способ и устройство для сжигания топлива

Формула изобретения

1. Способ сжигания топлива, при котором воздушный поток разделяют на центральный и периферийный закрученные потоки, смешивают их с образованием циркуляционных зон и подают в эти зоны топливо, отличающийся тем, что выходящий из зоны сгорания вихревой поток раскручивают, преобразуя кинетическую энергию вращательного движения в потенциальную энергию давления, разбавляют, подавая дополнительные массы в начало процесса раскрутки, и одновременно с разбавлением и раскруткой дожигают.

2. Устройство для сжигания топлива, выполненное в виде камеры сгорания, содержащей установленные соосно предкамеру с лопаточным завихрителем, в центре которого расположено устройство подачи топлива, жаровую трубу, начальный участок которой охватывает выходной участок предкамеры, соединенные лопаточным завихрителем, расположенным между внешней поверхностью предкамеры и внутренней поверхностью жаровой трубы, смеситель, установленный в конце жаровой трубы, канал подвода воздуха и канал выхода продуктов сгорания, отличающееся тем, что смеситель выполнен в виде раскруточного диффузора.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что начальный участок диффузора выполнен перфорированным, причем выходные отверстия перфорации соединены с проточной частью диффузора, а выходные - с каналом подвода воздуха.

4. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что канал подвода воздуха выполнен в виде трех раздельных каналов, первый из которых предназначен для подвода воздуха в предкамеру, второй - в жаровую трубу, третий - в начальный участок раскруточного диффузора, причем каждый канал снабжен регулируемой заслонкой.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что лопаточный завихритель жаровой трубы выполнен регулируемым, обеспечивающим переменный угол выхода потока.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области сжигания топлива и может найти применение в бытовой технике, теплоэнергетике и на предприятиях по сжиганию и переработке отходов.

Известны способы сжигания топлива, (см., например, а.с. СССР 1081382, МПК F 23 D 13/00). По этому способу топливо сжигают путем раздельного создания активной и пассивной частей топливовоздушной смеси, образования из них многоструйных потоков, их смешения и последующего совместного сжигания, причем струи пассивной части топливовоздушной смеси на стадии смешения пропускают между струями активной части у корня факела горения, а несгоревшую долю струй пассивной части вводят в активную часть до начала образования из нее многоструйного потока.

Из известных способов сжигания топлива наиболее близким к заявляемому является способ, описанный в а.с. СССР 1071872. По этому способу топливо сжигают путем разделения воздушного потока на центральный и периферийный закрученные потоки, смешения их с образованием циркуляционных зон и подачи в эти зоны топлива, при этом периферийный поток разделяют на отдельные струи, которые дополнительно закручивают в виде вихрей.

Известные способы сжигания топлива не обеспечивают полного использования энергетики продуктов сгорания, что не позволяет без дополнительных энергетических затрат интенсифицировать процесс сжигания топлива и увеличить полноту его сгорания.

Известны устройства для сжигания топлива (см., например, "Циклонная топка" по а.с. СССР 918663, МПК F 23 С 5/32).

Циклонная топка содержит включенные последовательно формокамеру с тангенциальными соплами подачи топлива и воздуха и камеру сгорания с тангенциальными соплами подачи воздуха, а также пережимом в ее выходном участке, подключенном к газоходу. Топка снабжена фильтрующим устройством, установленным в газоходе на расстоянии 3-4 калибров пережима от выходного участка камеры сгорания.

Из известных устройств для сжигания топлива наиболее близким к заявляемому является выносная камера сгорания установки ГТ-700-5 (см. Пчелкин Ю.М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. М. : Машиностроение, 1984, с. 156-157). Устройство для сжигания топлива, выполненное в виде камеры сгорания, содержит установленные соосно предкамеру с лопаточным завихрителем, в центре которого установлено устройство подачи топлива, жаровую трубу, начальный участок которой охватывает выходной участок предкамеры, соединенные лопаточным завихрителем, расположенным между внешней поверхностью предкамеры и внутренней поверхностью жаровой трубы, смеситель, установленный в конце жаровой трубы, каналы подвода воздуха и канал выхода продуктов сгорания.

Известные устройства для сжигания топлива также не обеспечивают полного использования энергетики продуктов сгорания, что не позволяет без дополнительных энергетических затрат интенсифицировать процесс сжигания топлива и увеличить полноту его сгорания.

Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение - интенсификация процесса сжигания топлива и увеличение полноты его сгорания за счет наиболее полного использования энергетики закрученного потока продуктов сгорания и последующего их дожигания, особенно в условиях гравитационной тяги.

