RU2635723C1

RU2635723C1 - Steam-gas generator

Info

Publication number: RU2635723C1
Application number: RU2016146974A
Authority: RU
Inventors: Владислав Юрьевич Климов
Original assignee: Владислав Юрьевич Климов
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2017-11-15

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: steam-gas generator comprises a fuel-cooled chamber, a mixing head which includes a housing, at the ends of which an upper and a lower bottoms are mounted, an intermediate bottom located between the housing and the head, an oxidizer manifold mounted on the housing, a fuel swirler located on the axis of the mixing head, spray swirlers located evenly around the circumference and including a hollow tip with screw channels and a sleeve covering the tip with an annular clearance and connecting the oxidizer cavity with the chamber cavity, wherein the axial channel of the tip connects the cavity of the ballasting component with the chamber cavity, and the fuel cavity is connected to the chamber cavity via tangential holes performed on the cylindrical surface of the fuel swirler, wherein the cavity of the chamber cooling path is connected with the fuel cavity of the mixing head.

EFFECT: invention allows to increase the uniformity of the temperature field of the vapour-gas mixture at the outlet in a wide range of temperatures and pressures due to the intensification of the evaporation process of the ballasting component.

4 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к способам работы и конструированию парогазогенераторов.The invention relates to power engineering, and in particular to methods of operation and design of steam and gas generators.

Одной из проблем, стоящих в настоящее время в данной области техники, является проблема эффективности энергоустановок, повышение их КПД и надежности работы.One of the problems currently facing the field of technology is the problem of the efficiency of power plants, increasing their efficiency and reliability.

Известен способ работы парогазогенератора, в котором рабочий процесс осуществляется в двух газовых трактах с разнотемпературными выхлопными потоками, выводимыми в общую утилизационную систему, в которой генерируется водяной пар (заявка РФ на изобретение №93009679/06/008853).A known method of operation of a steam and gas generator, in which the working process is carried out in two gas paths with different temperature exhaust streams output to a common utilization system in which water vapor is generated (RF application for invention No. 93009679/06/008853).

Известен способ работы парогазовой установки (парогазогенератора), включающий сжигание топлива, подогрев рабочего тела, генерацию водяного пара (патент РФ №2174615, кл. МПК⁷ F02C 6/18 от 12.09.1996 г.).A known method of operation of a combined cycle plant (steam generator), including burning fuel, heating the working fluid, generating steam (RF patent No. 2174615, class IPC ⁷ F02C 6/18 from 09/12/1996).

Известно устройство для получения высокотемпературного пара (АС СССР №168962), содержащее корпус с выходными патрубками для парогазовой смеси и размещенным внутри горелочным устройством.A device is known for producing high-temperature steam (USSR AS No. 168962), comprising a housing with outlet pipes for a gas-vapor mixture and a burner device located inside.

Известен парогазогенератор, содержащий корпус с выходным патрубком для парогазовой смеси, цилиндрическую камеру сгорания с горелочным устройством, камеру смешения, форсунки, завихрители потока (патент РФ 2283456 от 12.20.2004 г., кл. МПК F22B 1/22).Known steam and gas generator, comprising a housing with an outlet pipe for a gas mixture, a cylindrical combustion chamber with a burner, a mixing chamber, nozzles, flow swirls (RF patent 2283456 from 12.20.2004, class IPC F22B 1/22).

Общим недостатком известных технических устройств является их недостаточная эффективность работы, сложность конструкции и низкая надежность при высоких тепловых нагрузках конструкционных элементов.A common disadvantage of the known technical devices is their insufficient work efficiency, design complexity and low reliability at high thermal loads of structural elements.

