189230. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés lüktető égés befolyásolására
1 189 230 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés lüktető égés befolyásolására. Az eljárás során a kialakuló lüktető égést a tűz fenntartását biztosító feltételek változtatásával befolyásoljuk. A találmány szerinti eljárás és berendezés segítségével nagy hőteljesítményü ipari kazánokban is lehetővé válik a lüktető égés hatékony befolyásolása, lehetőség szerint megszüntetése, illetve alacsony szinten tartása. Tüzelőberendezésekben a szénhidrogénlángbk égési folyamata számos esetben jellegzetes instabilitásokat mutat. Ezek az instabilitások sokfélék lehetnek. Egy jellegzetes csoportjukat az ún. lüktető égés képezi, amelynél az égési folyamat nyomáslengések kíséretében megy végbe. Általában két főbb csoportját különböztetjük meg:- akusztikai lengéseket,- nem akusztikus lengéseket. E csoportokon belül találhatók nagyfrekvenciás (f > 1 kHz) és kisfrekvenciás (f < 100 Hz) lengések, amelyek közül az előbbi rakétahajtóművekben, illetve gázturbina tüzelőterekben gyakori. Hazai tüzeléstechnikai gyakorlatban a kisfrekvenciás lengések előfordulása a jellemző. E lengések a hőfelszabadulás ingadozásában jelentkeznek. Turbulens lángokban a keveredési és égési folyamatok térben és időben egymáshoz képest eltolódva mennek végbe. A keverékképzést nagymértékben befolyásolják a turbulens áramlás sebességviszonyai a tüzelőanyag-levegő keverék koncentrációjának helyi és időbeli ingadozásai. E térbeli és időbeli ingadozások helyi hőmérséklet-ingadozások és hőfelszabadulás-ingadozások révén nyomáshullámokat hoznak létre. Ezek a nyomáshullámok a lángot határoló teret gerjeszthetik. Ha a tüzelőberendezés akusztikai szempontból kis csillapítású, akkor ezek a nyomáshullámok a tüzelőberendezés saját frekvenciájához közeli, állandó amplitúdójú lengéseket hozhatnak létre, és lüktető égéshez vezethetnek. Kisméretű tüzelőberendezések akusztikai szempontból Helmholzrezonátorként viselkednek, míg a nagyméretű tüzelőtérrel rendelkező tüzelőberendezések akusztikailag „orgonasíp”-ként működnek, bennük állóhullámok alakulnak ki. Az így kialakuló lengések a 10-50 Hz frekvenciatartományban vannak, ami a tüzelőtér és a léghevítő valamely szerkezeti elemének saját frekvenciájával elég gyakran egybeesik, s ezért rövid üzemelés után már kifáradásos töréshez vezetnek. Különösen kiküszöbölendők a 16 Hz alatti lengések az infrahangtartományban, mive’ ezek az emberi szervezetre is károsak. Bár a lüktető égés külön erre a célra tervezet; berendezésben kedvezően kihasználható a gerjesz tett nyomáslengések hőátadási javító hatása miatt, amit számos ilyen elven működő kisméretű, 10-50 kW hőteljesítményű meleg víz, illetve gőzfej lesztő készülék igazol, mégis az ipari tüzelőberen dezésekben fellépő nemkívánatos nyomáslengések számos tüzeléstechnikai hátrány forrásai: rosszabb égési hatásfok, koromképződés, szabályozó bérén dezések meghibásodása, csökkent szabályozási tar tomány, esetleg láng kioltása, megnövekedett zajszint. A lüktető égés leggyakrabban a tüzelőberendezés égőjének begyújtásakor, a berendezés teljesítményének növelésekor, illetve újabb égő bekapcsolásakor alakul ki. Megszüntetése tehát a tüzelőberendezés gazdaságos üzemvétele, a teljesítmény jobb kihasználása és a szerkezeti elemek károsodásának elkerülése érdekében egyaránt szükséges. A lüktető égés befolyásolásának, illetve megszüntetésének egyik ismert módja a tüzelőberendezések két alapvető rendszerének - az égőnek a hozzátartozó táprendszerrel, valamint a tűztérnek az égéstermékeket elvezető vezetékkel - az akusztikai elhangolása. E két rendszer ugyanis egymással kölcsönhatásban van, az égő lángjának hőfelszabadulás-ingadozása akusztikailag gerjeszti a tüztér és az égéstermék-elvezető vezeték együttesét. Rayleigh már a múlt század végén megfogalmazta a lüktető égés fennmaradásának feltételét (Rayleigh-kritérium). Ez a kritérium azt fejezi ki, hogy a lüktető égés abban az esetben alakul ki, illetve marad fenn, ha a hőbevezetés a nyomáslengéssel fázisban van. Az ismert megoldásokban a két alapvető rendszer akusztikai elhangolása tapasztalati úton történik. Az elhangolást akkor végzik el, ha a tüzelőberendezés zajszintjét túl magasnak találják, ebben az esetben - általában a tüzelőberendezés geometriai kialakításának változtatásával - megpróbálják csökkenteni a zajszintet. Ez a véletlenszerű beavatkozás túl azon, hogy szubjektív észlelésen alapul, nem minden esetben hatásos. A találmány célja a tüzelőberendezések károsodását okozó lüktető égés befolyásolását (csökkentését vagy megszüntetését) egzakt módon lehetővé tevő eljárás és az eljárást megvalósító berendezés kidolgozása. Feladatunk tehát olyan eljárás kidolgozása, amely nemcsak az eddig alkalmazott véletlenszerű beavatkozást teszi lehetővé, hanem a tűztéri feltételek figyelésével olyan beavatkozási lehetőséget biztosít, amelynek révén a lüktető égés kialakulása (fennmaradása) előnyösen befolyásolható. Felismertük, hogy a tüzelőberendezés geometriai kialakítása olyan rezonanciafeltételeket határoz meg, amelyek közvetlen változtatása nem mindig hatásos, és ezért a lüktető égést más paraméterek - esetleg együttes - módosításával kell megszüntetni. Ilyen paraméter például az elégetendő szénhidrogén-levegő keverék térfogatáramának, vagy a lángban felszabaduló hőenergiának az ingadozása, valamint a tűztéri belső nyomásnak a változása. Ez utóbbit az elégetett keverék égése során kialakult folyamatok befolyásolják. Méréseink során megállapítottuk, hogy az előzőekben leírt fizikai folyamatok időbeli lefolyásukat tekintve determinisztikus folyamatokat eredményeznek, ami azt jelenti, hogy ha a kísérletet többszörmegismételjük - ugyanolyan körülmények között - az eredmények időbeli lefolyása mindig Ugyanaz lesz. Felismertük továbbá, hogy ha folyamatosan érzékeljük a tüzelőberendezések két alapvető rendszerére jellemző egy-egy paraméter - előnyösen a tűztérben elégetett szénhidrogén-levegő keverék belső nyomásának, valamint az égésre jellemző további paraméternek - ingadozását, azok kapcsola5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 1