Техническая задача решается тем, что в способе сжигания топлива воздушный поток разделяют на центральный и периферийный закрученные потоки, смешивают их с образованием циркуляционных зон и подают в эти зоны топливо, а выходящий из зоны сгорания вихревой поток раскручивают, преобразуя кинетическую энергию вращательного движения в потенциальную энергию давления, разбавляют, подавая дополнительные массы воздуха в начало процесса раскрутки, и одновременно с раскруткой и разбавлением дожигают. Устройство, выполненное в виде камеры сгорания, содержит установленные соосно предкамеру с лопаточным завихрителем, в центре которого расположено устройство подачи топлива, жаровую трубу, начальный участок которой охватывает выходной участок предкамеры, соединенные лопаточным завихрителем, расположенным между внешней поверхностью предкамеры и внутренней поверхностью жаровой трубы, смеситель, установленный в конце жаровой трубы, соосно последней, каналы подвода воздуха и канал выхода продуктов сгорания, при этом смеситель выполнен в виде раскруточного диффузора, начальный участок которого выполнен перфорированным, причем выходные отверстия перфорации соединены с проточной частью диффузора, а входные - с каналом подвода воздуха, который выполнен в виде трех раздельных каналов, первый из которых предназначен для подвода воздуха в предкамеру, второй - в жаровую трубу, третий - в начальный участок раскруточного диффузора, причем каждый канал снабжен регулируемой заслонкой, а лопаточный завихритель жаровой трубы выполнен регулируемым, обеспечивающим переменный угол выхода потока.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором представлено устройство для сжигания топлива, продольный разрез.

Способ сжигания топлива осуществляют следующим образом. Воздушный поток, поступающий в зону сгорания, разделяют на центральный и периферийный закрученные потоки, затем их смешивают с образованием циркуляционных зон и подают в эти зоны топливо. Образовавшуюся топливовоздушную смесь поджигают от внешнего теплового источника. Продукты сгорания, выходящие из зоны сгорания, раскручивают с преобразованием кинетической энергии вращательного движения в потенциальную энергию давления, разбавляют, подавая дополнительные массы воздуха в начало процесса раскрутки, и одновременно с раскруткой и разбавлением дожигают.

Устройство для сжигания топлива выполнено в виде вихревой камеры сгорания (см. чертеж) и содержит установленные соосно и последовательно предкамеру 1 с лопаточным завихрителем 2, в центре которого расположено устройство подачи топлива 3, жаровую трубу 4, начальный участок которой охватывает выходной участок предкамеры 1, завихритель 5, расположенный между внешней поверхностью предкамеры 1 и внутренней поверхностью жаровой трубы 4, смеситель, установленный в конце жаровой трубы и выполненный в виде раскруточного диффузора 6, канал подвода воздуха 7, канал выхода продуктов сгорания 8, газоход 9. Канал подвода воздуха выполнен в виде трех раздельных каналов: канал 10 для подвода воздуха в предкамеру 1, канал 11 для подвода воздуха в жаровую трубу 4, канал 12 для подвода воздуха в начальный участок раскруточного диффузора 6, каждый из каналов снабжен регулируемой заслонкой. Начальный участок диффузора 6 выполнен с перфорацией 13, выходные отверстия которой соединены с проточной частью 14 диффузора 6, а входные - с каналом подвода воздуха 12. Устройство подачи топлива 3 выполнено в виде форсунки.

Устройство работает следующим образом. Из каналов подвода воздуха 10 и 11 через завихрители 2 и 5 соответственно подается воздух от внешнего источника в предкамеру 1 и жаровую трубу 4. В результате этого в предкамере 1 и в камере сгорания 4 формируется соответственно центральный и периферийный закрученные потоки воздуха, которые затем смешиваются с образованием циркуляционных зон. В эти зоны через форсунку 3 подается газообразное, жидкое или измельченное твердое топливо, которое в циркуляционных зонах смешивается с воздухом, образуя топливовоздушную смесь, которая поджигается внешним тепловым источником. В результате в предкамере 1 формируется первичная зона горения топлива, которое затем догорает в центральной зоне камеры сгорания 4, в выходном сечении которой образуется закрученный поток продуктов сгорания, который после выхода из зоны сгорания раскручивают в диффузоре 6, преобразуя кинетическую энергию вращательного движения в потенциальную энергию давления. Процесс раскрутки вихревого потока продуктов сгорания совмещают с процессом разбавления, подавая дополнительные массы воздуха в начало процесса раскрутки, и с процессом дожигания. Продукты сгорания, пройдя газоход 9, поступают в канал выхода продуктов сгорания.

Таким образом, введенные в способ и устройство для сжигания топлива новые отличительные признаки позволяют решить поставленную техническую задачу: интенсифицировать процесс сжигания топлива и увеличить полноту сгорания его за счет наиболее полного использования энергетики закрученного потока продуктов сгорания и последующего их дожигания, особенно в условиях гравитационной тяги.