RU51174U1

RU51174U1 - COMBUSTION CHAMBER OF THE HEAT GENERATOR

Info

Publication number: RU51174U1
Application number: RU2005127280/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Арюпин; Михаил Иосифович Рыжанков; Олег Аркадьевич Потапов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Сибирский агропромышленный дом"
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2006-01-27

Abstract

Полезная модель - камера сгорания теплогенератора - относится к теплоэнергетике и может быть использована в различных технологических установках, например, для нагрева воздуха в качестве агента сушки в сельскохозяйственных зерносушилках, в установках для обогрева сельскохозяйственных производственных помещений и т.п.A utility model - a combustion chamber of a heat generator - relates to a power system and can be used in various technological installations, for example, for heating air as a drying agent in agricultural grain dryers, in installations for heating agricultural production rooms, etc.

Задачей полезной модели является создание камеры сгорания теплогенератора, в которой сочетались бы простота и дешевизна изготовления с высокой эффективностью работы при обеспечении оптимального сжигания топлива за счет наиболее интенсивного завихрения топливовоздушной смеси в жаровой трубе.The objective of the utility model is to create a combustion chamber of a heat generator, which would combine simplicity and low cost of manufacture with high work efficiency while ensuring optimal combustion of fuel due to the most intense turbulence of the air-fuel mixture in the flame tube.

Камера сгорания теплогенератора по полезной модели включает в себя жаровую трубу с отверстиями для подачи воздуха, внешний корпус, канал подачи воздуха между жаровой трубой и внешним корпусом, полый конический смеситель с отверстиями, центральное тело в виде конуса, концентричное смесителю и завихритель. Завихритель выполнен из равномерно размещенных по окружности трубчатых стоек тангенциально к внутренней поверхности смесителя и под углом к его продольной оси. Одним концом трубчатые стойки закреплены на входе в канал для подачи воздуха, другим концом - к отверстиям в смесителе. Конус снабжен механизмом для его продольного перемещения.According to a useful model, the combustion chamber of a heat generator includes a heat pipe with openings for air supply, an external casing, an air supply channel between the heat pipe and the external casing, a hollow conical mixer with openings, a central cone-shaped body, a concentric mixer, and a swirl. The swirler is made of evenly spaced tubular uprights tangentially to the inner surface of the mixer and at an angle to its longitudinal axis. At one end, the tubular posts are fixed at the inlet to the air supply channel, and at the other end, to the holes in the mixer. The cone is equipped with a mechanism for its longitudinal movement.

1 з.п. ф., 2 рис.1 s.p. f., 2 fig.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в различных технологических установках, например, для нагрева воздуха в качестве агента сушки в сельскохозяйственных зерносушилках, в установках для обогрева сельскохозяйственных производственных помещений и т.п.The proposed utility model relates to a power system and can be used in various technological installations, for example, for heating air as a drying agent in agricultural grain dryers, in plants for heating agricultural production premises, etc.

При сжигании жидкого или газообразного топлива, особенно в маломощных энергетических установках, как правило, не обеспечивается полное сжигание топлива, несгоревшее топливо оседает на стенках камеры сгорания, образуется нагар в камерах сгорания, часть несгоревшего топлива с потоком воздуха попадает в воздушную среду.When burning liquid or gaseous fuel, especially in low-power power plants, as a rule, complete combustion of fuel is not ensured, unburned fuel settles on the walls of the combustion chamber, carbon deposits form in the combustion chambers, part of unburned fuel with the air stream enters the air.

Известен способ получения качественной смеси в горелочном устройстве, при котором топливовоздушную смесь получают при перемешивании выходящего из топливной форсунки распыленного топлива с потоком дутьевого воздуха и путем подбора необходимой частоты вихреобразования при продольном перемещении топливной форсунки (патент РФ №2182282, МПК F 23 С 11/00, опубл. 10.05.2002 Бюл. №13).There is a method of producing a high-quality mixture in a burner device, in which the air-fuel mixture is obtained by mixing the atomized fuel leaving the fuel nozzle with a stream of blast air and by selecting the necessary vortex frequency during longitudinal movement of the fuel nozzle (RF patent No. 2182282, IPC F 23 C 11/00 Publish. May 10, 2002 Bull. No. 13).

