеру смешения с воздухоподводящим патрубком, периферийный газовый коллектор с распределителями [2].
Основной недостаток способа и камеры состоит в снижении экономичности на режимах, отличных от номинального.
Цель изобретения - повышение экономичности на переменных режимах путем интенсификации смешения.
Поставленная цель достигается тем, что в способе сжигания газообразного топлива в камере сгорания, заключающемся в предварительном разделении потока топлива на струи, смешении их с потоком воздуха и воспламенении, причем струи топлива перемещают поперек воздушного потока на величину определяемую по зависимости
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115729.gif)
+
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115730.gif)
= 0,04, где
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115731.gif)
=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115732.gif)
- относительная координата истока струи; K = K
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115733.gif)
/
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115734.gif)
- коэффициент, характеризующий форму и размер струи;
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115735.gif)
,
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115736.gif)
- относительный расход и плотность;
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115737.gif)
=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115738.gif)
; F = n
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115739.gif)
;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
- коэффициент расхода устья струи; d
o - диаметр устья струи; n - количество струй; К
1 - коэффициент формы струи.
В устройстве для осуществления способа, представляющем собой камеру сгорания, содержащую в корпусе камеру смешения и газовый коллектор с топливными трубками, причем каждая топливная трубка выполнена с заглушенными торцами и с радиальными отверстиями в стенке в зоне коллектора и камеры смешения и установлена в корпусе радиально с возможностью перемещения вдоль ее оси.
Известно, что при поперечной подаче струй эффективность смешения в радиальном направлении лимитируется конвективным тепломассопереносом и может быть определена соотношениями
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115740.gif)
,
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115741.gif)
=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115742.gif)
;
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115743.gif)
=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115744.gif)
;
r
ос=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115745.gif)
; h
s= K
1d
o
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115747.gif)
= K
1
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115749.gif)
= K
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115750.gif)
,
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115751.gif)
=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115752.gif)
n;
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115753.gif)
=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115754.gif)
;
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115755.gif)
=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115756.gif)
, где r - координата по радиусу в цилиндрической системе координат;
h
s - глубина проникновения оси струи в плоскости траектории;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
- плотность;
V - скорость;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/956.gif)
- коэффициент расхода отверстия;
n - количество отверстий;
К
1 - коэффициент формы струи;
K = K
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115757.gif)
/
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115758.gif)
- коэффициент, характеризующий форму и размер струи;
А - характерный размер потока, например, диаметр канала;
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115759.gif)
- относительная глубина проникновения оси струи;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
- параметр качества смешения.
Таким образом, при изменении режима работы меняется глубина h
sпроникновения струи и при неизменном положении устья струи ((r
o = const) меняются r
oc и
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115760.gif)
и, как следствие, изменяется качество смешения
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
в радиальном направлении.
Чтобы обеспечить прежнее значение качества смешения (например
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
=1), предлагается сохранять неизменной относительную глубину
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115761.gif)
проникновения струи за счет изменения положения устья струи
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115762.gif)
путем перемещения топливных трубок вдоль собственной оси, т.е. по радиусу камеры.
Известно также, что максимальное значение качества смешения в радиальном направлении имеет место в том случае, когда траектории осей струй в конце активного участка расположены на некоторой поверхности, эквидистантной ограничивающим поток поверхностям.
Для кругового цилиндра - это также поверхность соосного кругового цилиндра, радиус которой имеет вполне определенное значение
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115763.gif)
=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115764.gif)
= 0,2.
На фиг.1 дана схема течения в виде проекции на поперечную секущую плоскость; на фиг.2 - предлагаемая камера.
На фиг.1 следует
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115765.gif)
+
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115766.gif)
=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115767.gif)
= 0,04
или
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115768.gif)
+
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115769.gif)
K
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115771.gif)
= 0,04.
Из последнего соотношения видно, что при увеличении относительного расхода горючего газа необходимо источник переместить ближе к оси камеры, чтобы оставить неизменным качество смешения газа с воздухом.
Камера сгорания содержит камеру 1 смешения, газовый коллектор 2 с топливными трубками 3, снабженными прорезями 4 в области коллектора 2 и отверстиями 5. Топливные трубки 3 имеют заглушенные с обоих концов торцы. Оси отверстий 5 одновременно перпендикулярны оси топливной трубки 3 и оси камеры 1 смешения. Топливные трубки 3 установлены с возможностью осевого перемещения вдоль собственной оси механизмом 6. Фиксация положения осуществляется механизмом 7.
Камера работает следующим образом.
Воздух поступает в камеру 1, туда же из коллектора 2 через прорези 4, топливные трубки 3 и отверстия 5 истекает газ, который эффективно смешивается на номинальном режиме. При изменении режима работы горелки меняется глубина проникновения струй h
s и при неизменном положении топливной трубки
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115772.gif)
= const меняется
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115773.gif)
,
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115774.gif)
и, следовательно,
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
.
Для обеспечения
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
= const в предлагаемом устройстве при
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115775.gif)
= var меняют
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115776.gif)
, что достигается перемещением топливной трубки 3 с помощью механизмов 6 и 7 таким образом, чтобы обеспечивалось постоянное значение
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115777.gif)
.
Исследования, проведенные в лаборатории "Гидрогазодинамика" КФМЭИ в широком диапазоне изменения геометрических и режимных параметров.
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115778.gif)
= 0...0,8;
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115779.gif)
= 0,0078...0,0627;
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115780.gif)
= 0,196...0,784;
2r
o = 0...0,6 показали:
(Здесь
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115781.gif)
=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115782.gif)
,
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115783.gif)
=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115785.gif)
,
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115786.gif)
=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115787.gif)
,
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115788.gif)
=
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115789.gif)
, где t - шаг установки распределителей на корпусе камеры.
1. При неизменном значении
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115790.gif)
изменение
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115791.gif)
приводит к изменению качества смешения от единицы до нуля.
2. Изменение величины
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115792.gif)
позволяет получить высокое качество смешения в широком диапазоне режимов работы устройства (
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115793.gif)
= var).
Формула изобретения
СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ И КАМЕРА СГОРАНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.
1. Способ сжигания газообразного топлива в камере сгорания, заключающийся в предварительном разделении потока топлива на струи, смешении их с воздушным потоком и воспламенении, отличающийся тем, что, с целью повышения эконономичности на переменных режимах путем интенсификации процесса смешения, струи топлива перемещают поперек воздушного потока на величину, определяемую по зависимости
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115794.gif)
где
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115795.gif)
- относительная координата истока струи;
K - коэффициент, характеризующий форму и размер струи;
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/311/3115796.gif)
- относительные расход и плотность.
2. Камера сгорания для сжигания газообразного топлива, содержащая размещенные в корпусе камеру смешения и газовый коллектор с топливными трубками, отличающаяся тем, что каждая топливная трубка выполнена с заглушенными торцами и с радиальными отверстиями в стенке в зоне коллектора и камеры смешения и установлена в корпусе радиально с возможностью перемещения вдоль ее оси.
РИСУНКИ
Рисунок 1,
Рисунок 2