RU196552U1

RU196552U1 - MIXING ELEMENT OF HYDROGEN-OXYGEN STEAM HEATER

Info

Publication number: RU196552U1
Application number: RU2019139849U
Authority: RU
Inventors: Василий Игоревич Борзенко; Алексей Иванович Счастливцев
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2020-03-04

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к энергетике, в частности к энергетическим установкам, производящим водяной пар высоких параметров, получаемый за счет энергии, выделяемой при сгорании водорода в кислороде, и предназначена для обеспечения перегрева низкотемпературного водяного пара. Использование предложенной конструкции смесительного элемента водородно-кислородного пароперегревателя позволяет снизить тепловые потоки на стенки камеры сгорания и обеспечить ее надежное охлаждение при использовании в качестве охладителя только водяного пара. Для снижения тепловых потоков на стенки камеры сгорания форсунки водорода расположены на одном диаметре над форсунками кислорода под углом от 15 до 25 градусов к центральной оси, а форсунки кислорода выполнены параллельно ей. 2 ил.The proposed utility model relates to energy, in particular to power plants that produce high-quality water vapor, obtained from the energy released during the combustion of hydrogen in oxygen, and is designed to ensure overheating of low-temperature water vapor. Using the proposed design of the mixing element of the hydrogen-oxygen superheater can reduce heat fluxes to the walls of the combustion chamber and ensure its reliable cooling when using only water vapor as a cooler. To reduce heat fluxes to the walls of the combustion chamber, the hydrogen nozzles are located on the same diameter above the oxygen nozzles at an angle of 15 to 25 degrees to the central axis, and the oxygen nozzles are made parallel to it. 2 ill.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к энергетике, в частности, к энергетическим установкам, производящим водяной пар высоких параметров, получаемый за счет энергии, выделяемой при сгорании водорода в кислороде и предназначена для обеспечения перегрева низкотемпературного водяного пара.The proposed utility model relates to energy, in particular, to power plants that produce high-quality water vapor, obtained from the energy released during the combustion of hydrogen in oxygen and is designed to ensure overheating of low-temperature water vapor.

Известен парогенератор для производства водяного пара за счет тепла водорода, сжигаемого в атмосфере кислорода, который содержит смесительную головку с 58 соосно-струйными форсунками топлива и окислителя (соотношение числа форсунок водорода и кислорода n=1) и форкамеру с запальным устройством. Недостатком его является сложность конструкции смесительной головки, большая длина камеры сгорания, большой вес и габариты и сложность регулирования соотношения компонентов топлива и окислителя при их подаче в камеру сгорания через большое количество соосно-струйных форсунок [O.J. Haidn, K. Frolke, J. Carl, S. Weingartner. Improved combustion efficiency of a H₂/O₂ Steam generator for spinning reserve application. Hydrogen Energy Progress XI. Stuttgart. 1996. P. 1418, Patent specification DE 3936806 С2, Dampferzeuger, Deutsches Patentant].Known steam generator for the production of water vapor due to the heat of hydrogen burned in an oxygen atmosphere, which contains a mixing head with 58 coaxial-jet fuel and oxidizer nozzles (the ratio of the number of hydrogen and oxygen nozzles is n = 1) and a pre-chamber with an ignition device. Its disadvantage is the complexity of the design of the mixing head, the large length of the combustion chamber, the large weight and dimensions and the complexity of regulating the ratio of the components of the fuel and the oxidizing agent when they are fed into the combustion chamber through a large number of coaxial jet nozzles [OJ Haidn, K. Frolke, J. Carl, S. Weingartner. Improved combustion efficiency of a H ₂ / O ₂ Steam generator for spinning reserve application. Hydrogen Energy Progress XI. Stuttgart. 1996. P. 1418, Patent specification DE 3936806 C2, Dampferzeuger, Deutsches Patentant].