Известен способ получения качественной смеси в горелочном устройстве, который заключается в перемешивании распыленного топлива в воздушном потоке, закрученном в аксиальном лопаточном завихрителе (патент РФ №2182283, МПК F 23 С 11/00 опубл. 10.05.2002 Бюл. №13).There is a method of producing a high-quality mixture in a burner device, which consists in mixing the atomized fuel in an air stream swirling in an axial blade swirl (RF patent No. 2182283, IPC F 23 C 11/00 publ. 05/10/2002 Bull. No. 13).

Известна горелка жидкотопливная, включающая вентилятор, горелку с распылителем топлива, камеру сгорания топлива, кожух с боковыми отверстиями для подачи воздуха, жаровую трубу, тепловой экран, завихритель топливовоздушной смеси, причем в камере сгорания имеется две секции - секция газификации и секция сжигания (патент РФ №2229656, МПК F 23 С 11/00 опубл. 27.05.2004 Бюл. №15).Known liquid fuel burner, including a fan, a burner with a fuel spray, a combustion chamber, a casing with side openings for supplying air, a heat pipe, a heat shield, a swirl of the air-fuel mixture, and in the combustion chamber there are two sections - a gasification section and a burning section (RF patent No. 2229656, IPC F 23 C 11/00 publ. May 27, 2004 Bull. No. 15).

Известна топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая профилированное конфузорное сопло, конический насадок с отбортовкой на кромке. В данной конструкции завихритель установлен перед топливной форсункой, что снижает эффективность его использования для перемешивания топливовоздушной смеси от горелки с воздухом, поступающим в камеру сгорания (патент РФ №2133411, МПК F 23 R 3/34, опубл. 20.07.1999 Бюл. №20).Known air-fuel burner of the combustion chamber of a gas turbine engine containing a profiled confuser nozzle, a conical nozzle with a flanging on the edge. In this design, the swirl is installed in front of the fuel nozzle, which reduces the efficiency of its use for mixing the air-fuel mixture from the burner with the air entering the combustion chamber (RF patent No. 2133411, IPC F 23 R 3/34, publ. 07.20.1999 Bull. No. 20 )

В приведенных технических решениях топливовоздушную смесь получают с применением сложных регулировок с перемещением топливной форсунки, не обеспечивается полное сжигание топлива, несгоревшее топливо оседает на стенках камеры сгорания, образуется нагар в камерах сгорания, часть несгоревшего топлива с потоком воздуха попадает в воздушную среду.In the given technical solutions, the air-fuel mixture is obtained using complex adjustments with the movement of the fuel nozzle, the complete combustion of the fuel is not ensured, unburned fuel settles on the walls of the combustion chamber, carbon deposits form in the combustion chambers, some of the unburned fuel with the air stream enters the air.

Известна камера сгорания газовой турбины, содержащая несколько жаровых труб с отверстиями для подачи воздуха, внешний корпус, каналы подачи воздуха между жаровой трубой и внешним корпусом. В каждой жаровой трубе имеется смеситель с отверстиями, центральное тело, концентричное смесителю, и завихритель с полыми лопатками, выполненными из жаростойкой стали (патент РФ №2107229, МПК F 23 R 3/16 опубл. 20.03.1998 Бюл. №8).A known combustion chamber of a gas turbine containing several flame tubes with openings for supplying air, an external housing, air supply channels between the flame tube and the external housing. In each flame tube there is a mixer with holes, a central body concentric to the mixer, and a swirl with hollow blades made of heat-resistant steel (RF patent No. 2107229, IPC F 23 R 3/16 publ. 03.20.1998 Bull. No. 8).

