Камера згоряння

Реферат: Камера згоряння, яка містить: кожух, встановлену в кожух форсунку з завихрювачем, причому за завихрювачем встановлена жарова труба, яка утворюється обичайками зон горіння багатої та бідної паливоповітряної суміші, між якими виконане звуження обичайки зони горіння багатої паливоповітряної суміші, в якому розташовані отвори для підводу повітря, причому інтервал відношення діаметра звуження обичайки зони горіння багатої паливоповітряної суміші до діаметра обичайки зони горіння багатої паливоповітряної суміші складає 0,4-0,55. UA 93619 U (54) КАМЕРА ЗГОРЯННЯ UA 93619 U UA 93619 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі енергомашинобудування, а саме до газотурбобудування, і може використовуватися в камерах згоряння стаціонарних газотурбінних установок, що працюють на синтетичних газах. При переведенні газотурбінних двигунів, що працюють на традиційному паливі, на синтетичне паливо в ряді випадків спостерігається збільшення кількості шкідливих викидів оксидів азоту (NOx) у відпрацьованих газах. Це зумовлює необхідність запровадження заходів щодо підвищення екологічності шляхом зменшення рівня шкідливих викидів. Одним із шляхів зниження кількості оксидів азоту у відхідних газах є запровадження технології RQL (Rich-Burn, Quick-Mix, Lean-Burn Combustor), тобто горіння багатої суміші, швидке змішування і горіння бідної суміші. Такий спосіб спалювання палива практично реалізується у двозонній камері згоряння з послідовним розташуванням зон горіння - зони з багатою та бідною паливоповітряною сумішшю (див. А… Ивах, Г.П. Гребенюк, М.Н. Ишбулатов, В.И. Арефин, Н.И. Фокин ОСОБЕННОСТИ КОНВЕРТИРОВАНИЯ ФОРСИРОВАННОЙ ПО СКОРОСТИ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ПРИ РАБОТЕ НА ПРИРОДНОМ ГАЗЕ. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева, № 2(2), 2002. - с. 21-26.). RQL-технологія спалювання палива реалізована в ряді конструкцій камер згоряння газотурбінних двигунів. Аналогом корисної моделі є RQL камера згоряння, наведена у статті: Hosoi Jun, Hiromitsu Nagayoshi, Riechelmann Dirk, Fujii Atsushi, Sato Junichi. SIMPLE LOW NOX COMBUSTOR TECHNOLOGY. IHI Engineering revive, Vol. 41, № 1, 1 February, 2008. - pp.46-50. Наведена камера складається з паливної форсунки, завихрювача, обичайок камери згоряння циліндричної форми. Виконання камери згоряння циліндричної форми, що є типовим для більшості існуючих камер згоряння, не передбачає яких-небудь конструктивних рішень для розподілу зон з багатою та бідною паливоповітряною сумішшю. Це суттєво зменшує ефект від використання технології RQL. Прототипом корисної моделі є RQL камера згоряння, яка наведена у джерелі: Arthur Н. Lefebvre, Dilip R. Ballal. GAS TURBINE COMBUSTION. ALTERNATIVE FUELS AND EMISSIONS. CRC Press. Taylor & Francis Group, 2010. - pp. 418-419. RQL камера згоряння містить: кожух, встановлену в кожух форсунку з завихрювачем, причому за завихрювачем встановлена жарова труба, яка утворюється обичайками зон горіння багатої та бідної паливоповітряної суміші, між якими виконане звуження обичайки зони горіння багатої паливоповітряної суміші, в якому розташовані отвори для підводу повітря. Через паливну форсунку і через завихрювач подаються паливо і повітря відповідно, які утворюють паливоповітряну суміш. Багате горіння відбувається в зоні безпосередньо після форсунки. Далі відбувається збіднення паливоповітряної суміші за рахунок інтенсивної подачі повітря через отвори підводу повітря. паливоповітряна суміш потрапляє в зону бідного горіння, в якій проходять процеси швидкого охолодження та завершуються процеси окиснення палива. Більш низькі викиди NOx реалізовані за рахунок мінімізації часу перебування газоподібних продуктів згоряння в періоди, при яких відношення кількості палива до повітря близьке до стехіометричного. Недоліками камери згоряння прототипу є можливість нераціонального виконання геометрії камери в зв'язку з відсутністю рекомендацій щодо вибору співвідношень діаметра звуженої частини та діаметра обичайки зони горіння багатої паливоповітряної суміші. Якщо співвідношення діаметрів звуженої частини та обичайки зони горіння багатої паливоповітряної суміші вибрані нераціонально, існує імовірність підсосу повітря із зони швидкого змішування в зону горіння багатої суміші. При цьому ефект від використання RQL-технологій спалювання