Известен парогазогенератор, содержащий камеру сгорания с форсунками, подвод воды, запальное устройство, камеру испарения, при этом подвод воды расположен в верхней части камеры сгорания и выполнен в виде втулки с тангенциальными каналами для закручивания водяного потока и образования вихреобразной оболочки, а в камере испарения установлена диафрагма (Патент РФ №2371594, МПК: F02C 6/00 - прототип).Known gas generator containing a combustion chamber with nozzles, a water supply, an ignition device, an evaporation chamber, while the water supply is located in the upper part of the combustion chamber and is made in the form of a sleeve with tangential channels for swirling the water flow and the formation of a vortex shell, and installed in the evaporation chamber diaphragm (RF Patent No. 2371594, IPC: F02C 6/00 - prototype).

Указанный парогазогенератор работает следующим образом.The specified steam and gas generator operates as follows.

Вода по магистрали подается в камеру сгорания, проходя по втулке с тангенциальными каналами, закручивается и образует в полости камеры сгорания вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области.Water is supplied through the mains to the combustion chamber, passing through a sleeve with tangential channels, swirls and forms a vortex-like shell with a vacuum inside its central region in the cavity of the combustion chamber.

Затем по магистралям окислителя и горючего подают компоненты в смесительную головку. Запальное устройство с помощью свечи воспламеняет их. Компоненты сгорают внутри водяной вихреобразной оболочки, которая существенным образом снижает температурные нагрузки на стенки камеры сгорания, что позволяет поднять до максимальной температуру сгорания компонентов (достигается их стехиометрическим соотношением) и повысить тем самым эффективность работы установки.Then, the components are fed into the mixing head along the lines of the oxidizer and fuel. The igniter uses a candle to ignite them. The components are burnt inside the water vortex shell, which significantly reduces the temperature load on the walls of the combustion chamber, which allows to raise the maximum combustion temperature of the components (achieved by their stoichiometric ratio) and thereby increase the efficiency of the installation.

Наличие диафрагмы, выполненной в виде сопла, широким срезом направленного в камеру испарения, не позволяет разрушиться образовавшейся водяной вихревой оболочке раньше времени, поэтому интенсивное испарение воды и разогрев пара происходят при более щадящих температурных нагрузках на конструкционные элементы парогазогенератора, после свертывания вихреобразной водяной оболочки. Кроме того, при расширении газа в сопле, его статическая температура падает.The presence of a diaphragm made in the form of a nozzle, with a wide slice directed to the evaporation chamber, does not allow the water vortex shell to break down ahead of time, therefore, intense evaporation of water and heating of steam occur at more gentle temperature loads on the structural elements of the steam and gas generator, after coagulation of the vortex-like water shell. In addition, as the gas expands in the nozzle, its static temperature drops.

Разогретый в камере испарения высокотемпературный пар через выходное устройство выходит наружу для дальнейшего потребления.The high-temperature steam heated in the evaporation chamber through the outlet device comes out for further consumption.

Основными недостатками данной конструкции парогазогенератора являются значительные габариты, особенно в осевом направлении, что вызвано необходимостью размещения камеры смешения после узла подачи балластирующего компонента.The main disadvantages of this design of the steam and gas generator are significant dimensions, especially in the axial direction, which is caused by the need to place the mixing chamber after the supply unit of the ballasting component.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.The objective of the invention is to remedy these disadvantages and increase the uniformity of the temperature field of the vapor-gas mixture at the outlet in a wide range of temperatures and pressures due to the intensification of the evaporation process of the ballasting component.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный парогазогенератор, согласно изобретению, содержит охлаждаемую горючим камеру, смесительную головку, включающую в себя корпус, на торцах которого закреплены верхнее и нижнее днище, промежуточное днище, расположенное между корпусом и верхним днищем, коллектор окислителя, установленный на корпусе, центробежную форсунку горючего, расположенную на оси смесительной головки, струйно-центробежные форсунки, расположенные равномерно по окружности и включающие в себя полый наконечник с винтовыми каналами и втулку, охватывающую с кольцевым зазором наконечник и соединяющую полость окислителя с полостью камеры, при этом осевой канал наконечника соединяет полость балластирующего компонента с полостью камеры, а полость горючего соединена с полостью камеры через тангенциальные отверстия, выполненные на цилиндрической поверхности центробежной форсунки горючего, причем полость тракта охлаждения камеры сообщается с полостью горючего смесительной головки.The solution to this problem is achieved by the fact that the proposed steam and gas generator, according to the invention, contains a cooled combustible chamber, a mixing head including a housing, at the ends of which are fixed an upper and lower bottom, an intermediate bottom located between the housing and the upper bottom, an oxidizer collector mounted on housing, a centrifugal fuel nozzle located on the axis of the mixing head, jet centrifugal nozzles located uniformly around the circumference and including a hollow tip with screw channels and a sleeve covering the tip with an annular gap and connecting the oxidizer cavity to the chamber cavity, while the axial channel of the tip connects the cavity of the ballasting component to the chamber cavity, and the fuel cavity is connected to the chamber cavity through tangential openings made on the cylindrical surface of the centrifugal fuel nozzle, moreover, the cavity of the cooling channel of the chamber communicates with the cavity of the fuel of the mixing head.

