Горелочное устройство

(51) ЕНИ 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 4857648/06 (22) 06.08,90 (46) 15,10.92. Бюл, В 38 (71) Производственное обьединение турбостроения Ленинградский металлический за- (72) В.А. Акулов и К.А. Щенников (56) Авторское свидетельство СССР В 1060884, кл. Р 23 О 14/00, 1982.Авторское свидетельство СССР М 1078196, кл, Р 23 О 14/00, 1984. (54) ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО (57)использование: в горелочнцх устройствах камер сгорания газотурбинных устано 17 б 8871 А вок или топок паровых котлов. Сущность изобретения;. в смесительные трубы 1 через тангенциальные воздухоподводящие патрубки 6 из воздушного коллектора 9 поступает воздух, Из топливной полости 4 через топливоподводящие отверстия 7 поступает топливо. В полостях патрубков 6 струи топлива, направленные поперечно, смешиваются с продольным потоком воздуха. Далее предварительно перемешанная смесь воздуха и топлива поступает в обьем смеси- тельных труб 1, 2, где происходит ее воспламенение и горение. 2.з.п. ф-лы, 6 ил,Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к горелочным устройствам камер сгорания газотурбинных установок (ГТУ) или топок котлов.Известно горелочное устройство, содержащее смесительные трубы, подключенные воздухоподводящими соплами к воздушному коллектору, топливный коллектор с топливоподводящими отверстиями.Однако в известном горелочном устройстве наблюдаются срывы факела при запуске или при форсированных режимах из-за недостаточной стабильности факела.Известно горелочное устройство, содержащее несколько смесительных труб, подключенных тангенциальными воэдухоподводящими соплами к воздушному коллектору, топливный коллектор с топливоподводящими отверстиями.В известном устройстве смесительные трубы заглушены с одного торца, и часть из них на этих торцах снабжена запальными устройствами, а воздухоподводжцие сопла и топливоподводящие отверстия въеолнены в боковых стенках труб соответственно в виде тангенциальных и радиальных отверстий.Воздух, проходя через тангенциааьнне отверстия в смесительные трубы, закручи. вается в виде топливовоздушного закрученного жгута, распространяется к открьйому торцу. Благодаря высокой степени звкруиси. создаются весьма хорошие условия стабилизации горения. Последнее в значительной степени повышает надежность эксплуатации прототипа по сраенению с аналогом, где отсутствует тангенциальный подвод воздуха в смесительную трубу,Недостатком прототипа является сравнительно высокое содержание в продуктах сгорания оксидов азота. Это является следствием того, что в пламенном закрученном жгуте при горении топлива образуются локальные зоны с высокой, близкой к стехиометрической (1600-1900 С) температурой, Известно, что при такой температуре происходит интенсивное соединение азота, содержащегося в воздухе, с кислородом, т.е. образование оксидов азота. Исследования состава продуктов сгорания показывают, что при использовании прототипа в пэоодуктах сгорания содержится до 250 мг/м оксидов азота (при 15 оь содержании кислорода и условиях, приведенных к нормальным).Целью изобретения является уменьшение концентрации оксидов азота в продуктах сгорания за счет понижения температуры горения путем предварительного (до месторасположения зоны горения)перемешивания топлива и воздуха в воздухоподводящем сопле,Указанная цель достигается тем, что вгорелочном устройстве, содержащем смеси- тельные трубы, каждая из которых укреплена в корпусе с образованием .полости, подключенной к топливопроводу, и воэдухоподводящие патрубки, имеющие прямоугольную или овальную форму поперечного10, сечения и тангенциально укрепленные одним концом к смесительной трубе, а другим - к корпусу, в стенке одного из оснований каждого патрубка выполнены ряды отверстий, расположенные на его ширине. Крометого для повышения качества смешения, в стенке другого основания каждого патрубка выполнены ряды отверстий, расположенные со смещением относительно рядов первого на половину шага между отверстиями. 20ЗО4550 На фиг, 1 представлен продольный раэрез горелочного устройства; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - се:.ение А-А на фиг, 1 по.й. 2 формулы ".о .-тения; на Фмг. 5 -сечение В-В на фиг. 4 по и. 2 форм.