палива значно зменшується, що призводить до зростання кількості оксидів азоту у відхідних газах газотурбінного двигуна. В основу корисної моделі поставлено задачу поліпшення екологічних характеристик роботи камери згоряння, виконаної за технологією RQL. Поставлена задача вирішується шляхом встановлення діапазону співвідношень діаметра звуженої частини обичайки зони багатого згоряння до діаметра обичайки зони багатого горіння. Для вирішення поставленої задачі: Камера згоряння відрізняється тим, що в неї інтервал відношення діаметра звуженої частини обичайки зони багатого згоряння паливоповітряної суміші до діаметра обичайки зони багатого горіння паливоповітряної суміші складає 0,4-0,55. В даному інтервалі спостерігається значне зниження мольної долі NO на виході з камери згоряння, що працює за RQL схемою. З метою підтвердження запропонованих рішень за допомогою методів обчислювальної гідродинаміки (CFD) були досліджені процеси спалювання палива в конструкціях камер 1 UA 93619 U згоряння з різними значеннями відношення діаметра звуженої частини обичайки зони багатого згоряння (d1) до діаметра обичайки зони багатого горіння (d0) (див. табл.). Таблиця Результати розрахунків робочих процесів в камері згоряння Традиційна схема d1/d0 Температура на виході з КЗ, К Мольна доля NO на виході, ррm 5 10 15 20 25 30 Модифікація 1 (RQLсхема горіння) 1 1 Модифікація 2 (RQL-схема горіння) 0,89 1167,4 1194,2 1192,3 1190,9 94,0 144,3 109,1 28,9 Модифікація 3 (RQLсхема горіння) 0,43 Згідно з наведеними результатами математичного моделювання процесів у камері згоряння можливо суттєве поліпшення екологічних характеристик за рахунок зниження мольної долі NO при використанні запропонованого інтервалу відношення d1/d0. На кресленні зображена загальна схема камери згоряння. Камера згоряння складається з кожуха 1, що кріпиться на силовому корпусі (на кресленні не показано), встановленої в кожух 1 форсунки 2 з завихрювачем 3. За завихрювачем 3 встановлена жарова труба, яка утворюється обичайкою зони горіння багатої паливоповітряної суміші 4 та обичайкою зони горіння бідної паливоповітряної суміші 5. Між обичайками 4 та 5 виконане звуження обичайки зони горіння багатої паливоповітряної суміші 6, в якому розташовані отвори 7 для підводу повітря. Запропонований інтервал співвідношення діаметра звуженої частини обичайки зони багатого згоряння 6 до діаметра обичайки зони багатого горіння 4 складає 0,4-0,55. Камера згоряння працює таким чином. Через встановлені в кожуху 1 форсунку 2, завихрювач 3 синтетичне паливо та повітря відповідно подаються в зону багатого згоряння та утворюють паливоповітряну суміш. Рекомендовані значення коефіцієнта надлишку повітря знаходяться в інтервалі 0,5-0,7. Багате горіння відбувається в зоні, яка утворюється обичайкою зони горіння багатої паливоповітряної суміші 4. Далі відбувається збіднення паливоповітряної суміші за рахунок інтенсивної подачі повітря через отвори 7 підводу повітря, які розташовані у звуженні обичайки зони горіння багатої паливоповітряної суміші 6. У цій зоні швидкого змішування відбувається збільшення значення коефіцієнта надлишку повітря до 2,0-2,5. Далі паливоповітряна суміш потрапляє в зону бідного горіння, яка утворена обичайкою зони горіння бідної паливоповітряної суміші 5. Тут проходять процеси швидкого охолодження та завершуються процеси окиснення палива. Запропонований інтервал співвідношення діаметра звуженої частини обичайки зони багатого згоряння 6 до діаметра обичайки зони багатого горіння 4 забезпечує відсутність імовірності підсосу повітря із зони швидкого змішування і збільшення швидкості паливоповітряної суміші на виході із зони багатого згоряння. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Камера згоряння, яка містить: кожух, встановлену в кожух форсунку з завихрювачем, причому за завихрювачем встановлена жарова труба, яка утворюється обичайками зон горіння багатої та бідної паливоповітряної суміші, між якими виконане звуження обичайки зони горіння багатої паливоповітряної суміші, в якому розташовані отвори для підводу повітря, яка відрізняється тим, що інтервал відношення діаметра звуження обичайки зони горіння багатої паливоповітряної суміші до діаметра обичайки зони горіння багатої паливоповітряної суміші складає 0,4-0,55. 2 UA 93619 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3