RU2725908C2

RU2725908C2 - Steam generator

Info

Publication number: RU2725908C2
Application number: RU2018143062A
Authority: RU
Inventors: Валерий Александрович Чернышов
Original assignee: Валерий Александрович Чернышов
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2020-07-07
Also published as: RU2018143062A; RU2018143062A3

Abstract

FIELD: power engineering.SUBSTANCE: invention relates to power plants generating steam of high parameters obtained by energy released during combustion of hydrogen or natural gas (NG) in oxygen. Steam generator includes housing with combustion chamber, mixing head with fuel supply elements and fuel components supply belt, connected to corresponding cavities of components by means of channels. Fuel components supply belts are made in the form of several coaxially installed shells, arranged in relation to each other with annular gaps, and forming closed annular cavities opening into combustion chamber. End faces of the shell shells on the side of the inlet are equipped with end profiled bottoms fixed to each other and to the housing and forming in-series end annular cavities. In the above bottoms and chambers there are isolated channels connecting said end cavities of supply of fuel components through one to each other. Said annular cavities of fuel components are connected to corresponding fuel feed chambers via said end cavities formed by profiled bottoms.EFFECT: proposed steam generator.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическим установкам, производящим пар высоких параметров, получаемый за счет энергии, выделяемой при сгорании водорода или природного газа (ПГ) в кислороде.The invention relates to power plants that produce steam of high parameters, obtained due to the energy released during the combustion of hydrogen or natural gas (GHG) in oxygen.

Известен парогенератор, содержащий запальное устройство с электросвечой, смесительную головку с магистралями подвода окислителя и горючего, камеру смешения с отверстиями, при этом камера сгорания с каналами тракта охлаждения выполнена выпуклой формы с центром вращения образующей вокруг оси камеры сгорания и состоит из двух частей, жестко и герметично соединенных между собой, с уступом, выполненным на внутренней стенке первой части, в котором имеются отверстия под углом к продольной оси камеры сгорания, соединенные с трактом охлаждения. (патент РФ на изобретение №2263017, Заявка: 2016119848 от 23.05.2016, МПК: F22B 1/00, F22B 37/00 - прототип)A steam generator is known that contains an ignition device with an electric candle, a mixing head with oxidizer and fuel supply lines, a mixing chamber with holes, and the combustion chamber with cooling duct channels is convex in shape with a rotation center forming around the axis of the combustion chamber and consists of two parts, rigidly and hermetically connected to each other, with a ledge made on the inner wall of the first part, in which there are holes at an angle to the longitudinal axis of the combustion chamber, connected to the cooling path. (RF patent for the invention No. 2263017, Application: 2016119848 dated 05/23/2016, IPC: F22B 1/00, F22B 37/00 - prototype)

Парогенератор работает следующим образом. Основной расход компонентов топлива поступает в смесительную головку по магистралям окислителя и горючего, и затем из форсунок в камеру сгорания, где происходит их воспламенение от запального факела. Одновременно с подачей основного расхода компонентов топлива, начинает поступать вода по магистрали в каналы тракта охлаждения первой части камеры сгорания. При этом компоненты топлива, вытекая из форсунок, образуют линии тока продуктов сгорания, которые плавно касаются внутренней стенки первой части камеры сгорания в районе смесительной головки. В наиболее напряженной, в тепловом отношении, зоне вода поступает из отверстий колец завесы, соединенных с трактом охлаждения первой части камеры сгорания, и надежно прижимается продуктами сгорания к внутренней стенке второй части камеры сгорания, осуществляя ее защиту.The steam generator operates as follows. The main consumption of the fuel components enters the mixing head along the lines of the oxidizer and fuel, and then from the nozzles into the combustion chamber, where they ignite from the pilot flame. Simultaneously with the supply of the main flow rate of the fuel components, water begins to flow through the highway into the channels of the cooling path of the first part of the combustion chamber. In this case, the fuel components, emerging from the nozzles, form the flow lines of the combustion products, which smoothly touch the inner wall of the first part of the combustion chamber in the region of the mixing head. In the most heat-stressed zone, water enters from the openings of the curtain rings connected to the cooling path of the first part of the combustion chamber and is reliably pressed by the combustion products to the inner wall of the second part of the combustion chamber, protecting it.