Данная камера сгорания наиболее сходна с предлагаемой камерой сгорания теплогенератора по основным признакам и принята нами за прототип.This combustion chamber is most similar to the proposed combustion chamber of the heat generator according to the main features and is accepted by us as a prototype.

Недостатком конструкции является необходимость выполнения осевых лопаточных завихрителей из жаростойкой стали, что обусловлено условиями их работы в зоне высоких температур. Помимо этого, осевые лопатки размещены вдоль продольной оси жаровой трубы - такое размещение лопаток не обеспечивает интенсивного завихрения топливовоздушной смеси. Камера сгорания по прототипу рассчитана на работу только на газообразном топливе.The design drawback is the need to perform axial blade swirls made of heat-resistant steel, which is due to the conditions of their operation in the high temperature zone. In addition, the axial blades are placed along the longitudinal axis of the flame tube - this arrangement of the blades does not provide intensive turbulence of the air-fuel mixture. The combustion chamber of the prototype is designed to work only on gaseous fuel.

Кроме того, камера сгорания газовой турбины по патенту №2107229 предназначена для очень мощных авиационных двигателей. Такие камеры чрезвычайно сложны по конструкции, дороги в изготовлении и обслуживании и не могут быть использованы в средствах малой энергетики, в частности, в сельском хозяйстве.In addition, the combustion chamber of a gas turbine according to patent No. 2107229 is intended for very powerful aircraft engines. Such cameras are extremely complex in design, expensive to manufacture and maintain, and cannot be used in small-scale energy, in particular, in agriculture.

Задачей полезной модели является создание камеры сгорания теплогенератора, в которой сочетались бы простота и дешевизна изготовления с высокой эффективностью работы при обеспечении оптимального сжигания топлива за счет наиболее интенсивного завихрения топливовоздушной смеси в жаровой трубе. Поскольку камера сгорания по полезной модели предназначена для нагрева воздуха в качестве агента сушки в сельскохозяйственных зерносушилках, для работы в составе установок для обогрева сельскохозяйственных производственных помещений и т.п., целесообразно использование как газообразного, так и жидкого топлива без внесения конструктивных изменений.The objective of the utility model is to create a combustion chamber of a heat generator, which would combine simplicity and low cost of manufacture with high work efficiency while ensuring optimal combustion of fuel due to the most intense turbulence of the air-fuel mixture in the flame tube. Since the combustion chamber according to a utility model is designed to heat air as a drying agent in agricultural grain dryers, to work as part of plants for heating agricultural production facilities, etc., it is advisable to use both gaseous and liquid fuels without making structural changes.

Камера сгорания теплогенератора по полезной модели включает в себя жаровую трубу с отверстиями для подачи воздуха, внешний корпус, канал подачи воздуха между жаровой трубой и внешним корпусом, полый конический смеситель с отверстиями, центральное тело в виде конуса, концентричное смесителю и завихритель.According to a useful model, the combustion chamber of a heat generator includes a heat pipe with openings for air supply, an external casing, an air supply channel between the heat pipe and the external casing, a hollow conical mixer with openings, a central cone-shaped body, a concentric mixer, and a swirl.

Завихритель выполнен из равномерно размещенных по окружности трубчатых стоек тангенциально к внутренней поверхности смесителя и под углом к его продольной оси. Одним концом трубчатые стойки закреплены на входе в канал для подачи воздуха, другим концом - к отверстиям в смесителе.The swirler is made of evenly spaced tubular uprights tangentially to the inner surface of the mixer and at an angle to its longitudinal axis. At one end, the tubular posts are fixed at the inlet to the air supply channel, and at the other end, to the holes in the mixer.

Конус снабжен механизмом для его продольного перемещения.The cone is equipped with a mechanism for its longitudinal movement.

На фиг.1 представлен продольный разрез А-А камеры сгорания теплогенератора по фиг.2Figure 1 presents a longitudinal section aa of the combustion chamber of the heat generator of figure 2

На фиг.2 представлен разрез В-В по фиг.1.Figure 2 presents a section bb in figure 1.

