Способ сжигания топлива и устройство для сжигания топлива

Изобретение относится к горелочным устройствам для сжигания топлив и может быть использовано в химической, нефтехимической, теплоэнергетической и других отраслях промышленности, а также может применяться в отопительных установках, используемых для обогрева. Сущность способа сжигания топлива - газификация и смешение топлива с воздухом. Воздушные струи для смешения с горючим подаются в камеру сгорания по частям. Часть воздуха подается в виде симметричных относительно оси факела радиально-направленных струй, равномерно расположенных вокруг оси факела в нескольких параллельных горизонтальных плоскостях над поверхностью топлива, согласно изобретению другая часть воздуха подается в виде симметричных относительно оси факела струй, равномерно расположенных вокруг оси факела в нескольких параллельных горизонтальных плоскостях над поверхностью топлива. Но подача этих струй осуществляется уже не радиально, а по касательной. Горизонтальные плоскости радиально-направленных струй чередуются с горизонтальными плоскостями струй, направленных по касательной к стенкам камеры. Сущность устройства заключается в том, что в конструкции камеры сгорания дополнительно размещены несколько горизонтальных поясов равномерно расположенных отверстий, выполненных таким образом, что направляют воздушную струю по касательной к стенкам камеры. Таким образом, предлагаемый способ и предлагаемое горелочное устройство позволяют создавать устойчивое горение с качественным смешением горючего с воздухом. Кроме того, за счет введения в конструкцию дополнительных рядов отверстий, которые направляют воздушную струю по касательной к стенкам камеры, создается пристеночный слой, обеспечивающий нагрев воздуха и охлаждение стенок камеры сгорания. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к горелочным устройствам для сжигания топлив и может быть использовано в химической, нефтехимической, теплоэнергетической и других отраслях промышленности, а также может применяться в отопительных установках, используемых для обогрева.

Известен способ сжигания жидкого топлива путем его испарения и смешения паров с воздухом, включающий подачу топлива через испаритель, который разогревается в основном инфракрасным излучением факела. Воздух в камеру сгорания подается в виде радиально-направленных встречных струй, расположенных равномерно вокруг факела в нескольких параллельных горизонтальных плоскостях перпендикулярно его оси [Авторское свидетельство СССР №1651026, кл. F23C 5/04, 1991 г.]. Первоначальная «закрутка» создается с помощью горячего газа и воздуха. Поток поддерживается за счет дополнительного ввода воздуха по касательной на более высоких уровнях камеры сгорания по мере развития и завершения процесса горения.

При сжигании топлива этим способом осуществляется ламинарно-вихревое горение, в результате чего ему присущи такие недостатки, как малоэффективное смешение горючего с воздухом, приводящее к токсичности выхлопа и снижению КПД.

Наиболее близким аналогом способа, выбранным в качестве прототипа, является способ сжигания жидких топлив в тепловых аппаратах в пульсирующем режиме [Авторское свидетельство РФ №2100698, кл. F23C 11/04, 1997], который включает подачу топлива на дно цилиндрической камеры сгорания, имеющей перфорированные боковые стенки и расположенной так, что ось ее вертикальна, газификацию топлива за счет тепла факела, смешение с воздухом, который подается по частям: часть воздуха - в виде симметричных относительно оси факела радиально направленных струй, равномерно расположенных вокруг оси факела в нескольких параллельных горизонтальных плоскостях над поверхностью топлива; другая часть воздуха подается несимметричными относительно оси факела струями, которые расположены на локальных участках между плоскостями расположения симметричных струй. Следующая часть расхода - плоскими струями в конце зоны смешения газифицированного топлива с воздухом.

Недостатком данного способа является то, что при работе камеры в режиме пульсации теплоотдача от нагретых газов к стенкам камеры резко возрастает, что приводит к перегреву.

Известное устройство для сжигания жидкого топлива, выбранное в качестве прототипа, содержит цилиндрическую камеру с боковой перфорацией, выполненной в виде нескольких горизонтальных поясов равномерно расположенных по окружности отверстий, и топливоподающий узел, установленный в нижней части камеры сгорания, причем камера размещается в цилиндрическом кожухе с образованием между боковыми стенками камеры и кожуха кольцевой полости для прохода воздуха.

В указанном прототипе (способ и устройство) воздух подается в камеру сгорания радиально-направленными струями, что приводит к эффективному смешению горючего с воздухом, но не образует пристеночного слоя, способствующего охлаждению стенок камеры.

Недостатком данного устройства является низкая надежность, связанная с охлаждением стенок камеры. Вследствие высокой теплонапряженности стенки камеры пульсирующего горения перегреваются. Воздушный поток, движущийся по кольцевой полости, не обеспечивает достаточного охлаждения нагретых стенок.

В основу изобретения поставлена задача - усовершенствовать способ сжигания топлива с целью повышения надежности работы устройства.

Сущность способа сжигания топлива заключается в том, что осуществляется его газификация, смешение с воздухом, подаваемым в камеру сгорания в виде симметричных относительно оси факела радиально-направленных струй, равномерно расположенных вокруг оси факела в нескольких параллельных горизонтальных плоскостях над поверхностью топлива, при этом другая часть воздуха подается тангенциально в виде струй, равномерно расположенных вокруг оси факела в нескольких параллельных горизонтальных плоскостях над поверхностью топлива, причем плоскости радиально-направленных струй чередуются с горизонтальными плоскостями струй, направленных по касательной к стенкам камеры.

