RU25069U1 - Теплогенераторное устройство - Google Patents

Abstract

Теплогенераторное устройство, которое содержит емкость для топлива, соединительные трубопроводы, органы управления, камеру сгорания с огневым днищем, систему поджига, двухкомпонентные форсунки соплового типа, размещенные в огневом днище и совмещенные по выходу с внутренней поверхностью огневого днища, отличающееся тем, что форсунки по входу соединены с источником воздуха высокого давления и источником топливного газа с давлением, меньшим давления воздуха не более чем на 20 кПа, причем выход камеры сгорания соединен со входом турбины, а регулятор расхода и давления воздуха соединен с регулятором расхода и давления топливного газа через блок управления для поддержания требуемых соотношений расходов и давлений воздуха, и топливного газа.

Description

МКИ: F 23 с 11/00 F 02 С6/00 Теплогенераторное устройство 2002106071 нииншг i.)ff6Q1

Предполагаемая полезная модель относится к теплогенераторным установкам. Может быть использована для получения тепловой и электрической мощности при сжигании природного газа с высокой полнотой сгорания.

В качестве аналога теплогенераторного устройства (ТГУ) выбран газогорелочный блок ГТБ-225, производства СНТК им. Н.Д. Кузнецова. ГТБ-225 предназначен для сжигания топлива в воздушном потоке с целью получения тепловой энергии. Недостатками известного технического решения по аналогу является невозможность получения высокой полноты сгорания топлива, узкий диапазон изменения температуры горячих газов, а также невозможность использования ГГБ-225 для получения механической работы.

Известно устройство для сжигания топлива по патенту РФ № 2156935 от 08.07.1999 г., F 26 В 23/02, принятое за прототип. Устройство по прототипу содержит ёмкость для топлива, соединительные трубопроводы, органы управления, вентилятор и расположенную за ним по ходу потока воздуха камеру сгорания с огневым дниш;ем, систему поджига, наружную обечайку, образующую цилиндрическую полость вокруг камеры сгорания, двухкомпонентные форсунки соплового типа, размещённые в огневом днище и соединённые по входу с выходом воздуха вентилятора, а по выходу совмещены с внутренней поверхностью огневого днища.

Устройство по прототипу работает по принципу создания воздухом вентилятора разряжения при прохождении через двухкомпонентную форсунку соплового типа. Благодаря этому происходит засасывание топлива в форсунку через систему трубопроводов из топливной ёмкости. Форсунки выполнены таким образом, что в них происходит смешение топлива с воздухом в стехиометрическом соотношении. Полученная смесь поступает в камеру сгорания, где воспламеняется системой поджига и сгорает. Выравнивание поля температур сгоревшей смеси происходит как в камере сгорания, так и за её пределами путём смешения продуктов сгорания с вторичным воздухом.

Недостатком технического решения по прототипу является низкий уровень давления газов в камере сгорания. Выходящий из устройства поток горячих газов не

может быть использован для эффективного получения механической работы в турбине, а также не может применяться для нагрева теплоносителей в теплообменных аппаратах со значительным гидравлическим сопротивлением (коэффициент сохранения полного давления по ходу горячего потока должен составлять величину не менее 0,94).

Полезная модель ставит задачу расширения потребительских качеств устройства, усовершенствования его системы регулирования.

Поставленная задача решается тем, что теплогенераторное устройство содержит ёмкость для топлива, соединительные трубопроводы, органы управления, камеру сгорания с огневым днишем, систему поджига, двухкомпонентные форсунки соплового типа, размеш;ённые в огневом днище и совмещённые по выходу с внутренней поверхностью огневого днища, причём форсунки по входу соединены с источником воздуха высокого давления и источником топливного газа с давлением, меньшим давления воздуха не более чем на 20 кПа, выход камеры сгорания соединён со входом турбины, а регулятор расхода и давления воздуха соединён с регулятором расхода и давления топливного газа через блок управления для поддержания требуемых соотношений расходов и давлений воздуха и топливного газа.

На фигуре представлено устройство, реализующее предложенную полезную модель. Устройство включает ёмкость 1 топлива с подводящим трубопроводом 2, регулятор 3 расхода и давления топливного газа, источник 4 воздуха высокого давления, регулятор 5 расхода и давления воздуха, блок управления 6, камеру сгорания 7, огневое днище 8 с отверстиями 9, двухкомпонентные форсунки 10 соплового типа, систему поджига 11, турбину 12, электрогенератор 13, входное устройство 14.

