CZ279187B6

CZ279187B6 - Způsob spalování paliv a spalovací komora k provádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CZ279187B6
Application number: CS922419A
Authority: CZ
Inventors: Vladimir Alexejevič Ing. Csc. Akulov; Jevgenij Dmitrijevič Ing. Csc. Vinogradov; Jurij Ivanovič Ing. Csc. Zacharov; Konstantin Jurjevič Ing. Csc. Sokolov; Anatolij Vladimirovič Sudarev; Sergej Ivanovič Ing. Treťjakov; Stanislav Ing. Csc. Veselý; Gustav Ing. Poslušný
Original assignee: Ekol, Spol. S R.O.
Priority date: 1991-10-23
Filing date: 1992-08-04
Publication date: 1995-01-18
Also published as: SK241992A3; RU2027111C1; SK278077B6; CZ241992A3

Abstract

Do částečně uzavřeného prostoru se přivádí palivo a vzduch a z jeho opačné strany vystupují splodiny spalování. Do oblasti maximálních teplot v částečně uzavřeném prostoru se přivádí přídavný vzduch. Spalovací komora obsahuje plamenec (1) a čelo (2), v němž jsou uloženy hořáky (3), z nichž většina je rozmístěna po kružnici a které obsahují vířiče (4) vzduchu. Ve spalovací komoře jsou uspořádány nátrubky (6, 7) pro přívod přídavného vzduchu. Osa každého nátrubku (6, 7) protíná válcovou plochu procházející osami hořáků (3) ve vzdálenosti (S) od čela (2) spalovací komory. Vzdálenost (S) je rovna polovině až trojnásobku průměru (d) vířičů (4) vzduchu. Poměr celkové plochy průtočného průřezu všech nátrubků (6, 7) k celkové průtočné ploše vířičů (4) vzduchu je v rozsahu 40 až 90 %.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu spalováni paliv ve spalovacím prostoru v jednom směru otevřeném a ve zbývajících směrech uzavřeném, do nějž se přivádí palivo a vířený vzduch z čelní uzavřené strany a z opačné strany vystupují zplodiny spalování, přičemž alespoň 50 % paliva se přivádí ve směru povrchových přímek alespoň jedné válcovité plochy. Také se týká spalovací komory k provádění uvedeného způsobu, v níž je uspořádán plamenec a čelo, v němž jsou uloženy hořáky s vířiči vzduchu, z nichž alespoň polovina je rozmístěna po kružnici.

Dosavadní stav techniky

Podle známých způsobů spalování paliv se přivádí do částečně uzavřeného prostoru, který je zpravidla přestavován spalovací komorou, z uzavřené strany palivo a vzduch, který je známým postupem rozvířen. Známé spalovací komory k provádění těchto způsobů, používané zejména v energetickém a chemickém průmyslu a v dopravě, sestávají z plamence a čela spalovací komory, které obsahuje hořák, vířič vzduchu a zařízení na rozdělování paliva - viz například PČELKIN J.M.: Spalovací komory plynových turbín, ruské vydání, Mašinostrojenie 1984, s. 278. Nedostatkem takových způsobů a spalovacích komor je vysoká toxicita zplodin spalování, především vysoká koncentrace oxidů dusíku. Příčinou je zejména přívod veškerého paliva do jednoho hořáku, což má za následek vytvoření dlouhého plamene, prodloužení doby pobytu zplodin spalování v oblasti vysokých teplot a přitom intenzivní tvorbu oxidů dusíku.

Tento nedostatek je možné ve značné míře snížit tím, že se palivo přivádí do částečně uzavřeného prostoru na více místech uzavřené strany tohoto uzavřeného prostoru. Analogicky tomu se používá spalovací komory s větším počtem hořáků. Příkladem tohoto řešení je spalovací komora pro spalovací turbínu určená pro pohon dmychadla přečerpávajícího plyn na kompresních stanicích dálkových plynovodů - viz patentový spis SSSR č. 228379. Tato spalovací komora sestává z plamence a čela komory, které obsahuje vířiče vzduchu a větší počet plynových hořáků.