Тепловая камера теплогенератора 1 включает в себя горелочное устройство 2 со своим вентилятором, тепловую камеру 3 со своим вентилятором, жаровую трубу 4 с отверстиями для подачи воздуха 5, внешний корпус 6, кольцевой канал подачи воздуха 7, расположенный между жаровой трубой 4 и внешним корпусом 6, полый конический смеситель 8 с отверстиями 9, центральное тело в виде конуса 10, концентричное смесителю 8, и завихритель 11.The heat chamber of the heat generator 1 includes a burner 2 with its fan, a heat chamber 3 with its fan, a heat pipe 4 with openings for air supply 5, an external casing 6, an annular air supply channel 7 located between the flame tube 4 and the external casing 6 , a hollow conical mixer 8 with holes 9, a central body in the form of a cone 10, concentric to the mixer 8, and a swirler 11.

Завихритель 11 в виде трубчатых стоек 12 с полым коническим смесителем 8 и конусом 10 размещены на входе в жаровую трубу 4. Между смесителем 8 и конусом 10 образовано пространство 13, объем которого регулируется механизмом 14 продольного перемещения конуса 10.A swirler 11 in the form of tubular posts 12 with a hollow conical mixer 8 and a cone 10 is placed at the entrance to the heat pipe 4. Between the mixer 8 and the cone 10 a space 13 is formed, the volume of which is regulated by the mechanism 14 for the longitudinal movement of the cone 10.

Трубчатые стойки 12 завихрителя 11 размещены тангенциально к внутренней поверхности полого конического смесителя 8 под углом к продольной его оси. Одним концом трубчатые стойки 12 закреплены на входе в канал для подачи воздуха 7, другим концом - к отверстиям 9 в смесителе 8.The tubular struts 12 of the swirler 11 are placed tangentially to the inner surface of the hollow conical mixer 8 at an angle to its longitudinal axis. At one end, the tubular posts 12 are fixed at the entrance to the air supply channel 7, and at the other end, to the holes 9 in the mixer 8.

Работает тепловая камера теплогенератора 1 следующим образом. Жидкое или газообразное топливо под давлением подается в горелочное устройство 2.The thermal chamber of the heat generator 1 operates as follows. Liquid or gaseous fuel under pressure is supplied to the burner 2.

При запуске горелочного устройства 2 происходит первичное факельное (диффузионное) горение топлива с коэффициентом избытка воздуха α=0,3-0,4. Факел горящего топлива q₁ направляется в жаровую трубу 4 на смеситель 8 и обтекает его. При этом происходит перераспределение потока факельного горения по периметру жаровой трубы 4. Поток воздуха Q₂ от вентилятора тепловой камеры 3 направляется в кольцевой канал подачи воздуха 7. Основная масса потока воздуха q₂ попадает в кольцевой канал 7, а часть воздуха Q₃ по трубчатым стойкам 12 завихрителя 11 направляется в пространство 13. Так как трубчатые стойки 12 установлены тангенциально к внутренней поверхности смесителя 8 под углом к продольной его оси, поток воздуха Q₃, выходит из каждой трубчатой стойки 12 в пространство 13 и движется по расширяющейся спирали. Выйдя из пространства 13, поток воздуха Q₃ интенсивно перемешивается с факелом горящего топлива Q₁ и потоком воздуха Q₂, подающегося из кольцевого канала 7 в жаровую трубу 4 через отверстия 5. Расположение трубчатых стоек 12 под углом к оси полого конического смесителя 8 обеспечивает интенсивный динамический напор воздуха на входе в трубчатую стойку 12 и достаточный нагрев холодного воздуха Q₃ для уменьшения охлаждения зоны горения. Поскольку в трубчатые стойки 12 поступает поток холодного воздуха Q₃, они могут быть изготовлены из обычной стали.When starting the burner device 2, the primary flare (diffusion) combustion of the fuel occurs with an excess air coefficient α = 0.3-0.4. The torch of burning fuel q _{1 is} sent to the flame tube 4 to the mixer 8 and flows around it. In this case, the flare flow is redistributed around the perimeter of the flame tube 4. The air flow Q ₂ from the fan of the heat chamber 3 is directed into the annular air supply channel 7. The bulk of the air flow q ₂ enters the annular channel 7, and part of the air Q ₃ along the tubular racks 12, the swirler 11 is directed into the space 13. Since the tubular upright 12 mounted tangentially to the inner surface 8 of the mixer at an angle to its longitudinal axis, the air flow Q _3, emerges from each tubular strut 12 into the space 13 and moves an expanding spiral. Leaving space 13, the air stream Q _{3 is} intensively mixed with a torch of burning fuel Q ₁ and a stream of air Q ₂ supplied from the annular channel 7 to the flame tube 4 through openings 5. The arrangement of the tubular posts 12 at an angle to the axis of the hollow conical mixer 8 provides intensive dynamic pressure of air at the entrance to the tubular stand 12 and sufficient heating of cold air Q ₃ to reduce cooling of the combustion zone. Since the flow of cold air Q ₃ enters the tubular posts 12, they can be made of ordinary steel.