Предлагаемая конструкция парогазогенератора, за счет своих отличительных признаков, обеспечивает решение поставленной технической задачи - снижение габаритов, массы устройства, а также повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.The proposed design of a steam and gas generator, due to its distinguishing features, provides a solution to the technical problem - reducing the dimensions, weight of the device, as well as increasing the uniformity of the temperature field of the gas mixture at the outlet in a wide range of temperatures and pressures due to the intensification of the evaporation of the ballasting component.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез парогазогенератора, на фиг. 2 - выносной элемент А - продольный разрез струйно-центробежной форсунки смесительной головки парогазогенератора, на фиг. 3 - выносной элемент Б - продольный разрез центробежной форсунки горючего смесительной головки парогазогенератора, на фиг. 4 - разрез В-В - поперечный разрез центробежной форсунки горючего смесительной головки парогазогенератора.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section through a steam and gas generator; FIG. 2 - remote element A is a longitudinal section of the jet-centrifugal nozzle of the mixing head of the steam and gas generator, in FIG. 3 - remote element B is a longitudinal section of a centrifugal nozzle of a fuel mixing head of a steam and gas generator, FIG. 4 - section B-B - cross section of a centrifugal nozzle of a fuel mixing head of a steam and gas generator.

Парогазогенератор содержит камеру 1 и смесительную головку 2. Охлаждение камеры 1 осуществляется протоком горючего по охлаждающему тракту 3.The steam and gas generator contains a chamber 1 and a mixing head 2. The cooling of the chamber 1 is carried out by the flow of fuel through the cooling path 3.

Смесительная головка 2 состоит из корпуса 4, на торцах которого закреплены верхнее днище 5 и нижнее днище 6, промежуточного днища 7, расположенного между корпусом 4 и верхним днищем 5, коллектора окислителя 8, закрепленного на корпусе 4, центробежной форсунки горючего 9, расположенной на оси смесительной головки 2 и струйно-центробежных форсунок 10, расположенных равномерно по окружности. Корпус 4, верхнее днище 5, нижнее днище 6 и промежуточное днище 7 образуют полость балластирующего компонента 11, полость окислителя 12 и полость горючего 13.The mixing head 2 consists of a housing 4, at the ends of which are fixed an upper bottom 5 and a lower bottom 6, an intermediate bottom 7 located between the housing 4 and the upper bottom 5, an oxidizer collector 8 mounted on the housing 4, a centrifugal fuel nozzle 9 located on the axis the mixing head 2 and the jet-centrifugal nozzles 10 located evenly around the circumference. The housing 4, the upper bottom 5, the lower bottom 6 and the intermediate bottom 7 form the cavity of the ballasting component 11, the cavity of the oxidizing agent 12 and the cavity of the fuel 13.

