RU2614311C1

RU2614311C1 - Steam generator

Info

Publication number: RU2614311C1
Application number: RU2016112263A
Authority: RU
Inventors: Сергей Петрович Хрисанфов; Павел Викторович Кафарена
Original assignee: Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики"
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-03-24

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: invention refers to the power plants, that produce steam with high parameters, obtained by the power released during the combustion of hydrogen or natural gas (NG) in oxygen. The steam generator contains the ignition device with electro sparking plug, the mixing head with main pipes supplying the oxidant, fuel and water for film cooling, the combustion chamber with cooling path channel, the mixing chamber. In the combustion chamber near the mixing head there is additional fire wall with the length of 3÷4 output nozzle diameters, fixed by means of soldering with the inner wall of the combustion chamber and the oblique cooling path channels, which are connected to the cooling path channel of the inner wall through the holes.

EFFECT: stable cooling of the combustion chamber inner wall and extention of the steam generator service life.

3 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 producing high-quality steam, obtained due to the energy released during the combustion of hydrogen or natural gas (GHG) in oxygen.

Известна конструкция смесительной головки водородно-кислородного парогенератора (патент RU 2379590, F23D 14/62, F02K 9/44, 2008) и конструкция смесительной головки метано-кислородного парогенератора (патент RU 2555598, F23D 14/62, 2014), в которых для обеспечения охлаждения внутренней стенки камеры сгорания парогенератора в огневом днище смесительной головки у огневой стенки выполнены отверстия для подачи воды на пленочное охлаждение.The known design of the mixing head of the hydrogen-oxygen steam generator (patent RU 2379590, F23D 14/62, F02K 9/44, 2008) and the design of the mixing head of the methane-oxygen steam generator (patent RU 2555598, F23D 14/62, 2014), in which cooling the inner wall of the combustion chamber of the steam generator in the fire bottom of the mixing head near the fire wall made holes for supplying water to the film cooling.

Недостатком данной конструкции является то, что обратные токи с температурой порядка 700÷800 K у смесительной головки, которые реализуются в результате сгорания компонентов топлива, защищая огневое днище от более высоких температур (3500÷3600 K) одновременно частично размывают водяную завесу, которая поступает из отверстий, расположенных в огневом днище смесительной головки.The disadvantage of this design is that reverse currents with a temperature of the order of 700 ÷ 800 K at the mixing head, which are realized as a result of the combustion of fuel components, protecting the firing plate from higher temperatures (3500 ÷ 3600 K) at the same time partially blur the water curtain that comes from holes located in the fire bottom of the mixing head.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является конструкция водородно-кислородного парогенератора для получения водяного пара (патент RU 2309325, F22B 1/26, 2005, прототип), в состав которого входит смесительная головка с триплетными смесительными элементами, представляющими собой комбинацию из трех струйных форсунок - одной форсунки окислителя (кислорода) и двух форсунок горючего (водорода), оси которых пересекаются в одной точке. На огневом днище смесительной головки расположены отверстия для подачи воды на пленочное охлаждение камеры сгорания.Closest to the proposed invention is the design of a hydrogen-oxygen steam generator for producing water vapor (patent RU 2309325, F22B 1/26, 2005, prototype), which includes a mixing head with triplet mixing elements, which are a combination of three jet nozzles - one nozzles of the oxidizer (oxygen) and two nozzles of fuel (hydrogen), the axes of which intersect at one point. On the firing bottom of the mixing head are openings for supplying water to the film cooling of the combustion chamber.

Недостатком данной конструкции так же является возможность размыва обратными токами у смесительной головки водяной завесы, которая из отверстий в огневом днище поступает на внутреннюю стенку камеры сгорания. В результате размыва водяной завесы повышается температура внутренней стенки камеры сгорания, что может привести к образованию пиролизов и даже прогару, что снижает ресурс работы парогенератора.The disadvantage of this design is also the possibility of erosion by reverse currents at the mixing head of the water curtain, which from the holes in the firing plate enters the inner wall of the combustion chamber. As a result of the erosion of the water curtain, the temperature of the inner wall of the combustion chamber rises, which can lead to the formation of pyrolysis and even burnout, which reduces the life of the steam generator.

Данное изобретение решает техническую задачу повышения эффективности работы пленочного охлаждения, увеличивает ресурс работы парогенератора, устраняет указанные недостатки прототипа.This invention solves the technical problem of increasing the efficiency of film cooling, increases the life of the steam generator, eliminates these disadvantages of the prototype.

Поставленная техническая задача решается тем, что в парогенераторе, содержащем запальное устройство с электросвечой, смесительную головку с магистралями подвода окислителя, горючего и воды на завесное охлаждение, камеру сгорания с каналами тракта охлаждения, камеру смешения, согласно изобретению в камере сгорания возле смесительной головки выполнена дополнительная (вторая) огневая стенка длиной 3÷4 выходных диаметра форсунки, закрепленная с помощью пайки с внутренней стенкой камеры сгорания, и косыми каналами тракта охлаждения, которые соединены с каналами тракта охлаждения внутренней стенки через отверстия.The stated technical problem is solved in that in a steam generator containing an ignition device with an electric candle, a mixing head with lines for supplying oxidizer, fuel and water for curtain cooling, a combustion chamber with cooling ducts, a mixing chamber, according to the invention, an additional chamber is made in the combustion chamber near the mixing head (second) fire wall with a length of 3–4 nozzle output diameters, fixed by soldering with the inner wall of the combustion chamber, and oblique channels of the cooling path, e are connected to the cooling channels tract through the inner wall openings.