Uvedená spalovací komora s větším počtem hořáků a způsob spalování, který v ní probíhá, má nižší toxicitu zplodin spalování než spalovací komora s jedním hořákem. V důsledku rozdělení jednoho velkého plamene na řadu malých plamenů se zkracuje značně délka plamene. Příslušně tomu se tedy zkracuje doba pobytu zplodin spalování v oblasti vysokých teplot, což vede ke sníženi koncentrací oxidů dusíku vznikajících při spalování. Přesto však je obsah oxidu dusíku za touto spalovací komorou asi 750 mgm , což mnohokrát překračuje platné normy v mnoha státech.

Cílem vynálezu je v co největší míře odstranit nevýhody známých řešení a vytvořit způsob spalování paliv a spalovací

-1CZ 279187 B6 komoru umožňující spalování a podstatně nižším podílem toxických látek ve zplodinách spalováni.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje způsob spalování paliv podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na procesu spalováni se podílí přídavný vzduch přiváděný z okrajových oblastí spalovacího prostoru do oblasti maximálních teplot vznikajících spalin, přičemž směr pohybu přiváděného přídavného vzduchu se protíná s válcovou plochou, ve směru jejíž povrchových přímek se přivádí palivo, ve vzdálenosti od vstupu paliva do spalovacího prostoru rovnající se polovině až trojnásobku jednotlivého průměru vířeného vzduchu bezprostředně po jeho vstupu do spalovacího prostoru.

Pro dosažení cíle vynálezu je významné, že směr pohybu přídavného vzduchu přiváděného ze strany spalovacího prostoru svírá se směrem přívodu paliva úhel menší než 45°, a že směr pohybu přídavného vzduchu přiváděného z obvodu spalovacího prostoru svírá se směrem kolmým na směr přívodu paliva úhel menší než 45° .

Z hlediska kvality spalování je přínosem, že poměr množství přídavného vzduchu k množství vířeného vzduchu přiváděného z čelní uzavřené strany pro smísení s palivem je v rozsahu 40 až 90 %.

K odstranění nedostatků stavu techniky také přispívá spalovací komora k provádění tohoto způsobu, jejíž podstata spočívá v tom, že ve spalovací komoře jsou uspořádány nátrubky pro přívod přídavného vzduchu, přičemž osa každého nátrubku protíná válcovou plochu procházející osami hořáků ve vzdálenosti od čela spalovací komory v rozsahu poloviny až trojnásobku průměru vířičů vzduchu.

Z hlediska kvality spalování je přínosem, že poměr celkové plochy průtočného průřezu všech nátrubků k celkové průtočné ploše vířičů vzduchu je v rozsahu 40 až 90 %.

Z konstrukčního hlediska je výhodné, že nátrubky jsou upevněny buď v plamenci a jsou rozmístěny rovnoměrně po obvodu plamence a svírají s kolmicí na osu spalovací komory úhel menší než 45°, anebo jsou upevněny v čele a svírají s osou spalovací komory úhel menší než 45° a jsou rozmístěny po kružnici soustředné s osou spalovací komory.

Výhoda vynálezu spočívá především v tom, že umožňuje spalování s podstatně sníženou toxicitou zplodin spalování, zejména s podstatně nižším obsahem oxidů dusíku ve zplodinách spalování ve srovnání se známými spalovacími komorami, a to při zachování výkonových parametrů.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález je podrobněji vysvětlen na základě připojeného výkresu, kde na obr. 1 je podélný řez A - A spalovací komorou a na obr. 2 je pohled na čelo spalovací komory ve směru B naznačeném na obr. 1.

-2CZ 279187 B6

Příklady provedení vynálezu

Při způsobu spalování podle vynálezu se do částečně uzavřeného spalovacího prostoru, tj. do spalovacího prostoru v jednom směru otevřeném a ve zbývajících směrech uzavřeném, který je přestavován spalovací komorou, přivádí obvyklým postupem palivo na několika místech čelní uzavřené strany částečně uzavřeného spalovacího prostoru, představované čelem 2 spalovací komory. Je možné použít kapalné, plynné i pevné palivo, pro příklad provedení je výhodné plynné palivo. Směr přívodu paliva vstupujícího do spalovací komory přitom představuje alespoň u 50 % míst povrchovou přímku válcové plochy soustředné s osou spalovací komory. Směr postupu paliva je vzájemně v podstatě rovnoběžný. Stejně tak vzájemně rovnoběžně se přivádí vzduch a při vstupu do spalovací komory se víří, a tím se rozviřuje i palivo. Ze strany částečně uzavřeného spalovacího prostoru opačné k čelní uzavřené straně vystupují zplodiny spalování.

