Способ получения рабочего агента и устройство для сжигания топлива

 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для отопления и дезинфекции животноводческих, птицеводческих и других производственных помещений и теплиц. Технической задачей изобретения является повышение полноты сгорания тяжелых топлив для получении рабочего агента для обработки помещений. Это достигается за счет того, что топливо с воздухом смешивают в стехиометрическом соотношении, полученную смесь подают в зону горения и добавлением воздуха до обеспечения коэффициента избытка воздуха α =1,2 - 1,4, а смесь рабочей жидкости с воздухом впрыскивают в камеру сгорания за зоной горения. 2 с.и 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для отопления и дезинфекции животноводческих, птицеводческих и других производственных помещений и теплиц.

Известен способ сжигания топлива путем смещения топлива и воздуха с образованием по ширине факела продольных зон устойчивости воспламенения с локальными значениями коэффициента избытка воздуха α= 0,4-2,5 и впрыска воды в факел в зону с локальным значением коэффициента избытка воздуха α = 1,1-1,4 по сей ее длине.

Недостатком известного способа является то, что в реальных процессах при наличии зон с α < 1,0 образуется сажа и нагар, к неполному сгоранию ведет и впрыск воды непосредственно в зону процесса горения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения сушильного агента, включающий сжигание газообразного топлива с воздухом и разбавления продуктов сгорания охлаждающим воздухом. В известном способе газообразное топливо перед сжиганием смешивают с воздухом в соотношении, превышающем стехиометрическое в 1,5-2,0 раза, продукты сгорания перед подачей на каталитическую насадку смешивают с охлаждающим воздухом в соотношении 1:(1,5-2,5), а после каталитического дожигания полученную смесь дополнительно разбавляют охлаждающим воздухом для достижения технологических параметров сушильного агента.

Недостатком этого способа является то, что при переходе с газообразного вида топлива на тяжелые жидкие топлива (типа мазута, дизельного топлива) ухудшаются условия поджига и снижается устойчивость горения при сжигании топливной смеси с коэффициентом избытка воздуха α = 1,5-2,0.

Известно устройство для получения сушильного агента, которое содержит воздушный патрубок, камеру смешения, камеру сгорания, на выходе которой установлена каталитическая насадка, и дополнительную камеру смешения.

Недостатком известного устройства, как и способа получения сушильного агента, который реализуется в указанном устройстве, является невозможность получения высокой полноты сгорания жидких топлив.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для сжигания тяжелого жидкого топлива, содержащее вентилятор, цилиндрическую топку, форсунку, воздушный завихритель, спиральный топливный подогреватель, жестко закрепленный по периферии воздушного завихрителя, выходной участок цилиндрической топки выполнен в виде предкамеры сгорания с выходным участком в виде усеченного конуса.

Повышение полноты сгорания достигается за счет подогрева трубопровода подвода топлива к форсунке до заданной температуры, при этом топливо приобретает необходимую вязкость, что обеспечивает требуемую дисперсность распыла топлива, подаваемого в предкамеру сгорания.

Однако при нерасчетных режимах топливо при распыле достигается стенок, где скорости малы (пограничный слой), и часть капель коагулируется на стенках и выходит из форсунки нераспыленной. Особенно это заметно, когда форсунка располагается горизонтально. В этом случае капли собираются внизу и укрупняются, что значительно снижает полноту сгорания топлива.

Технической задачей изобретения является повышение полноты сгорания тяжелых топлив при получении рабочего агента для обработки помещений.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе топливо и воду раздельно смешивают с воздухом, при этом топливо с воздухом смешивают до стехиометрического соотношения компонентов и полученную смесь подают в зону горения, добавляют воздух до обеспечения коэффициента избытка воздуха α= 1,2-1,4, а смесь воды с воздухом впрыскивают в камеру сгорания за зоной горения в количестве, необходимом для достижения требуемых технологических параметров рабочего агента.

Способ реализуется в устройстве, содержащем емкости для топлива и воды, соединительные трубопроводы, вентилятор и расположенную за ним по ходу воздуха камеру сгорания с размещенными в ней форсунками, системой поджига и наружной обечайкой, образующей кольцевую полость вокруг камеры сгорания. Согласно изобретению для повышения полноты сгорания в камере сгорания установлена форсунка соплового типа, снабженная со стороны выхода смеси соосным расширяющимся насадком, образующим с выходным соплом форсунки кольцевое проходное сечение, сообщающееся с выходом воздуха вентилятора, а наружная обечайка выполнена в виде сужающейся и расширяющейся частей, образующих минимальное проходное сечение в плоскости максимальной температуры сгорания топлива, над минимальным сечением выполнена полость, сообщенная с одной стороны с кольцевой полостью отверстиями, а с другой стороны соединительным трубопроводом с емкостью воды, каждая форсунка по линии подачи топлива оснащена автономным трубопроводом с настроечным жиклером, а трубопроводы объединены в общий коллектор, соединенный с емкостью топлива трубопроводом, часть которого размещена в проточке, выполненной в корпусе крепления форсунок.