Струйно-центробежная форсунка 10 состоит из полого наконечника 14 с винтовыми каналами 15 и втулки 16, охватывающей с кольцевым зазором наконечник 14 и соединяющей полость окислителя 12 с полостью камеры 17. Осевой канал 18 наконечника 14 соединен с полостью балластирующего компонента 11, а полость горючего 13 соединена с полостью камеры 17 через тангенциальные отверстия 19, выполненные на цилиндрической поверхности центробежной форсунки горючего 9.The centrifugal jet nozzle 10 consists of a hollow tip 14 with screw channels 15 and a sleeve 16, covering the tip 14 with an annular gap and connecting the oxidizer cavity 12 to the chamber cavity 17. The axial channel 18 of the tip 14 is connected to the cavity of the ballasting component 11, and the fuel cavity 13 connected to the cavity of the chamber 17 through tangential openings 19, made on the cylindrical surface of the centrifugal nozzle of the fuel 9.

Предложенный парогазогенератор работает следующим образом.The proposed steam and gas generator operates as follows.

Горючее подается в охлаждающий тракт 3 камеры 1 и далее в полость горючего 13 смесительной головки 2. Из полости горючего 13 горючее через тангенциальные отверстия 19, выполненные в центробежной форсунке горючего 9, поступает в полость камеры 17.Fuel is fed into the cooling path 3 of the chamber 1 and further into the fuel cavity 13 of the mixing head 2. From the fuel cavity 13, the fuel through the tangential openings 19 made in the centrifugal nozzle of the fuel 9 enters the chamber cavity 17.

Окислитель поступает в коллектор окислителя 8 и далее в полость окислителя 12, где он равномерно распределяется по струйно-центробежным форсункам 10. По винтовым каналам 15, выполненным на поверхности полого наконечника 14, окислитель поступает в полость камеры 17. Проходя через винтовые каналы 15, поток окислителя приобретает вращательное движение, благодаря чему струя окислителя на выходе из втулки 16 имеет форму полого конуса.The oxidizing agent enters the collector of the oxidizing agent 8 and then into the cavity of the oxidizing agent 12, where it is evenly distributed over the jet-centrifugal nozzles 10. Through the screw channels 15 made on the surface of the hollow tip 14, the oxidizing agent enters the cavity of the chamber 17. Passing through the screw channels 15, the flow oxidizer acquires a rotational motion, so that the stream of oxidizer at the outlet of the sleeve 16 has the shape of a hollow cone.

Балластирующий компонент подается в полость балластирующего компонента 11 и далее через осевые каналы 18 наконечников 14 в полость камеры 17.The ballasting component is fed into the cavity of the ballasting component 11 and then through the axial channels 18 of the tips 14 into the cavity of the chamber 17.

В полости камеры 17 происходит сгорание компонентов топлива. Полученные высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива разбавляются и охлаждаются балластирующим компонентом.In the cavity of the chamber 17, the combustion of fuel components occurs. The resulting high-temperature combustion products of the fuel components are diluted and cooled by the ballasting component.

Использование предложенного технического решения позволит снизить габариты и массу парогазогенератора, а также повысить однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.Using the proposed technical solution will reduce the size and weight of the gas generator, as well as increase the uniformity of the temperature field of the gas mixture at the outlet in a wide range of temperatures and pressures due to the intensification of the evaporation of the ballasting component.

Claims

The steam and gas generator contains a fuel-cooled chamber, a mixing head including a housing, at the ends of which an upper and lower bottom is fixed, an intermediate bottom located between the housing and the upper bottom, an oxidizer collector mounted on the housing, a centrifugal fuel nozzle located on the axis of the mixing head, jet centrifugal nozzles located uniformly around the circumference and including a hollow tip with screw channels and a sleeve covering the tip and the connection with an annular gap the cavity of the oxidizer with the cavity of the chamber, while the axial channel of the tip connects the cavity of the ballasting component with the cavity of the chamber, and the cavity of the fuel is connected to the cavity of the chamber through tangential openings made on the cylindrical surface of the centrifugal nozzle of the fuel, and the cavity of the cooling channel of the chamber communicates with the cavity of the fuel of the mixing head .