基于碳氢燃料深度裂解反应流的再生冷却系统与方法与流程

[0001]
本发明属于再生冷却技术领域，具体涉及一种基于碳氢燃料深度裂解反应流的再生冷却系统与方法。


背景技术：

[0002]
碳氢燃料的一种吸热反应—“深度裂解反应”是有望解决燃烧室壁面过热问题的有效手段，这种技术能在不增加额外设备的情况下实现对高热壁面的冷却，是一项极有前景的再生冷却技术。公开号为cn 106322436 a的中国专利公开了一种微通道再生冷却的微型燃烧室，通过在燃烧室热壁面上敷设燃油微型通道，实现了对燃烧室壁面的有效降温，同时受热后的燃料因发生热裂解反应生成了小分子可燃气体，有效改善了点火性能。
[0003]
公开号为cn 106322436 a的中国专利中的不足之处在于：未声明燃油在高温裂解过程中的结焦沉积如何处理，文献[航空动力学报，2013，28(4)：832-837]和[journal of engineering for gas turbines and power,2001,123:741-746]中均提到碳氢燃料(燃油)在高温下极易产生结焦，而结焦会堵塞微型通道，因此需要对燃油的高温结焦沉积进行处理，以保障再生冷却系统正常工作。


技术实现要素：

[0004]
(一)要解决的技术问题
[0005]
本发明要解决的技术问题是：如何克服现有再生冷却技术中的缺陷，提供一种可稳定工作的再生冷却系统与系统，一方面可让碳氢燃料工作在较高温度下，充分发挥碳氢燃料的化学热沉优势；另一方面有效防止焦炭沉积，保持冷却流道工作正常，同时保证后续系统的工作稳定。
[0006]
(二)技术方案
[0007]
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于碳氢燃料深度裂解反应流的再生冷却系统，包括燃料箱、燃料供给泵、入口集液腔、换热面板、出口集液腔、旋风分离器、积碳罐、高温燃气涡轮、燃气喷嘴；
[0008]
所述燃料箱用于燃料储存设备；
[0009]
所述燃料供给泵用于抽取燃料箱中储存的燃料；
[0010]
燃料供给泵抽出的燃料注入所述入口集液腔中，所述入口集液腔内含有扰流装置用于燃料的均匀分配；
[0011]
燃料经入口集液腔均匀分配后，流入所述换热面板中，并在换热面板中与其通道壁面间发生热交换过程，实现对通道壁面的冷却；
[0012]
所述换热面板流道中部设有二次回流槽；燃料在换热面板中吸收热量后流入出口集液腔中；
[0013]
从出口集液腔流出的高温燃油蒸汽流入旋风分离器6中，旋风分离器可将燃油蒸气中的焦炭颗粒分离出来；
[0014]
所述积碳罐，用于收集从旋风分离器中分离出来的焦炭颗粒；
[0015]
所述高温燃气涡轮，依靠燃油蒸气驱动，用于带动燃料供给泵及燃气喷嘴工作；
[0016]
所述燃气喷嘴，其上面设置多组喷孔，用于实现燃油蒸气的喷射。
[0017]
优选地，所述换热面板的流道中距离出口处1/3～1/5处涂覆惰性涂层。
[0018]
优选地，所述二次回流槽的槽道的长度与流道的总长比例为1：50～1：100。
[0019]
优选地，所述出口集液腔的截面面积与换热面板出口总面积按10:1～50:1进行设计。
[0020]
优选地，所述旋风分离器的入口流速范围为5～20m/s。
[0021]
优选地，所述积碳罐与旋风分离器的体积比为5:1～20:1。
[0022]
优选地，所述高温燃气涡轮的入口流速为50～200m/s。
[0023]
优选地，所述燃气喷嘴的喷孔总面积与喷嘴腔体最大处横截面的面积比为1:50～1:200。
[0024]
优选地，所述换热面板的通道壁面为金属壁面。
[0025]
本发明还提供了一种基于所述的系统实现的再生冷却方法，包括以下步骤：
[0026]
所述燃料供给泵在高温燃气涡轮的驱动下，抽取燃料箱中储存的燃料；
[0027]
燃料供给泵抽出的燃料注入所述入口集液腔中，所述入口集液腔内含的扰流装置实现燃料的均匀分配；
[0028]
燃料经入口集液腔均匀分配后，流入所述换热面板中，并在换热面板中与其通道壁面间发生热交换过程，实现对通道壁面的冷却；
[0029]
燃料在换热面板中吸收热量后流入出口集液腔中；
[0030]