Для улучшения распыла жидкости за счет срыва капель с расширяющейся части обечайки над полостью, образованной вокруг минимального сечения сужающейся и расширяющейся частями наружной обечайки, выполнены щелевые каналы, сообщающиеся с одной стороны с выходом воздуха вентилятора, а с другой стороны с выходом водно-воздушной смеси расширяющейся части наружной обечайки.

Кроме того, с целью обеспечения надежного воспламенения нагревательный элемент свечи накаливания располагают в точке, равноудаленной от оси трех форсунок, в углублении, выполненном в виде цилиндрического отверстия с кольцевой проточкой, причем кольцевая проточка располагается над нагревательным элементом, а для упрощения конструкции за счет исключения насосов подачи топлива и воды емкости топлива и воды сообщены с полостью выхода воздуха вентилятора соединительными трубопроводами с обратными клапанами.

На фиг. 1 изображена схема установки; на фиг.2 - место впрыска воды с вторым контуром обдува; на фиг.3 - вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3; Установка содержит вентилятор 1, на выходе которого смонтирована камера сгорания 2 с внешней обечайкой 3.

На огневом днище 4 установлены форсунки 5 соплового типа и система поджига в виде свечи накаливания 6.

Форсунки 5 оснащены расширяющимся насадком 7, который выполнен как продолжение сопла форсунки.

Внешняя обечайка 3 выполнена с сужающейся 8 и расширяющейся 9 частями. Минимальное сечение, образованное сужающейся и расширяющейся частями обечайки, расположено в сечении (зона) максимальной температуры горения топлива в камере сгорания (плоскость Т).

В наружной обечайке, в минимальном сечении, выполнен ряд отверстий d для подвода воды к наружной стенке камеры сгорания.

Над минимальным сечением выполнена полость Е, которая соединена трубопроводом 10 с емкостью воды 11. На трубопроводах 10, 12 установлены пускоотсечные клапаны 13.

Для улучшения смешивания воды с воздухом над полостью Е выполнен щелевой канал К (фиг.2), куда поступает воздух от вентилятора, который обеспечивает распыл капель воды, образующихся на расширяющейся части 9 обечайки.

Для подачи горючего по центру каждой форсунки установлены трубопроводы 14 с настроечными жиклерами 15. Трубопроводы 14 объдинены в общий коллектор 16, который соединен трубопроводом 12 с емкостью топлива 17. Участок трубопровода 12 проложен в проточке П, выполненный в огневом днище 4. Величина участка трубопровода 12, размещаемого в проточке, определяется требуемой величиной подогрева топлива.

Свеча накаливания 6 расположена в точке, равноудаленной от осей трех форсунок 5 (фиг.3). Свеча установлена в отверстии. Вокруг нагревательного элемента свечи (начиная от ее торца) в огневом днище 4 выполнена кольцевая проточка В для улучшения омывания нагревательного элемента топливной смесью.

Для обеспечения наддува верхние полости емкостей топлива 17 и воды 11 соединены трубопроводом 18, оснащенном обратным клапаном 19, с полостью высокого давления воздуха за вентилятором 1.

Установка работает следующим образом.

По команде на запуск включается вентилятор 1 и подается напряжение на свечу накаливания 6.

Через время (≈ 30 с), необходимое для нагрева свечи, подается команда на открытие пускоотсечного клапана 13 подачи топлива. Топливо самотеком заполняет трубопровод 12, коллектор 16 и по трубопроводам 14 с жиклерами 15 поступает в зону минимального сечения сопловой форсунки 5. Топливо смешивается с воздухом в стехиометрическом соотношении (α = 1,0).

В расширяющейся части сопла топливо доходит до стенок сопла, где часть топлива в виде капель достигает зоны горения. Чтобы этого не было, воздух через кольцевое сечение между соплом форсунки и расширяющимся насадком 7 поступает к срезу сопла форсунки 5, срывает капли топлива, собравшиеся на срезе сопла, и распыляет их, обеспечивая улучшение смесеобразования. Для обеспечения полноты сгорания воздух поступает в количестве, достаточном для достижения соотношения компонентов топлива α = 1,2-1,4. Для повышения полноты сгорания за счет придания топливу необходимой вязкости не зависимо от внешних условий работы трубопровод 12 нагревается до заданной температуры за счет радиационной энергии горящего факела, для чего часть трубопровода 12 проложена в проточке П, выполненной в огневом днище.

Топливная смесь поступает за счет обратных токов к нагревательному элементу свечи накаливания 6 и воспламеняется.

Для охлаждения стенок камеры сгорания между наружным корпусом камеры сгорания и внешней обечайкой от вентилятора 1 подается воздух, который на выходе из камеры сгорания смешивается с продуктами сгорания.

Для получения рабочего тела требуемого состава и температуры в кольцевую полость, образованную сужающейся и расширяющейся частями внешней обечайки, подают воду, которая через отверстия d в обечайке поступает в полость между корпусом и обечайкой, где смешиваются с воздухом и поступает в продукты сгорания.