Основными недостатками является сложность конструкции, обусловленная необходимостью выполнения отверстий подачи воды в районе сварного шва, трудности с охлаждением второй части камеры, вызванные тем, что в тракт охлаждения будет поступать вода, уже нагретая до предельных температур в первой части, что может привести к ее закипанию в тракте охлаждения с последующим образованием несплошностей потока воды в каналах тракта охлаждения из-за наличия пара и значительного ухудшения к условий второй части камеры, невозможность регулирования расхода пара из-за строго определенного расхода воды для охлаждения камеры, изменение которого в любую сторону может привести к ухудшению условий охлаждения камеры с последующим прогаром ее стенок.The main disadvantages are the complexity of the design, due to the need to make water supply holes in the weld area, difficulties with cooling the second part of the chamber, due to the fact that water will already enter the cooling path, which has already been heated to extreme temperatures in the first part, which can lead to its boiling in the cooling path with the subsequent formation of water flow discontinuities in the channels of the cooling path due to the presence of steam and a significant deterioration in the conditions of the second part of the chamber, the inability to control the flow of steam due to a strictly defined water flow for cooling the chamber, the change of which in any direction can lead to deterioration of the cooling conditions of the chamber with subsequent burnout of its walls.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание парогенератора с возможностью изменения расхода получаемого пара.The objective of the invention is to remedy these disadvantages and create a steam generator with the ability to change the flow rate of the resulting steam.

Решение указанной задачи достигается тем, что, предложенный парогенератор, согласно изобретению, содержит корпус с камерой сгорания, смесительную головку с полостями подвода компонентов топлива, пояса подачи компонентов топлива, соединенные с соответствующими полостями компонентов топлива при помощи каналов, при этом пояса подачи компонентов топлива выполнены в виде нескольких коаксиально установленных обечаек, расположенных друг по отношению к другу с кольцевыми зазорами, причем на поверхностях оболочек выполнены ребра, расположенные по спирали, причем ребра на смежных поясах направлены в противоположные стороны, причем высота ребер соответствует величине кольцевого зазора между соответствующими оболочками, и образующими замкнутые кольцевые полости, открывающиеся в камеру сгорания, причем кольцевые полости компонентов топлива равномерно чередуются между собой, при этом в центральной части головки, между поясами подачи компонентов, установлен пояс подачи парообразующей жидкости, полость которого открывается в полость камеры сгорания, при этом на торцах обечаек со стороны входа установлены торцевые профилированные днища, скрепленные между собой и с корпусом, и образующие последовательно расположенные торцевые кольцевые полости, причем в указанных днищах и полостях выполнены изолированные каналы, соединяющие упомянутые торцевые полости подачи компонентов топлива через одну между собой, причем угловое положение каналов в предыдущей полости отлично от углового положения аналогичных каналов в последующей полости, а диаметр упомянутых каналов уменьшается от периферии к центру смесительной головки, при этом указанные кольцевые полости компонентов топлива соединены с соответствующими полостями подвода компонентов через упомянутые торцевые полости, образованные профилированными днищами.The solution to this problem is achieved by the fact that the proposed steam generator, according to the invention, contains a housing with a combustion chamber, a mixing head with cavities for supplying fuel components, a belt for supplying fuel components connected to the corresponding cavities of the fuel components using channels, while the belt for feeding fuel components is made in the form of several coaxially mounted shells located relative to each other with annular gaps, and on the surfaces of the shells are made ribs arranged in a spiral, and the ribs on adjacent belts are directed in opposite directions, and the height of the ribs corresponds to the size of the annular gap between the respective shells, and forming closed annular cavities that open into the combustion chamber, moreover, the annular cavities of the fuel components are evenly alternated with each other, while in the central part of the head, between the supply belts of the components, a vapor supply fluid supply belt is installed, a cavity which opens into the cavity of the combustion chamber, while at the ends of the shells from the entrance side there are installed shaped end bottoms, fastened together and with the body, and forming successively located end annular cavities, moreover, in the indicated bottoms and cavities there are insulated channels connecting the said end cavities supply of fuel components through one between each other, and the angular position of the channels in the previous cavity is different from the angular position of similar channels in the subsequent cavity, and the diameter of the said channels decreases from the periphery to the center of the mixing head, while these annular cavities of the fuel components are connected to the corresponding cavities of the component supply through said end cavities formed by profiled bottoms.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез парогенератора, на фиг. 2 - показан продольный разрез смесительной головки предложенного парогенератора.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section through a steam generator; FIG. 2 - shows a longitudinal section of the mixing head of the proposed steam generator.

