СПОСОБ СЖИГАНИЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА
LIQUID FUEL COMBUSTION METHOD

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для сжигания жидкого и смесевого топлив.
Известен способ сжигания жидкого топлива, включающий предварительный подогрев топлива, последующее его распыливание в камеру газификации, смешивание с воздухом и сжигание [1].
Недостатками данного способа являются:
- недостаточная надежность в эксплуатации устройства, реализующего способ, связанная с тем, что мощное тепловое излучение воздействует на распылитель (форсунку) и вызывает его коксование;
- невозможность применения смесевого топлива, например жидкого и твердого, для увеличения светимости факела, так как распыл форсункой обуславливает наличие в ней отверстий небольшого диаметра, препятствующих прохождению твердых частичек;
- ограниченная производительность горелки, лимитируемая небольшим диаметром отверстия, порождающая невозможность достижения больших тепловых напряжений в топочном пространстве.
Прототипом является способ сжигания жидкого топлива, включающий подачу через каналы топлива и воздуха под некоторым углом на поверхность распыла, образование горючей смеси и последующее сжигание [2].
Недостатками прототипа являются:
- недостаточная надежность в эксплуатации устройства, реализующего способ, связанная с тем, что находящаяся в зоне распыла поверхность подвергается воздействию теплового излучения, в результате чего происходит ее коксование, приводящее к изменению условий формирования факельной струи, кроме того, наличие поверхности (препятствия) на пути движения воздушной струи ухудшает аэродинамические свойства горелки;
- сложность настройки режима работы горелки, связанная с подбором нужного угла расположения поверхности относительно струй топлива и воздуха.
Задачей изобретения является повышение надежности, КПД и качества топочного процесса.
Задача решается тем, что в способе сжигания жидкого топлива, включающем получение горючей смеси в горелке путем подачи на распыляющую поверхность из канала струи топлива и смешивание распыленного топлива с воздухом, поверхность выполняют параболической формы и устанавливают ее на краю зоны распыла, а канал топлива размещают так, чтобы его ось проходила через точку пересечения оси горелки с поверхностью и фокус последней.
Поверхности сообщают электрический заряд. Канал топлива заполняют жидким и твердым горючими компонентами. Канал топлива выполняют за одно со смесителем и нагнетателем. Полюс струи совмещают с фокусом поверхности.
Сущность изобретения отражают операции:
- поверхность выполняют параболической формы и устанавливают ее на краю зоны распыла, а канал топлива размещают так, чтобы его ось проходила через точку пересечения оси горелки с поверхностью и фокус последней;
- поверхности сообщают электрический заряд;
- канал топлива заполняют жидким и твердым горючими компонентами;
- канал топлива выполняют за одно со смесителем и нагнетателем;
- полюс струи совмещают с фокусом поверхности.
Установка поверхности на краю зоны распыла, выполнение ее параболической формы и размещение канала топлива так, чтобы его ось проходила через точку пересечения оси горелки с поверхностью и фокус последней, способствуют повышению надежности проведения топочного процесса. Размещение указанным образом канала позволяет придать каплям, получающимся при разбивании струи о поверхность, движение вдоль оси горелки. При этом поверхность все время охлаждается, в результате чего предупреждается ее коксование. Установка этой поверхности на краю зоны распыла еще больше снижает возможность коксования, поскольку часть излучения поглощается движущимися каплями. Еще меньше тепловое излучение воздействует на канал топлива, что полностью исключает его коксование. Кроме того, установка поверхности на краю зоны распыла не нарушает аэродинамики струи, поэтому подвод воздуха можно осуществлять как у устья горелки, так и на расстоянии от него, например в камере газификации и при выходе из нее. Причем в зависимости от конкретных условий подача может осуществляться обычным образом, тангенциально, по кольцевому каналу и т.п., что повышает КПД топочного процесса.
Сообщение поверхности электрического заряда позволяет лучше сохранять мелкий распыл топлива, препятствуя слиянию отдельных капель в процессе движения. Это в свою очередь способствует лучшему испарению капель, повышает скорость горения, в результате чего становится возможным уменьшение объема топки и увеличение в ней тепловых напряжений, что в конечном счете повышает КПД и качество топочного процесса в целом.