Do spalovací komory se do oblasti maximálních teplot zplodin spalování také přivádí přídavný vzduch, a to ve směru skloněném vzhledem ke směru přívodu paliva i ke směru kolmému k přívodu paliva. Zvětšení přebytku vzduchu v oblasti maximálních teplot snižuje maximální teplotu zplodin spalování, což značně snižuje rychlost tvorby oxidů dusíku, aniž by se přitom vytvářely jiné nežádoucí zplodiny spalování. Přitom pro dosažení cíle vynálezu je nutné přivádět přídavný vzduch na počátek oblasti maximálních teplot. Přivede-li se přídavný vzduch do místa za oblast maximálních teplot ve směru proudu spalin, potom od oblasti maximálních teplot až k tomuto místu zůstává maximální teplota na původní hodnotě a tvorba oxidů dusíku se nesnižuje nebo se snižuje jen nepatrně. Přivede-li se přídavný vzduch do místa před oblast maximálních' teplot, tj . blíž ke vstupu paliva, může to způsobit zhoršení stability plamene a nedokonalé spalování.

Podle příkladu provedení se přídavný vzduch přivádí do procesu spalování na několika místech a směr přívodu přídavného vzduchu svírá se směrem přívodu paliva úhel menší než 45°, přičemž hlavní složka pohybu přídavného vzduchu má stejný smysl jako přívod paliva. Na jiných místech se přídavný vzduch přivádí ve směru, který svírá s kolmicí na směr přívodu paliva úhel menší než 45°, přičemž menší složka pohybu přídavného vzduchu má opačný smysl než přívod paliva.

Je účelné, aby přídavný vzduch byl přiváděn do spalovací komory na různých místech a pod různým sklonem, jak bylo popsáno shora. Je však důležité, aby se směr přídavného vzduchu protínal s válcovou plochou, s jejímiž některými povrchovými přímkami se kryje směr přívodu paliva, ve vzdálenosti od vstupu paliva do spalovací komory rovnající se polovině až trojnásobku jednotlivého průměru vířeného vzduchu, tj. průměru vířeného vzduchu u jednotlivých přívodů paliva. Bylo prokázáno, že v této vzdálenosti se nachází počátek oblasti maximálních teplot.

Pro kvalitní spalování je nezbytné, aby poměr množství přídavného vzduchu k celkovému množství vzduchu přiváděného z čelní uzavřené strany pro smísení s palivem byl v rozsahu 40 až 90 %.

-3CZ 279187 B6

Spalovací komora pro provádění uvedeného způsobu sestává z plamence i a čela 2_f přičemž tyto části jsou obklopeny pláštěm 8. V plamenci 1 je uspořádán obvodový vířič 10 vzduchu provedený pro chlazení plamence 1. V čele 2 spalovací komory je uspořádán větší počet hořáků 3, z nichž alespoň 50 % je rozmístěno po kružnici soustředné s osou spalovací komory. Osy hořáků 2 rozmístěných po kružnici jsou totožné s povrchovými přímkami válcové plochy, souosé se spalovací komorou. Některé hořáky 2 jsou uspořádány blíž ose spalovací komory, je jich s výhodou menší počet než hořáků 2 rozmístěných po kružnici soustředné s osou spalovací komory. Například je po kružnici rozmístěno v pravidelných odstupech šest hořáků 2 ^a soustředně s osou spalovací komory je uspořádán jeden středový hořák 9. Každý hořák 2 obsahuje vířič 1 vzduchu a ústrojí 5 pro přívod paliva. Vířič 2 vzduchu je tvořen například známým lopatkovým vířičem nebo jiným známým provedením vířiče a všechny vířiče 4 vzduchu mají stejný průměr. Obdobně je proveden i centrální hořák 9.

