камера сгорания для парогазовой установки

Формула изобретения

Камера сгорания для парогазовой установки, содержащая корпус с выходным патрубком для парогазовой смеси, концентрично размещенные жаровую трубу с горелочным устройством, снабженным патрубками подвода топлива и воздуха, и кольцевой многоступенчатый водяной теплообменник, первая, периферийная, ступень которого закреплена на стенке корпуса, а вторая, внутренняя, ступень снабжена на выходе распыливающим устройством и образует с периферийной ступенью водяного теплообменника камеру смешения, отличающаяся тем, что горелочное устройство дополнительно снабжено кольцевым теплообменником для подогрева топлива, установленным внутри жаровой трубы, которая выполнена с тангенциально расположенным патрубком подвода воздуха, внутренняя ступень водяного теплообменника установлена соосно за горелочным устройством и с зазором относительно жаровой трубы, при этом распыливающее устройство выполнено в противоположном горелочному устройству торце, который снабжен направляющим козырьком, размещенным в камере смешения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано, преимущественно в двигательных парогазовых установках.

Из уровня техники известны камеры сгорания для парогазовых установок, которые содержат корпус с патрубком подвода воды или пара и выходным патрубком для парогазовой смеси и горелочное устройство с патрубками подвода топлива и воздуха (авт. св. СССР N 601441, кл. F 01 K 22/02, 1978; авт. св. СССР N 1343043, кл. F 01 K 21/04, 1987).

Основным недостатком данных камер сгорания является то, что предварительный подогрев воды и получение пара в них происходит от постороннего источника энергии.

Известна также камера сгорания парогазогенераторов, который содержит трубчатый корпус с выходным патрубком для парогазовой смеси, внутри которого размещены горелочное устройство с патрубками подвода топлива и воздуха, и теплообменники для подогрева воды и получения пара с регулируемым парораспыливающим устройством (авт. св. СССР N 168962, кл. F 01 K 21/04, 1965).

Однако конструктивное выполнение и взаимное расположение водяных теплообменников внутри корпуса не обеспечивает экономичного использования тепла, выделяющегося в горелочном устройстве при сгорании топлива, для приготовления парогазовой смеси, т. к. часть тепла бесполезно отводится через корпус в окружающую среду.

Наиболее близкой к изобретению является камера сгорания для парогазовой установки, содержащая корпус с выходным патрубком для парогазовой смеси, концентрично размещенные внутри корпуса жаровую трубу с горелочным устройством, снабженным патрубками подвода топлива и воздуха, и кольцевой многоступенчатый водяной теплообменник, первая ступень которого закреплена на стенке корпуса, а вторая внутренняя ступень снабжена распыливающим устройством и образует с периферийной ступенью камеру смешения (Шнеэ. Я.И. Газовые турбины. М. Машгиз, 1960, с. 8, 9).

Многоступенчатый водяной теплообменник, обеспечивающий охлаждение стенок корпуса и подогрев воды теплом, выделяющимся в камере сгорания, повышает экономичность установки, однако процесс смешения водяных паров с газообразными продуктами сгорания топлива организован недостаточно эффективно.

Изобретение направлено на интенсификацию процесса выработки смеси высоких параметров в камере сгорания.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в камере сгорания, содержащей корпус с выходным патрубком для парогазовой смеси, концентрично размещенные жаровую трубу с горелочным устройством, снабженным патрубками подвода топлива и воздуха, и кольцевой многоступенчатый водяной теплообменник, первая, периферийная ступень которого закреплена на корпусе, а вторая, внутренняя ступень, снабжена на выходе распыливающим устройством и образует с периферийной ступенью водяного теплообменника камеру смещения, согласно изобретению, горелочное устройство дополнительно снабжено кольцевым теплообменником для подогрева топлива, установленным внутри жаровой трубы, которая выполнена с тангенциально расположенным патрубком подвода воздуха, внутренняя ступень водяного теплообменника установлена соосно за горелочным устройством и с зазором относительно жаровой трубы, при этом распыливающее устройство выполнено в противоположном горелочному устройству торце, который снабжен направляющим козырьком, размещенным в камере смешения. Наличие в горелочном устройстве дополнительного теплообменника для подогрева топлива и его взаимное расположение относительно кольцевых ступеней водяного теплообменника, формирующих камеру смешения, в которой размещен направляющий козырек, способствует улучшению процесса сжигания топлива и обеспечивает интенсивное смешение газообразных продуктов сгорания с водяным паром, гомогенизацию потока парогазовой смеси с получением высокодисперсного однородного рабочего тела высоких параметров, пригодного для эффективного использования в двигательных установках.

На чертеже представлен общий вид камеры сгорания.

Камера сгорания содержит цилиндрический корпус с выходным патрубком 2 для парогазовой смеси, концентрично размещенные кольцевой многоступенчатый водяной теплообменник, первая по ходу воды, периферийная ступень 3 которого закреплена на стенке корпуса 1, а вторая, находящаяся в более горячей зоне, внутренняя ступень 4, снабжена на выходе распыливающим устройством, выполненным в виде одной или нескольких форсунок 5, и направляющим козырьком 6, и жаровую трубу 7, установленную с зазором относительно внутренней ступени 4 водяного теплообменника. В жаровой трубе 7 расположено горелочное устройство, включающее тангенциальный патрубок 8 подвода воздуха и топливную форсунку 9, подключенную к кольцевому топливному теплообменнику 10, который установлен соосно перед второй внутренней ступенью 4 водяного теплообменника и снабжен патрубком 11 подвода топлива.

Камера сгорания работает следующим образом.

При сжигании топлива, которое подается в форсунку 9 подогретым в топливном теплообменнике 10, образуются газообразные продукты сгорания, которые из внутреннего пространства кольцевого топливного теплообменника 10 и жаровой трубы 7 проходят по центральному каналу через внутреннюю ступень 4 кольцевого водяного теплообменника, разворачиваются, обтекая установленный на торце последнего направляющий козырек 6, и поступает в камеру 12 смешения, образованную кольцевыми концентричными ступенями 3 и 4 водяного теплообменника и жаровой трубы 7.

Вода поступает сначала в первую периферийную ступень 3 водяного теплообменника, которая обеспечивает охлаждение корпуса 1 и предварительно подогрев, а затем направляется во вторую ступень 4 водяного теплообменника и через форсунки 5 распыливающего устройства вводится в камеру 12 смешения.

Полученная в камере 12 смешения парогазовая смесь с высокими параметрами отводится через выходной патрубок 2. При этом часть потока парогазовой смеси за счет эффекта эжекции подсасывается через зазор между жаровой трубой 7 и второй внутренней ступенью 4 водяного теплообменника в центральный поток газообразных продуктов сгорания, выходящий из жаровой трубы 7, и смешивается с ним, что способствует повышению однородности и равномерности распределения параметров парогазовой смеси.