Работа устройства, схематично представленного на фигуре, осуществляется следующим образом. С помощью блока управления 6 производится одновременное открытие регуляторов 3 и 5, включается система поджига 11. Сжатый воздух из источника 4 через регулятор 5 расхода и давления воздуха поступает во входное устройство 14 откуда часть его массы направляется в воздушные каналы двухкомпонентных форсунок 10 и, создавая в них разряжение среды, производит подсос топлива из ёмкости 1 через трубопровод 2 и регулятор 3 расхода и давления топливного газа. В форсунках 10 происходит смешение топлива с воздухом в стехиометрическом соотношении. Топливо-воздушная смесь, пройдя форсунки 10 воспламеняетМо йВ

ся системой поджига 11 и поступает в камеру сгорания 7, где происходит её горение. Из входного устройства 14 через отверстия 9 в камеру сгорания 7 поступает вторичный воздух, который смешивается с продуктами сгорания. В результате осуществляется выравнивание поля температур потока, проходящего через камеру сгорания 7. Одновременно, вторичный воздух осуществляет охлаждение огневого днища 8 и стенок камеры сгорания 7. Регуляторы 3 и 5 связаны между собой через блок управления 6 с целью поддержания требуемых соотнощений расходов и давлений воздуха и топливного газа, что в свою очередь позволяет поддерживать требуемые параметры горячего потока газовоздушной смеси на выходе из камеры сгорания 1. Из камеры сгорания 7 поток газовоздушной смеси направляется в турбину 12, где происходит преобразование его потенциальной энергии в механическую работу. Турбина 12 приводит в действие электрогенератор 13.

Стехиометрическое сжигание топливо-воздушной смеси на малой длине зоны горения позволяет достичь малого уровня вредных выбросов. Это обеспечивается высокой степенью гомогенизации топливо-воздзшгной смеси при минимально допустимом отличие скоростей смешивающихся потоков топливного газа и воздуха. Соответственно, минимальной должна быть разница давлений воздуха и топливного газа, поступаюпщх в устройство. Если в качестве источника сжатого воздуха используется компрессор, то уменьшение указанной разницы за счёт понижения давления воздуха позволяет уменьшить потребную мощность компрессора, а следовательно стоимость и энергозатраты на его привод. Однако, давление воздуха на входе в устройство должно превосходить давление топливного газа на величину, при которой скорость воздуха в минимальном сечении воздушного канала форсунок 10 приближается к скорости звука и обеспечивается эжектирование требуемой массы топливного газа. В предлагаемой полезной модели давление топливного газа, подаваемого в устройство, должно быть меньше давления подаваемого воздуха не более чем на 20 кПа.

Блок управления 6 обеспечивает поддержание требуемых соотношений расходов и давлений воздуха и топливного газа, что позволяет регулировать в широком диапазоне (1000 - 1500 К) температуру потока газовоздупшой смеси на выходе из камеры сгорания 7.

Расширение потребительских качеств теплогенераторного устройства обеспечивается за счёт получения с его помощью электрической энергии, при сохранении возможности эффективного использования тепловой мощности устройства. Расчёт представленного на фигуре устройства показал, что при следующих исходных данных:

-расход воздуха из источника - 6400 нм /час;

-давление воздуха на входе в устройство - 600 кПа;

-расход топливного газа - 370 нм /час;

-температура газовоздушной смеси на выходе из камеры сгорания - 1200 К;

-давление газовоздушной смеси на выходе из турбины - ЮЗкПа; мощность электрогенератора составит 1 МВт при тепловой мощности устройства более 2 МВт.

Электрогенератор 13 может быть подключён к электрической сети и отдавать вырабатьшаемую электроэнергию в единую энергетическую систему, либо работать автономно на одного или нескольких потребителей. Выходящий из турбины 12 горячий поток газовоздушной смеси может быть использован для отопления помещений, нагрева воды и энергоносителей (природный газ, нефть).

Внедрение полезной модели предполагается в 2003 г. на предприятии ГДП КБХА Турбонасос г. Воронеж. В настоящее время подготовлены к сборке основные узлы демонстратора, предназначенного для проведения полнообъёмных испытаний.

Claims (1)

1. Теплогенераторное устройство, которое содержит емкость для топлива, соединительные трубопроводы, органы управления, камеру сгорания с огневым днищем, систему поджига, двухкомпонентные форсунки соплового типа, размещенные в огневом днище и совмещенные по выходу с внутренней поверхностью огневого днища, отличающееся тем, что форсунки по входу соединены с источником воздуха высокого давления и источником топливного газа с давлением, меньшим давления воздуха не более чем на 20 кПа, причем выход камеры сгорания соединен со входом турбины, а регулятор расхода и давления воздуха соединен с регулятором расхода и давления топливного газа через блок управления для поддержания требуемых соотношений расходов и давлений воздуха, и топливного газа.