Известна также смесительная головка метано-кислородного парогенератора, используемая для производства пара высоких параметров за счет энергии, выделяемой при сгорании природного газа или водорода в кислороде (RU 2555598 С1). Смесительная головка содержит струйные форсунки, запальное устройство, корпус и огневое днище. Смесительная головка имеет два каскада форсунок горючего, находящиеся на разных радиальных расстояниях, при этом форсунки горючего первого каскада выполнены таким образом, что пересечение их осей с продольной осью форсунки окислителя находится от огневого днища на расстоянии 5÷7 выходных диаметров форсунки окислителя, а форсунки горючего второго каскада - от огневого днища на расстоянии 10÷15 выходных диаметров форсунки окислителя. Изобретение позволяет повысить эффективность горения, ресурс работы смесительной головки и парогенератора в целом. Недостатком данной конструкции является необходимость снижения тепловой нагрузки на стенки камеры сгорания за счет использования дополнительной подачи воды через специальные водяные форсунки, расположенные на периферии огневого дна смесительного элемента. Основной эффект такого охлаждения связан с тем, что при нагреве и испарении подаваемой воды поглощается значительное количество тепла. При использовании в качестве охладителя водяного пара тепловые потоки на стенки камеры сгорания будут гораздо выше, что может привести либо к ее прогару, либо к значительному снижению ресурса.Also known is a mixing head of a methane-oxygen steam generator, used to produce high-quality steam due to the energy released during the combustion of natural gas or hydrogen in oxygen (RU 2555598 C1). The mixing head contains jet nozzles, an ignition device, a housing and a firing base. The mixing head has two cascades of fuel nozzles located at different radial distances, while the fuel nozzles of the first stage are made in such a way that their axes intersect with the longitudinal axis of the oxidizer nozzle at a distance of 5 ÷ 7 output diameters of the oxidizer nozzle and the fuel nozzle the second cascade - from the firing bottom at a distance of 10 ÷ 15 output diameters of the oxidizer nozzle. The invention improves the combustion efficiency, the operating life of the mixing head and the steam generator as a whole. The disadvantage of this design is the need to reduce the heat load on the walls of the combustion chamber through the use of an additional water supply through special water nozzles located on the periphery of the firing bottom of the mixing element. The main effect of such cooling is due to the fact that a significant amount of heat is absorbed during heating and evaporation of the supplied water. When using water vapor as a cooler, the heat fluxes to the walls of the combustion chamber will be much higher, which can lead to either burnout or a significant reduction in the resource.

Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является конструкция смесительной головки водородно-кислородного парогенератора (RU 2379590 С1). Смесительная головка водородно-кислородного парогенератора со струйными форсунками содержит запальное устройство, корпус и огневое дно, смесительные элементы выполнены с соотношением числа форсунок топлива и окислителя от 2,2 до 12, при этом основные, находящиеся на одном радиальном направлении форсунки топлива и окислителя установлены таким образом, что пересечение их осей находится в одной точке на расстоянии от огневого дна не менее 8 калибров форсунок окислителя, а дополнительные форсунки топлива установлены на промежуточных радиальных направлениях. Изобретение позволяет повысить надежность и ресурс работы всей установки. Недостатком данной конструкции также является необходимость снижения тепловой нагрузки на стенки камеры сгорания за счет использования дополнительной подачи воды через специальные водяные форсунки, расположенные на периферии огневого дна смесительного элемента. Вместе с этим, использование дополнительных форсунок топлива на промежуточных радиальных направлениях позволяет снизить тепловые нагрузки на огневое дно смесительной головки и стенки камеры сгорания, чего, однако недостаточно, без использования дополнительного водяного охлаждения.Closest to the proposed utility model is the design of the mixing head of the hydrogen-oxygen steam generator (RU 2379590 C1). The mixing head of a hydrogen-oxygen steam generator with jet nozzles contains an ignition device, a housing and a fire bottom, mixing elements are made with a ratio of the number of fuel and oxidizer nozzles from 2.2 to 12, while the main fuel nozzle and oxidizer are located in the same radial direction so that the intersection of their axes is at one point at a distance from the fire bottom of at least 8 calibers of the oxidizer nozzles, and additional fuel nozzles are installed on the intermediate radial directions. The invention improves the reliability and service life of the entire installation. The disadvantage of this design is the need to reduce the heat load on the walls of the combustion chamber through the use of an additional water supply through special water nozzles located on the periphery of the fire bottom of the mixing element. At the same time, the use of additional fuel nozzles in the intermediate radial directions reduces the heat load on the fire bottom of the mixing head and the wall of the combustion chamber, which, however, is not sufficient without the use of additional water cooling.