V čele 2 spalovací komory jsou uspořádány nátrubky 6 pro přívod přídavného vzduchu a na obvodě plamence 1 jsou uspořádány obvodové nátrubky 7. Nátrubky 6 svírají s osou spalovací komory úhel menší než 45° a jsou rozmístěny po kružnici soustředné s osou spalovací komory, popřípadě s osou plamence 1 nebo s osou středového hořáku 9. Na obr. 1 směřuje nátrubek 2 dostředivě k ose spalovací komory, je vsak možné provedení, kde nátrubek 2 směřuje odstředivě. Stejně tak je. možné, že jednotlivé nátrubky 6 svírají s osou spalovací komory různé úhly, vždy však menší než 45°, popřípadě mohou být rozmístěny i jinak než po jedné kružnici, například mohou být nátrubky 6 umístěny na dvou kružnicích soustředných se spalovací komorou.

Všechny nátrubky 6 jsou však provedeny a uspořádány tak, že osa každého nátrubku 6 protíná válcovou plochu procházející osami hořáků 2 ve vzdálenosti S v rozsahu polovině až trojnásobku průměru d vířiče 2 vzduchu od čela 2 spalovací komory.

Obvodové nátrubky 7 upevněné v plamenci 1 jsou rozmístěny rovnoměrně po obvodu plamence 1 a svírají s kolmicí na osou spalovací komory úhel menší než 45°. Obvodové nátrubky 7 jsou přikloněny ke vstupům paliva, ale mohou být provedeny také odkloněné od nich. Stejně tak je možné, aby byly uspořádány v různých vzdálenostech od čela 2 spalovací komory, například mohou být uspořádány ve dvou řadách. Všechny obvodové nátrubky 7 jsou vsak provedeny a uspořádány tak, že osa každého obvodového nátrubku 7 protíná válcovou plochu procházející osami hořáků 2 ^ve vzdálenosti S v rozsahu poloviny až trojnásobku průměru d vířičů 4 vzduchu od čela 2 spalovací komory.

Vzdálenost S průsečíků os nátrubků 6 s válcovou plochou od čela 2 může být shodná, popřípadě může být v rámci uvedeného rozmezí různá. Totéž platí o vzdálenosti průsečíků os obvodových nátrubků 7 s válcovou plochou od čela 2. Vzdálenost S průsečíků os nátrubků 6 s válcovou plochou od čela 2 může být shodná se vzdálenosti S průsečíku os obvodových nátrubků 7 s válcovou plochou od čela 2, jak je znázorněno na obr. 1, mohou však být tyto vzdálenosti různé, například protínají osy nátrubků 6. válcovou plochu ve vzdálenosti rovnající se jednomu průměru vířičů 2 od čela 2 a osy obvodových nátrubků 7 ve vzdálenosti rovnající se

-4CZ 279187 B6 dvěma průměrům vířičů 4 vzduchu.

Pro dosažení cíle vynálezu je také důležité optimální množství přiváděného přídavného vzduchu. Přivádí-li se nedostatečné množství vzduchu, nesníží se toxicita zplodin spalování na požadovanou hodnotu. Přivádi-li se příliš velké množství přídavného vzduchu, snižuje se účinnost spalování a může dojít k nežádoucímu pulzačnímu hoření. Podíl přídavného vzduchu je určen především průtočným průřezem nátrubků 6 a obvodových nátrubků 7 pro přívod vzduchu. Bylo ověřeno, že se dosahuje potřebného sníženi toxicity zplodin spalování, když celková plocha průtočného průřezu všech nátrubků 6, 7 je alespoň 40 % celkové průtočné plochy vířičů 4 vzduchu v čele 2 spalovací komory. Při zvětšení průtočné plochy všech nátrubků 6 a obvodových nátrubků 7 nad hodnotu 90 % z celkové průtočné plochy vířičů 4 vzduchu však vznikají nežádoucí nedopaly. Proto musí být pro správnou činnost spalovací komory podle vynálezu poměr celkové plochy průtočného průřezu všech nátrubků 6 a obvodových nátrubků 7. k celkové průtočné ploše vířičů 4 vzduchu v rozsahu 40 až 90 %.

Spalovací komora funguje takto:

Do spalovací komory se přivádí vzduch prostorem mezi plamencem 1 a pláštěm 8 k čelu 2 spalovací komory. Část takto přivedeného vzduchu prochází vířičemi 4 vzduchu hořáků 3. a vířičem středového hořáku 9 a rozvířený vzduch se směšuje s palivem přiváděným ústrojím 5 pro přívod paliva a také palivo rozviřuje. V důsledku vytvoření oblasti zpětných toků za vířící 4 vzduchu směs paliva a vzduchu hoří a za každým hořákem 3 i za středovým hořákem 9 se vytváří stabilizovaný plamen. Další část vzduchu se z oblasti mezi plamencem 1 a pláštěm 8 přivádí obvodovým vířičem 10 z vnitřní strany ke stěnám plamence 1 a ochlazuje jej.