лы изобретения; на фиг. 6 - сечение В - В на фиг, 4 по и. 3 формулы изобретения,Горелочное устройство содержит смеаательные трубы 1 и 2,каждая иэ которыхукреплена в корпусе 3 с образованием полости 4, подключенной к топливопроводу 5, ивоздухоподводящие патрубки 6, имеющие прямоугольную или овальную форму поперечного сечения и тан генциально укрепленные одним концом к смесительной трубе 1,2, а другим - к корпусу 3. Е стенке одного иэ оснований каждогопатрубка 6 выполнены ряды отверстий 7,расположенные на его ширине. Кроме тогодля повышения качества смешения, в стенке другого основания каждого патрубка 6 выполнены ряды отверстий 8. расположенные со смещением относительно рядов первого на величину, составляющую половинушага Н между отверстиями 7,Воэдухоподводящие патрубки 6 подключены к воздушному коллектору 9.При работе устройства в смесительные трубы 1 через тангенциальные воэдухоподводящие патрубки 6 иэ воздушного коллектора 9 поступает воздух. Иэ топливной полости 4 через топливоподводящие отверстия 7 поступает топливо(природный гаэ). В полостях патрубков 6 струи топлива, направленные поперечно, смешиваются с продольным потоком воздуха, Далее предварительно перемешанная смесь воздуха и топлива поступает в обьем смесительных труб 1, 2, где происходит ее воспламенение и горение,В результате предварительного перемешивания топлива и воздуха выравнивается поле концентраций топлива и воздуха в зоне горения.и практически ликвидируются локальные очаги, в которых стехиаметриче ское соотношение близко к 1, В результате горение идет с температурой, достаточно близкой к средней, которая соответствует принятому коэффициенту избытка воздуха. На практике при выполнении устройства па 10 и, 1 температура горения составляет от 1100 да 1250 С, Несмотря на сравнительно низкий уровень температуры, благодаря отли 4- ным стабилизирующим свойствам смесительных труб 1, 2 процесс горения 1;". происходит устойчиво и с высоким КПД.При выполнении топливоподвадя: х отверстий 7, 8 в противоположных стенкх воздухоподвадящих патрубков 6 позволя т улучшить процесс перемешивания. Б;, - 20 зультате этого температура горения становится более близкой к средней. . обусловленной заданным коэффлциентам избытка воздуха. Последнее позволяет уменьшить содержание оксидов азота в вы хлопных газах дополнительно на 5-Яо,.Наиболее равномерные концентрации смеси создаются в горелачнам устройстве, в котором отверстия 7, 8, выполненные в противоположных стенках пат:убков б, 30 сцвинуты на половину расстояния междусаседними отверстиями 7. В этом случае удается содержание оксидов азота в выхлопных газах уменьшить еще на 3-5%. Указанный эффект достигается за счет ба лее полного перекрытия продольного потока воздуха поперечными струями топлива,В соответствии с изобретением на ПО ЛМЗ было изготовлено горелачнае устройство применительно к камере сгорания ГТЭ 150, которое прошло комплекс всесторонних испытаний в огневых уславиях полноразмерного стенда лаборатории камер сгорания НПО ЦКТИ.Результаты испытаний показали, что содержание оксидов азота в выхлопных газах составило 150 - 170 мг/м (при условиях, приведенных к нормальным, и 15 О/,-ном содержании кислорода).При создании более экологически чистой техники принято оценивать не экономический эффект, а уменьшение ущерба от гоксичных веществ, По данным Минэнерго, уменьшение содержания оксидов азота в продуктах сгорания на 1 мг/м позволяет уменьшить ущерб на 500 рублей, В нашем случае при использовании изобретения содержание оксидов азота уменьшится по меньшей мере на 80 мг/м.О о р мул а и зоб ретен и я 1. Горелочное устройство, содержащее смесительные трубы, каждая из которых укреплена в корпусе с образованием полости, подключенной к топливопроводу, и воздухоподводящие патрубки, имеющие прямоугольную или овальную форму поперечного сечения и тангенциально прикрепленные одним концом к смесительной трубе, а другим - к корпусу, о т л и ч а а щ е е с я тем, что, с целью снижения концентрации оксидов азота в продуктах сгорания, р стенке одного из оснований каждого патр юбка выполнены ряды отверстий, расположенные на ега ширине.2, Устройство па и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, чта, с целью повышения качества смешения, в стенке другого основания каждого патрубка выполнены ряды отверстий, расположенные са смешением относительна рядов первого.3. Устройства поп,2, атл и ча ющеес я тем, что, смещение одного ряда отверстий относительно другого выполнгно равным половине шага между отверстиями.1768871 оставитель В,Смирновахред М.Моргентал дактор О,Федотов Те Корректо шеля изводственно-издательский комбинат "Патент", гУжгород, ул.Гагарина, 101 а 16 Тираж Подписное БНИКПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб., 4/5