Заполнение канала топлива жидким и твердым горючими компонентами улучшает горение топлива. На поверхности твердых частиц, например угольных, образуется пленка жидкого топлива, и сгорание такой смеси происходит иначе, чем обычно. При применении традиционного жидкого топлива количество испаряющейся жидкости снижается вследствие уменьшения поверхности капли. По мере развития процесса горения и расходования кислорода отдельные оставшиеся неиспарившимися объемы капель могут оказаться в зоне продуктов реакции и, будучи забалластированными углекислотой, не сгорают, если не смешаются с остатками неизрасходованного кислорода. В случае использования смеси жидкого и твердого топлива картина меняется. Сначала испаряется и сгорает покрывающая угольную частицу пленка жидкого топлива, а затем в реакцию вступает уже разогретая до высокой температуры угольная частица. Если на первом этапе скорость горения будет лимитироваться испарением жидкости и диффузионным смешением образующихся паров с окружающим воздухом (кислородом), то на втором этапе (реагирование угольной частицы) процесс горения практически не будет тормозиться физической стадией и станет определяться только скоростью самой химической реакции, поскольку окружающая частицу среда будет уже разогрета. Причем в условиях, когда кислород не в состоянии достигать углеродной поверхности, носителем кислорода становится углекислота. Углекислота диффундирует в угольную частицу и в области высоких температур может с высокой скоростью восстанавливаться углеродной поверхностью, образуя при этом горючий газ - окись углерода. Завершают процесс имеющиеся в продуктах сгорания пары воды, обеспечивая реакцию конверсии окиси углерода в двуокись. Следует также заметить, что угольная частица способствует лучшему поглощению каплей теплового излучения, что повышает скорость ее испарения. Кроме того, наличие угольных частот повышает светимость факела и, следовательно, теплоотдачу излучением. Все это повышает КПД и качество топочного процесса.
Выполнение канала топлива за одно со смесителем и нагнетателем повышает надежность топочного процесса за счет упрощения топливной аппаратуры.
Совмещение полюса струи с фокусом поверхности распыла позволяет сохранять направление движения распыленного топлива (капель) при изменении угла раскрытия струи вследствие варьирования производительности горелки (давления топлива в канале), что повышает качество распыла и смешивания с воздухом и, следовательно, улучшает топочный процесс.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема горелки, реализующей способ. На фиг.2 изображено устройство канала топлива.
Горелка содержит устье 1 с тубусом 2, через который из канала 3 на поверхность 4 распыла, имеющую фокус F, истекает струя 5 топлива, при этом ось 6 канала проходит через фокус и точку пересечения оси 7 горелки с поверхностью. Струя разбивается на капли 8, которые в камере 9 газификации смешиваются с воздухом, поступающим в отверстия 10. Конец 11 канала может быть размещен в корпусе 12 смесителя, в который в определенных пропорциях помещают жидкий 13 и твердый 14 компоненты, и соединен с выходным патрубком 15 камеры 16 нагнетателя, заключенной вместе с входным патрубком 17 в корпус. В камере с возможностью вращения установлено колесо 18 с лопатками 19, кинематически связанное с роликами 20, имеющими выемки 21 для прохода лопаток.
Способ реализуют следующим образом.
Поверхность 4 распыла выполняют параболической формы и устанавливают ее на устье 1 горелки, т.е. на краю зоны распыла, а канал 3 топлива размещают так, чтобы его ось 6 проходила через точку пересечения оси 7 горелки с поверхностью 4 и ее фокус F (фиг.1). Из канала через тубус 2 на поверхность распыла подают топливо струей 5, которая разбивается на мелкие капли 8, движущиеся вдоль оси 7 горелки в камеру 9 газификации, где их смешивают с воздухом, поступающим через отверстия 10. Полученную топливную смесь сжигают.
Поверхности 4 распыла сообщают электрический заряд, в результате чего капли 8 одноименно заряжаются и не соприкасаются друг с другом в процессе движения в камеру газификации.
Канал топлива заполняют жидким 13 и твердым 14 горючими компонентами посредством смешивания, например, мазута и измельченного угля (фиг.2).
Канал топлива выполняют за одно со смесителем и нагнетателем, в результате чего получают смесевое топливо непосредственно в процессе работы горелки. Для этого вращают (например, двигателем) колесо 18, вместе с которым получают вращение ролики 20. При подходе лопатки 19 к ролику он оказывается обращенным к ней выемкой 21, посредством которой в процессе поворота осуществляется пропуск лопатки через ролик. При этом находящееся в камере 16 между входным 17 и выходным 15 патрубками смесевое топливо не может вытечь через ролики, так как сдерживается от протекания попеременно то роликами, то лопатками. В результате этого находящееся в верхней части камеры 16 топливо гонится (нагнетается) лопатками 19 в канал, конец 11 которого соединен с выходным патрубком. При движении лопатки от правого (на фиг.2) к левому ролику она перемешивает в нижней части корпуса 12 смесителя жидкий 13 и твердый 14 компоненты, которые затем засасываются входным патрубком 17. При работе горелки в режиме переменной производительности полюс струи 5 совмещают с фокусом F поверхности. Следует заметить, что если производительность горелки меняется незначительно, а струя относительно небольшого диаметра, то полюс струи можно разместить на оси канала (совпадающей с полярной осью струи) за фокусом, как это показано на фиг.1, уменьшая воздействие теплового излучения. Перемещая полюс струи вдоль оси канала относительно фокуса, можно изменять форму распыла.
Внедрение изобретения позволит повысить КПД и качество топочного процесса при сжигании жидких и смесевых топлив в топках малых объемов.
Источники информации
1. Кнорре Г.Ф. Исследование процессов горения натурального топлива. - Л.: Госэнергоиздат, 1948. С.217-220 - аналог.
2. А.с. СССР №567016, МПК F23D, 7/00, 1977 - прототип.