Для повышения давления в емкостях топлива 17 и воды 11 воздух после вентилятора подают по трубопроводу 18 через обратный клапан 19 в верхние полости емкостей.

Учитывая, что топливо и вода подаются в зону минимального сечения, где из-за увеличения скоростей давления меньше, чем давление в основной полости (при критическом истечении давления воздуха в минимальном сечении форсунки равно 0,528 от давления в цилиндре), то небольшое повышение давления в баках топлива и воды, которое достигается за счет наддува баков воздухом после вентилятора (Р_вент ≈1,07 кгс/см²), обеспечивает подачу топлива и воды без использования насосов.

Образующееся рабочее тело подается в обрабатываемое помещение.

В случае необходимости провести дезинфекцию помещения, например птичника, вода может быть заменена формалином или любой другой жидкостью.

Время работы установки определяется временем достижения требуемых параметров в обрабатываемом помещении.

Останов установки происходит по команде на закрытие пускоотсечных клапанов 13 подачи топлива и воды. Затем подается команда на выключение вентилятора.

Таким образом, преимуществом предлагаемых способа и устройства является возможность получения высокой полноты сгорания топлива и, как следствие, рабочего тела для обработки помещений с требуемыми параметрами и составом (без сажи и вредных азотных примесей).

При получении рабочего агента с требуемыми параметрами необходимо прежде всего обеспечить полное сгорание топлива с последующей подачей охлаждающего воздуха и впрыском смеси воздуха с водой (формалином или другими жидкостями с лекарственными добавками).

Теоретически полное сгорание топлива обеспечивается при стехиометрическом соотношении, на практике, учитывая неравномерное распределение топлива, для полного сгорания потребуется создание местных значений α в узких пределах (1,0-1,4).

При α < 1,0 присутствует, особенно в зоне обратных токов, значительное количество несгоревшего топлива, что приводит к появлению в продуктах сгорания сажи, кроме того, несгоревшее топливо подвергается воздействию высокой температуры, в результате чего возникает реальная опасность нагарообразования.

При α > 1,4 снижается устойчивость горения и возникает опасность срыва пламени.

Поэтому в предложенном способе первоначально воздух смешивается с топливом в стехиометрическом соотношении, смесь подают в зону горения, куда добавляют воздух до обеспечения суммарного коэффициента избытка воздуха α = 1,2-1,4, а смесь воды с воздухом впрыскивают в камеру сгорания за зоной горения.

Заявленные способ и устройство для его осуществления обеспечивают полное сгорание топлива и получение рабочего агента с требуемыми параметрами.

Формула изобретения

1.Способ получения рабочего агента, включающий сжигание топлива с воздухом с образованием по ширине факела продольных зон устойчивого воспламенения с различными локальными значениями коэффициента избытка воздуха, впрыск рабочей жидкости в факел, отличающийся тем, что топливо и рабочую жидкость смешивают раздельно с воздухом, при этом топливо с воздухом смешивают до стехиометрического соотношения компонентов и полученную топливную смесь подают в зону горения, добавляют воздух, причем коэффициент избытка воздуха составляет α = 1,2-1,4 , а смесь рабочей жидкости с воздухом впрыскивают в камеру сгорания за зоной горения.

2. Устройство для сжигания топлива, содержащее емкости для топлива и рабочей жидкости, соединительные трубопроводы, вентилятор, и расположенную за ним по ходу воздуха камеру сгорания с размещенными в ней форсунками, системой поджига в виде свечи накаливания с нагревательным элементом, наружной обечайкой, образующей цилиндрическую полость вокруг камеры сгорания, отличающееся тем, что в нем установлены форсунки соплового типа, снабженные со стороны выхода соосным расширяющимся насадком, образующим с выходным соплом форсунки кольцевое проходное сечение, соединенное с выходом воздуха вентилятора, а наружная обечайка выполнена в виде сужающейся и расширяющейся частей, которые образуют минимальное проходное сечение, над которым выполнена полость, сообщенная с одной стороны отверстиями с кольцевой полостью, а с другой стороны - соединительным трубопроводом с емкостью рабочей жидкости.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что над полостью, образованной вокруг минимального сечения наружной обечайки, выполнены щелевые каналы, с одной стороны соединенные с выходом воздуха вентилятора, а с другой стороны - с выходом жидкостно-воздушной смеси расширяющейся части наружной обечайки.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что каждая топливная форсунка оснащена автономным трубопроводом с настроечным жиклером, а трубопроводы объединены в общий коллектор, соединенный с емкостью топлива трубопроводом, часть которого размещена в проточке, выполненной в корпусе.

5.Устройство по п.2, отличающееся тем, что нагревательный элемент накаливания свечи расположен на расстоянии, равноудаленном от осей трех форсунок, в углублении, выполненном в виде отверстия с кольцевой проточкой, расположенной над нагревательным элементом.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что емкости топлива и рабочей жидкости соединены с выходом воздуха из вентилятора соединительными трубопроводами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4