Такое выполнение конструкции парогенератора позволяет реализовать следующие процессы:This design of the steam generator allows you to implement the following processes:

1) В камере сгорания происходит сгорание компонентов топлива при температуре 3500÷3600 K с образованием обратных токов температурой 700+800 K, которые защищают огневое днище.1) In the combustion chamber, the combustion of fuel components occurs at a temperature of 3500 ÷ 3600 K with the formation of reverse currents with a temperature of 700 + 800 K, which protect the firing bottom.

2) Водяная завеса также поступает из дополнительной огневой стенки, минуя зону обратных токов на расстоянии 3÷4 выходных диаметра форсунки, что обеспечивает надежное охлаждение внутренней стенки камеры сгорания. При расстоянии меньше 3 и больше 4 выходных диаметра форсунки будет происходить размыв водяной завесы обратными токами.2) The water curtain also comes from an additional fire wall, bypassing the reverse current zone at a distance of 3 ÷ 4 output nozzle diameters, which ensures reliable cooling of the internal wall of the combustion chamber. At a distance of less than 3 and more than 4 output diameters of the nozzle, the water curtain will be washed away by reverse currents.

Оптимальное расстояние составляет 4 выходных диаметра форсунки.The optimum distance is 4 nozzle output diameters.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг. 1, 2, 3.The essence of the invention is illustrated by the circuits shown in FIG. 1, 2, 3.

Парогенератор (фиг. 1) включает в себя запальное устройство 1 с электросвечой 2, смесительную головку 3 с магистралями подвода окислителя 4, горючего 5 и воды 6 на завесное охлаждение, камеру сгорания 7 с магистралью подвода воды на охлаждение 8, каналами тракта охлаждения 9 и дополнительную огневую стенку 10, камеру смешения 11.The steam generator (Fig. 1) includes an ignition device 1 with an electric candle 2, a mixing head 3 with lines for supplying an oxidizer 4, fuel 5 and water 6 for curtain cooling, a combustion chamber 7 with a pipe for supplying water for cooling 8, cooling ducts 9 and additional fire wall 10, the mixing chamber 11.

На фиг. 2 показано место соединения дополнительной огневой стенки 10 с трактом охлаждения 9 с помощью отверстий 12.In FIG. 2 shows the junction of the additional fire wall 10 with the cooling path 9 using the holes 12.

На фиг. 3 показаны каналы тракта охлаждения 13 дополнительной огневой стенки 10, расположенные под углом α к оси Х-Х камеры сгорания 7.In FIG. 3 shows the channels of the cooling path 13 of the additional fire wall 10 located at an angle α to the axis X-X of the combustion chamber 7.

Парогенератор работает следующим образом.The steam generator operates as follows.

Небольшой расход компонентов топлива поступает в запальное устройство 1, где происходит их воспламенение с помощью электросвечи 2, и запальный факел поступает в камеру сгорания 7. Основной расход компонентов топлива поступает в смесительную головку 3, а затем из форсунок в камеру сгорания 7, где происходит их воспламенение от запального факела. Одновременно с подачей основного расхода компонентов топлива и воды 6 на завесное охлаждение в смесительную головку 3 начинает поступать вода в каналы тракта охлаждения 9 камеры сгорания 7. При этом небольшой расход воды через отверстия 12 начинает поступать в дополнительную огневую стенку 10, оптимальная длина которой составляет 4 выходных диаметра форсунки D₀.A small consumption of fuel components enters the ignition device 1, where they are ignited by means of an electric candle 2, and the ignition torch enters the combustion chamber 7. The main consumption of fuel components enters the mixing head 3, and then from the nozzles to the combustion chamber 7, where they ignition from the ignition torch. Simultaneously with supplying the main flow rate of the fuel and water components 6 for curtain cooling, water begins to flow into the mixing head 3 into the channels of the cooling path 9 of the combustion chamber 7. At the same time, a small flow rate of water through the openings 12 begins to flow into the additional fire wall 10, the optimal length of which is 4 nozzle output diameter D ₀ .

Предложенное техническое решение обеспечивает более надежное охлаждение внутренней стенки камеры сгорания и долгий срок работы парогенератора.The proposed technical solution provides more reliable cooling of the inner wall of the combustion chamber and the long life of the steam generator.

Claims

Парогенератор, содержащий запальное устройство с электросвечой, смесительную головку с магистралями подвода окислителя, горючего и завесного охладителя, камеру сгорания с каналами тракта охлаждения, камеру смешения, отличающийся тем, что в камере сгорания возле смесительной головки установлена дополнительная огневая стенка длиной 3÷4 выходных диаметра форсунки, закрепленная с внутренней стенкой камеры сгорания, и с выполненными косыми каналами тракта охлаждения, которые соединены с каналами тракта охлаждения внутренней стенки через отверстия.A steam generator comprising an ignition device with an electric candle, a mixing head with lines for supplying oxidizer, fuel and a curtain cooler, a combustion chamber with cooling ducts, a mixing chamber, characterized in that an additional fire wall with a length of 3 ÷ 4 output diameters is installed in the combustion chamber near the mixing head nozzles fixed to the inner wall of the combustion chamber, and with oblique channels of the cooling path, which are connected to the channels of the cooling path of the inner wall through holes.