Сущность устройства заключается в том, что оно содержит цилиндрическую камеру с боковой перфорацией, выполненной в виде нескольких горизонтальных поясов равномерно расположенных по окружности отверстий, направляющих воздушные струи радиально, симметрично относительно оси факела, патрубок для подачи воздуха, топливоподающий узел, установленный в нижней части камеры сгорания, внешний кожух, выхлопную трубу, при этом в конструкции камеры сгорания дополнительно размещены несколько горизонтальных поясов равномерно расположенных по окружности отверстий, выполненных таким образом, что направляют воздушную струю по касательной к стенкам камеры.

Предлагаемое горелочное устройство позволяет создавать устойчивое горение с качественным смешением горючего с воздухом. Кроме того, за счет введения в конструкцию дополнительных рядов отверстий, которые направляют воздушную струю по касательной к стенкам камеры, создается пристеночный слой, обеспечивающий нагрев воздуха и охлаждение стенок камеры сгорания.

Предлагаемое устройство поясняется схемой, приведенной на фиг.1. Оно включает в себя внешний корпус 1; выхлопную трубу 2; камеру сгорания 3; испарительную камеру 4; патрубок 5 для подвода воздуха; патрубок 6 для подвода топлива; отверстия 7, направляющие воздушную струю радиально; отверстия 8, направляющие воздушную струю по касательной.

Устройство работает следующим образом. Топливо газифицируют, смешивают его с воздухом, который подают по частям. Часть воздуха подается в виде симметричных относительно оси факела радиально-направленных струй, равномерно расположенных вокруг оси факела в нескольких параллельных горизонтальных плоскостях над поверхностью топлива, другая часть воздуха подается в виде симметричных относительно оси факела струй, равномерно расположенных вокруг оси факела в нескольких параллельных горизонтальных плоскостях над поверхностью топлива. Но подача этих струй осуществляется уже не радиально, а по касательной. Горизонтальные плоскости радиально-направленных струй чередуются с горизонтальными плоскостями струй, направленных по касательной к стенкам камеры.

Более подробное описание особенностей работы горелочного устройства следующее. При сжигании жидкого топлива газификация его происходит путем испарения с поверхности «зеркала». Воздух подают через отверстия в боковых стенках камеры. Струи, направленные радиально, проникают в газифицированное топливо, постепенно разрушаются, увеличиваются по диаметру, на периферии струй начинается смешение их с топливом. Струи, которые направляются по касательной, создают пристеночный слой, защищающий стенки камеры, закручивают газовоздушную смесь, что способствует улучшению смешения.

Для того чтобы начался процесс горения, обеспечиваются определенные условия по составу смеси, по температуре и др. Следует отметить, что благодаря применяемому способу сжигания топлива и конструктивным особенностям, в данном горелочном устройстве применяются различные низкосортные топлива; отходы ГСМ, низкосортный мазут, органические смолы.

Пример конкретного выполнения

Описываемое горелочное устройство используется в установке для нагревания воды. На фиг.2 схематично изображена данная установка. Она включает в себя горелочной узел 1′, топливный бак 2′, электровентилятор 3′, теплообменник 4′, выхлопную трубу 5′, емкость 6′ для нагреваемой воды, топливопровод 7′, окно 8′ для первоначального поджига.

Первоначальный поджиг производится факелом через специальное окно 8′. После поджигания топлива электровентилятором 3′ в горелочный узел 1′ нагнетается воздух, который через горизонтальные пояса отверстий попадает в камеру сгорания. Происходит смешение горючего с воздухом, образуется факел горения, устройство выходит на рабочий режим. Тепловая энергия, получаемая в ходе горения, через теплообменник 4′ передается объему воды.

Таким образом, предлагаемый способ сжигания топлива и предлагаемое устройство позволяют создавать устойчивое горение с качественным смешением горючего с воздухом. Кроме того, за счет введения в конструкцию дополнительных рядов отверстий, обеспечивающих направление воздушной струи по касательной к стенкам камеры, создается пристеночный слой, снижающий теплоотдачу от высоконагретых газов к стенкам камеры сгорания. Все это в конечном итоге приводит к повышению надежности работы устройства.

1. Способ сжигания топлива путем его газификации, смешения с воздухом, подаваемым в камеру сгорания в виде симметричных относительно оси факела радиально направленных струй, равномерно расположенных вокруг оси факела в нескольких параллельных горизонтальных плоскостях над поверхностью топлива, отличающийся тем, что другая часть воздуха подается тангенциально в виде струй, равномерно расположенных вокруг оси факела в нескольких параллельных горизонтальных плоскостях над поверхностью топлива, причем плоскости радиально направленных струй чередуются с горизонтальными плоскостями струй, направленных по касательной к стенкам камеры.

2. Устройство для сжигания топлива, содержащее цилиндрическую камеру с боковой перфорацией, выполненной в виде нескольких горизонтальных поясов равномерно расположенных по окружности отверстий, направляющих воздушные струи радиально, патрубок для подачи воздуха, топливоподающий узел, установленный в нижней части камеры сгорания, внешний кожух, выхлопную трубу, отличающееся тем, что в конструкции камеры сгорания дополнительно размещены несколько горизонтальных поясов равномерно расположенных отверстий, выполненных таким образом, что направляют воздушную струю по касательной к стенкам камеры.