从出口集液腔流出的高温燃油蒸汽流入旋风分离器中，旋风分离器将燃油蒸气中的焦炭颗粒分离出来；同时所述积碳罐收集从旋风分离器中分离出来的焦炭颗粒；
[0031]
所述燃气喷嘴实现燃油蒸气的喷射。
[0032]
(三)有益效果
[0033]
本发明能够最大限度利用碳氢燃料化学热沉热沉，有限实现极端热流条件下的壁面冷却过程；有效抑制碳氢燃料结焦沉积且可将焦炭颗粒排出系统之外，维护了系统可靠性，完全祛除了焦炭堵塞燃油管道的风险；该系统适应性强，可适用于任何采用碳氢燃料作为主动冷却介质的对象，可靠性高。
附图说明
[0034]
图1为本发明的碳氢燃料深度裂解再生冷却系统组成图。
具体实施方式
[0035]
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
[0036]
本发明提供一种碳氢燃料深度裂解再生冷却系统及方法，一方面可让碳氢燃料工作在较高温度下，充分发挥碳氢燃料的化学热沉优势；另一方面有效防止焦炭沉积，保持冷却流道工作正常，同时，在冷却通道出口处设置旋风分离器，将高温燃气中的焦炭颗粒分离出来，保证后续系统的工作稳定。
[0037]
图1给出了系统组成，该基于碳氢燃料深度裂解反应流的再生冷却系统由燃料箱1、燃料供给泵2、入口集液腔3、换热面板4、出口集液腔5、旋风分离器6、积碳罐7、高温燃气涡轮8、燃气喷嘴9九个部分组成，各部分的功能及连接顺序如下：
[0038]
所述燃料箱1，用于燃料储存设备；
[0039]
所述燃料供给泵2，用于抽取燃料箱1中储存的燃料，燃料供给泵2的动力来源于高温燃油蒸气驱动的涡轮；
[0040]
燃料供给泵2抽出的燃料注入所述入口集液腔3中，所述入口集液腔3内含有扰流装置用于燃料的均匀分配；
[0041]
燃料经入口集液腔3均匀分配后，流入所述换热面板4中，并在换热面板4中与其金属壁面间发生热交换过程，实现对通道壁面的冷却；换热面板4流道中距离出口处1/3～1/5处涂覆惰性涂层，以抑制高温结焦；
[0042]
所述换热面板4流道中部设有二次回流槽，槽道的长度与流道的总长比例为1：50～1：100，有效保证第二段流量分配均匀；燃料在换热面板4中吸收热量后流入出口集液腔5中，其截面面积与换热面板4出口总面积按10:1～50:1进行设计；
[0043]
从出口集液腔5流出的高温燃油蒸汽流入旋风分离器6中，旋风分离器6可将高温燃油蒸气中的焦炭颗粒分离出来，旋风分离入口流速范围5～20m/s；
[0044]
所述积碳罐7，用于收集从旋风分离器6中分离出来的焦炭颗粒，该积碳罐7与旋风分离器6的体积比为5:1～20:1；
[0045]
所述高温燃气涡轮8，依靠高温燃油蒸气驱动，用于带动燃料供给泵2工作，该涡轮入口流速为50～200m/s；
[0046]
所述燃气喷嘴9，用于高温燃油蒸气的高速喷射，其上面设置多组喷孔，喷孔总面积与喷嘴腔体最大处横截面的面积比为1:50～1:200。
[0047]
本发明中，燃料供给泵由高温燃气涡轮带动，高温燃气涡轮由高温燃油蒸汽进行，有效将燃油蒸汽的热能转变为了动能，提高了全系统能量利用效率；燃料入口集液腔内配置了扰流装置，该干扰源可有效保证各通道流量的均匀分配；换热面板流道中部设计了二次回流槽，该槽道长度与流道总长比例为1：50～1：100，有效保证第二段流量分配均匀；换热面板流道中距离出口处1/3～1/5处涂覆惰性涂层，可有效抑制碳氢燃料的高温结焦沉积，使得焦炭颗粒随高温燃气主流流出换热面板外；出口集液腔截面面积与换热面板出口总面积按10:1～50:1进行设计，可有效保证焦炭颗粒顺利从换热面板出口处流出；旋风分离器可将焦炭颗粒从高温燃油蒸汽中分离，其中，焦炭颗粒在离心力作用下向下沉积入积碳罐，高温气体旋流至高温燃气涡轮，驱动涡轮进行做功。
[0048]
因此，本发明的系统能够最大限度利用碳氢燃料化学热沉热沉，有限实现极端热流条件下的壁面冷却过程；有效抑制碳氢燃料结焦沉积且可将焦炭颗粒排出系统之外，维护了系统可靠性，完全祛除了焦炭堵塞燃油管道的风险；该系统适应性强，可适用于任何采用碳氢燃料作为主动冷却介质的对象，可靠性高。
[0049]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除