Происходит процесс интенсивного сжигания топлива при коэффициенте избытка воздуха α=1,5-2,5. При этом во много раз снижается концентрация NO_x, CO и НС в продуктах сгорания и повышается скорость и температура в зоне горения, обеспечивая полноту сгорания топлива до 99,9%.The process of intensive combustion of fuel occurs with an excess air coefficient α = 1.5-2.5. At the same time, the concentration of NO _x , CO, and HC in the combustion products decreases many times and the speed and temperature in the combustion zone increase, ensuring the completeness of fuel combustion up to 99.9%.

Для изменения количества воздуха, поступающего в зону интенсивного горения, что важно при использовании различных видов топлива, предусмотрен механизм 14 продольного перемещения конуса 10.To change the amount of air entering the intensive combustion zone, which is important when using different types of fuel, a mechanism 14 for the longitudinal movement of the cone 10 is provided.

Такая конструкция камеры сгорания теплогенератора обеспечивает более полное сгорание топлива, значительно уменьшается выброс несгоревшего топлива в окружающую среду, исключается набрызгивание несгоревшего топлива на стенки камеры сгорания, образование нагара в камерах сгорания и при этом повышается коэффициент полезного действия камеры сгорания теплогенератора.This design of the combustion chamber of the heat generator provides a more complete combustion of fuel, significantly reduces the release of unburned fuel into the environment, excludes the spraying of unburned fuel on the walls of the combustion chamber, the formation of carbon deposits in the combustion chambers, and the efficiency of the combustion chamber of the heat generator increases.

Опытный образец «Малогабаритной топочной установки МТУ-0,5Г», с камерой сгорания теплогенератора по настоящей полезной модели разработан, изготовлен и испытан в ОАО «СИБИРСКИЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ ДОМ» СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК, Новосибирская область. Новосибирский район, п.Краснообск.A prototype of the "MTU-0.5G Small-sized Furnace Installation", with a combustion chamber of a heat generator according to this utility model, was developed, manufactured and tested at SIBERIAN AGRICULTURAL HOUSE OJSC of the SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF AGRICULTURAL SCIENCES, Novosibirsk. Novosibirsk region, village of Krasnoobsk.

Claims

1. The combustion chamber of the heat generator, comprising a heat pipe with holes for supplying air, placed in the outer casing, an annular channel for supplying air between the flame tube and the outer casing, a hollow conical mixer with openings, a central cone-shaped body, a concentric mixer, and a swirler, characterized in that the swirler is made of evenly spaced tubular uprights tangentially to the inner surface of the mixer and at an angle to its longitudinal axis, with the tubular uprights closed at one end captures at the entrance to the channel for air supply, the other end to the holes in the mixer.

2. The combustion chamber of the heat generator according to claim 1, characterized in that the cone is equipped with a mechanism for its longitudinal movement.