Предложенная полезная модель решает техническую задачу снижения тепловой нагрузки на стенки камеры сгорания при использовании для ее охлаждения только водяного пара. Такое решение технической задачи возможно за счет того, что форсунки подачи водорода расположены одним каскадом над форсунками кислорода. Такое расположение форсунок водорода позволяет отдалить зону непосредственного горения и значительно снизить тепловые потоки на стенки камеры сгорания.The proposed utility model solves the technical problem of reducing the heat load on the walls of the combustion chamber when only water vapor is used for its cooling. Such a solution to the technical problem is possible due to the fact that the hydrogen nozzles are located in one cascade above the oxygen nozzles. This arrangement of hydrogen nozzles allows you to move the zone of direct combustion and significantly reduce heat fluxes to the walls of the combustion chamber.

Таким образом, предложенная конструкция смесительного элемента водородно-кислородного пароперегревателя позволяет снизить тепловые потоки на стенки камеры сгорания и обеспечить ее надежное охлаждение при использовании в качестве охладителя только водяного пара.Thus, the proposed design of the mixing element of the hydrogen-oxygen superheater can reduce heat fluxes to the walls of the combustion chamber and ensure its reliable cooling when using only water vapor as a cooler.

Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу тем, что смесительный элемент водородно-кислородного пароперегревателя, содержащий запальное устройство, корпус, магистрали подвода водорода и кислорода и огневое дно, со струйными форсунками водорода и кислорода, при этом форсунки водорода расположены на одном диаметре над форсунками кислорода под углом от 15 до 25 градусов к центральной оси, а форсунки кислорода выполнены параллельно ей.The proposed utility model solves the technical problem by the fact that the mixing element of the hydrogen-oxygen superheater, comprising an ignition device, a housing, hydrogen and oxygen supply lines and a fire bottom, with hydrogen and oxygen jet nozzles, while the hydrogen nozzles are located on the same diameter above the oxygen nozzles under an angle of 15 to 25 degrees to the central axis, and the oxygen nozzles are made parallel to it.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемами, показанными на фиг. 1 и 2. Смесительный элемент водородно-кислородного пароперегревателя включает в себя запальное устройство 1 с электросвечой 2, корпус 3 с магистралями подвода окислителя (кислорода) 4 и топлива (водорода) 5 и коллекторами окислителя 6 и горючего 7, огневое дно (фиг. 2.) 8 с форсунками кислорода 9 и водорода 10.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the schemes shown in FIG. 1 and 2. The mixing element of the hydrogen-oxygen superheater includes an ignition device 1 with an electric light 2, a housing 3 with supply lines of oxidizer (oxygen) 4 and fuel (hydrogen) 5 and collectors of oxidizer 6 and fuel 7, the fire bottom (Fig. 2 .) 8 with nozzles of oxygen 9 and hydrogen 10.

Смесительный элемент водородно-кислородного пароперегревателя работает следующим образом:The mixing element of the hydrogen-oxygen superheater works as follows:

В запальном устройстве 1 при помощи электросвечи 2 происходит предварительное сжигание небольшого количества водорода в кислороде. После этого основные компоненты кислорода и водорода через магистрали 4 и 5 соответственно поступают в коллекторы 6 и 7. Далее продукты реакции запального устройства с температурой около 1100-1150 К поджигают основные компоненты кислорода и водорода, поступающие через форсунки 9 и 10 соответственно. Струи водорода, подаваемые через форсунки 10, разбивают струи кислорода и обеспечивают смешение компонентов. Подача водорода через форсунки расположенные на одном диаметре над форсунками кислорода, снижает тепловое воздействие на стенки камеры сгорания и обеспечивает их надежное охлаждение водяным паром.In the ignition device 1 by means of an electric candle 2, a small amount of hydrogen in oxygen is preliminarily burned. After that, the main components of oxygen and hydrogen through lines 4 and 5, respectively, enter the collectors 6 and 7. Next, the reaction products of the ignition device with a temperature of about 1100-1150 K ignite the main components of oxygen and hydrogen coming through the nozzles 9 and 10, respectively. The jets of hydrogen supplied through the nozzles 10 break the jets of oxygen and provide mixing of the components. The supply of hydrogen through nozzles located on the same diameter above the oxygen nozzles reduces the thermal effect on the walls of the combustion chamber and ensures their reliable cooling with water vapor.

Claims

A hydrogen-oxygen superheater mixing element comprising an ignition device, an electric candle, a housing, hydrogen and oxygen supply lines and a fire bottom with hydrogen and oxygen jet nozzles, characterized in that the hydrogen nozzles are located on the same diameter above the oxygen nozzles at an angle of 15 to 25 degrees to the central axis, and the oxygen nozzles are made parallel to it.