Další část vzduchu představuje přídavný vzduch spalování. Přídavný vzduch proudí nátrubky 6 a obvodovými nátrubky 7, do počátku oblasti maximálních teplot plamene, což snižuje koncentraci oxidů dusíku ve zplodinách spalováni, jak bylo shora vysvětleno. Bylo ověřeno, že způsobem podle vynálezu prováděným ve spalovací komoře' podle vynálezu se dosahuje koncentrace oxidů z — 7 dusíku 150 mgm při 15 % kyslíku ve zplodinách spalovaní a pri přepočtu na NO₂, což je hodnota pětkrát nižší, než se dosahuje u stavu techniky, z něhož vynález vychází.

Vynález může být využit v energetickém průmyslu, v chemickém průmyslu, v dopravě, popřípadě i v jiných oblastech průmyslu, kde se používají spalovací komory.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob spalování paliv ve spalovacím prostoru v jednom směru otevřeném a ve zbývajících směrech uzavřeném, do nějž se přivádí palivo a vířený vzduch z čelní uzavřené strany a z opačné strany vystupují zplodiny spalování, přičemž alespoň 50 % paliva se přivádí ve směru povrchových přímek alespoň jedné válcové plochy, vyznačující se tím, že na procesu spalováni se podílí přídavný vzduch přiváděný z okrajových oblastí spalovacího prostoru do oblasti maximálních teplot vznikajících spalin, přičemž směr pohybu přiváděného přídavného vzduchu se protíná s válcovou plochou, ve směru jejíž povrchových přímek se přivádí palivo, ve vzdálenosti od vstupu paliva do spalovacího prostoru rovnající se polovině až trojnásobku jednotlivého průměru vířeného vzduchu bezprostředně po jeho vstupu do spalovacího prostoru.
2. Způsob spalování podle nároku 1, vyznačující se tím, že směr pohybu přídavného vzduchu přiváděného ze strany spalovacího prostoru svírá se směrem přívodu paliva úhel menší než 45°.
3. Způsob spalování podle nároku 1, vyznačující se tím, že směr pohybu přídavného vzduchu přiváděného z obvodu spalovacího prostoru svírá se směrem kolmým na směr přívodu paliva úhel menší než 45°.
4. Způsob spalování podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že poměr množství přídavného vzduchu k množství vířeného vzduchu přiváděného z čelní uzavřené strany pro smísení s palivem je v rozsahu 40 až 90 %.
5. Spalovací komora k provádění způsobu podle kteréhokoliv z nároku 1 až 4, v níž je uspořádán plamenec a čelo, v němž jsou uloženy hořáky š vířičí vzduchu, z nichž alespoň polovina je rozmístěna po kružnici, vyznačující se tím, že ve spalovací komoře jsou uspořádány nátrubky (6, 7) pro přívod přídavného vzduchu, přičemž osa každého nátrubku (6, 7) protíná válcovou plochu procházející osami hořáků (3) ve vzdálenosti (S) od čela (2) spalovací komory v rozsahu poloviny až trojnásobku průměru (d) vířičů (4) vzduchu.
6. Spalovací komora podle nároku 5, vyznačující se tím, že poměr celkové plochy průtočných průřezů všech nátrubků (6, 7) k celkové průtočné ploše vířičů (4) vzduchu je v rozsahu 40 až 90 %.
7. Spalovací komora podle nároků 5 nebo 6, vyznačující se tím, že obvodové nátrubky (7) jsou upevněny v plamenci (1) a jsou rozmístěny rovnoměrně po obvodu plamence (1) a svírají s kolmicí na osu spalovací komory úhel menší než 45° .

-6CZ 279187 B6
8. Spalovací komora podle nároků 5 nebo 6, vyznačující se tím, že nátrubky (6) jsou upevněny v čele (2) a svírají s osou spalovací komory úhel menší než 45° a jsou rozmístěny po kružnici soustředné s osou spalovací komory.

1 výkres