[發明專利]基于碳氫燃料深度裂解反應流的再生冷卻系統與方法

在審

• 申請號: 202011250211.2
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112377916A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 劉小勇;張梟雄;任鑫;李煜;胡申林;郭金鑫
• 申請（專利權）人: 北京動力機械研究所
• 主分類號: F23G5/027
• 分類號: F23G5/027;F23G5/44;F23J15/02;F02C7/22
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 王雪芬

本發明涉及一種基于碳氫燃料深度裂解反應流的再生冷卻系統與方法，屬于再生冷卻技術領域。本發明能夠最大限度利用碳氫燃料化學熱沉熱沉，有限實現極端熱流條件下的壁面冷卻過程；有效抑制碳氫燃料結焦沉積且可將焦炭顆粒排出系統之外，維護了系統可靠性，完全祛除了焦炭堵塞燃油管道的風險；該系統適應性強，可適用于任何采用碳氫燃料作為主動冷卻介質的對象，可靠性高。

技術領域

本發明屬于再生冷卻技術領域，具體涉及一種基于碳氫燃料深度裂解反應流的再生冷卻系統與方法。

背景技術

碳氫燃料的一種吸熱反應—“深度裂解反應”是有望解決燃燒室壁面過熱問題的有效手段，這種技術能在不增加額外設備的情況下實現對高熱壁面的冷卻，是一項極有前景的再生冷卻技術。公開號為CN 106322436 A的中國專利公開了一種微通道再生冷卻的微型燃燒室，通過在燃燒室熱壁面上敷設燃油微型通道，實現了對燃燒室壁面的有效降溫，同時受熱后的燃料因發生熱裂解反應生成了小分子可燃氣體，有效改善了點火性能。

公開號為CN 106322436 A的中國專利中的不足之處在于：未聲明燃油在高溫裂解過程中的結焦沉積如何處理，文獻[航空動力學報，2013，28(4)：832-837]和[Journal ofEngineering for Gas Turbines and Power,2001,123:741-746]中均提到碳氫燃料(燃油)在高溫下極易產生結焦，而結焦會堵塞微型通道，因此需要對燃油的高溫結焦沉積進行處理，以保障再生冷卻系統正常工作。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何克服現有再生冷卻技術中的缺陷，提供一種可穩定工作的再生冷卻系統與系統，一方面可讓碳氫燃料工作在較高溫度下，充分發揮碳氫燃料的化學熱沉優勢；另一方面有效防止焦炭沉積，保持冷卻流道工作正常，同時保證后續系統的工作穩定。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于碳氫燃料深度裂解反應流的再生冷卻系統，包括燃料箱、燃料供給泵、入口集液腔、換熱面板、出口集液腔、旋風分離器、積碳罐、高溫燃氣渦輪、燃氣噴嘴；

所述燃料箱用于燃料儲存設備；

所述燃料供給泵用于抽取燃料箱中儲存的燃料；

燃料供給泵抽出的燃料注入所述入口集液腔中，所述入口集液腔內含有擾流裝置用于燃料的均勻分配；

燃料經入口集液腔均勻分配后，流入所述換熱面板中，并在換熱面板中與其通道壁面間發生熱交換過程，實現對通道壁面的冷卻；

所述換熱面板流道中部設有二次回流槽；燃料在換熱面板中吸收熱量后流入出口集液腔中；

從出口集液腔流出的高溫燃油蒸汽流入旋風分離器6中，旋風分離器可將燃油蒸氣中的焦炭顆粒分離出來；

所述積碳罐，用于收集從旋風分離器中分離出來的焦炭顆粒；

所述高溫燃氣渦輪，依靠燃油蒸氣驅動，用于帶動燃料供給泵及燃氣噴嘴工作；

所述燃氣噴嘴，其上面設置多組噴孔，用于實現燃油蒸氣的噴射。

優選地，所述換熱面板的流道中距離出口處1/3～1/5處涂覆惰性涂層。

優選地，所述二次回流槽的槽道的長度與流道的總長比例為1：50～1：100。

優選地，所述出口集液腔的截面面積與換熱面板出口總面積按10:1～50:1進行設計。

優選地，所述旋風分離器的入口流速范圍為5～20m/s。

優選地，所述積碳罐與旋風分離器的體積比為5:1～20:1。