Парогенератор содержит корпус 1 с камерой сгорания 2, смесительную головку 3 с полостями подвода компонентов. Пояса подачи компонентов топлива 4 и 5 выполнены в виде нескольких коаксиально установленных обечаек 6, расположенных друг по отношению к другу с кольцевыми зазорами 7. Кольцевые полости компонентов топлива 4 и 5 равномерно чередуются между собой. В центральной части смесительной головки 3, между поясами подачи компонентов топлива 4 и 5, установлен пояс подачи парообразующей жидкости 8, полость которого открывается в полость камеры сгорания 2. На торцах обечаек 6, со стороны входа установлены торцевые профилированные днища 9, скрепленные между собой и с корпусом, и образующие последовательно расположенные торцевые кольцевые полости. В указанных днищах и полостях выполнены изолированные каналы 10 и 11, соединяющие упомянутые торцевые полости подачи компонентов топлива через одну между собой. Указанные кольцевые полости компонентов топлива соединены с соответствующими полостями подвода компонентов через упомянутые торцевые полости, образованные профилированными днищами. На поверхностях оболочек выполнены ребра 12, высота которых соответствует величине кольцевого зазора между соответствующими оболочками, причем ребра на смежных поясах направлены в противоположные стороны.The steam generator comprises a housing 1 with a combustion chamber 2, a mixing head 3 with cavities for supplying components. The belt for supplying the fuel components 4 and 5 is made in the form of several coaxially mounted shells 6 located relative to each other with annular gaps 7. The annular cavities of the fuel components 4 and 5 are evenly alternated. In the central part of the mixing head 3, between the belts of the supply of fuel components 4 and 5, there is a belt for supplying vaporizing liquid 8, the cavity of which opens into the cavity of the combustion chamber 2. At the ends of the shells 6, from the input side, end profiled bottoms 9 are fastened together and with a housing, and forming successively located end annular cavities. In the indicated bottoms and cavities, isolated channels 10 and 11 are made, connecting the said end cavities of the supply of fuel components through one to another. Said annular cavities of the fuel components are connected to the respective cavities for supplying the components through said end cavities formed by profiled bottoms. On the surfaces of the shells are made ribs 12, the height of which corresponds to the size of the annular gap between the respective shells, and the ribs on adjacent belts are directed in opposite directions.

Предложенный парогенератор работает следующим образом.The proposed steam generator operates as follows.

Компоненты топлива подаются в соответствующие полости смесительной головки 3, и далее, через кольцевые зазоры 7, образованные поясами 4 и 5, в камеру сгорания 2. В камере сгорания компоненты топлива воспламеняются и образуют высокотемпературную газовую смесь. Через пояс подачи парообразующей жидкости 8 в высокотемпературную газовую смесь подается парообразующая жидкость. Под действием высоких температур газовой смеси, парообразующая жидкость испаряется с образованием пара. Образовавшаяся парогазовая смесь поступает к выходу из корпуса 1 и направляется дальше для дальнейшего использования. За счет того, что парообразующая жидкость подается в смесительную головку 3, ее расход не влияет на охлаждение камеры сгорания, что позволяет изменять расход парообразующей жидкости в широких пределах.The fuel components are fed into the corresponding cavities of the mixing head 3, and then, through the annular gaps 7 formed by the belts 4 and 5, into the combustion chamber 2. In the combustion chamber, the fuel components ignite and form a high-temperature gas mixture. Through the feed belt of the vaporizing liquid 8, a vaporizing liquid is supplied to the high-temperature gas mixture. Under the influence of high temperatures of the gas mixture, the vaporizing liquid evaporates to form steam. The resulting vapor-gas mixture enters the outlet of the housing 1 and goes on for further use. Due to the fact that the vaporizing liquid is supplied to the mixing head 3, its flow rate does not affect the cooling of the combustion chamber, which allows changing the flow rate of the vaporizing liquid over a wide range.

Использование предложенного технического решения позволит создать парогенератор с надежным охлаждением и возможностью изменения расхода пара.Using the proposed technical solution will allow you to create a steam generator with reliable cooling and the ability to change the flow rate of steam.

Claims

A steam generator, characterized in that it comprises a housing with a combustion chamber, a mixing head with cavities for supplying fuel components, a belt for supplying fuel components connected to the corresponding cavities of the fuel components via channels, while the belt for supplying fuel components is made in the form of several coaxially mounted shells located with respect to each other with annular gaps, and on the surfaces of the shells there are ribs arranged in a spiral, and the ribs on adjacent belts are directed in opposite directions, and the height of the ribs corresponds to the size of the annular gap between the respective shells and forming closed annular cavities opening into the chamber combustion, moreover, the annular cavities of the fuel components are evenly alternated with each other, while in the central part of the head, between the supply belts of the components, a steam supply belt is installed, the cavity of which opens into the cavity of the combustion chamber, at volume at the ends of the shells on the entrance side installed end profiled bottoms, fastened together and with the housing, and forming successively located end annular cavities, and in these bottoms and cavities are made isolated channels connecting the said end cavities of the supply of fuel components through one another, moreover the angular position of the channels in the previous cavity is different from the angular position of similar channels in the subsequent cavity, and the diameter of the said channels decreases from the periphery to the center of the mixing head, while these annular cavities of the fuel components are connected to the respective cavities for supplying the components through the said end cavities formed by profiled bottoms.