СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА
FUEL COMBUSTION METHOD

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в печах и в теплогенераторах различного типа, использующих для сжигания органическое топливо.
2
Известен способ эффективного сжигания топлива путем разделения газа (продуктов реакции сжигания), например Способ разделения газов с применением мембран с продувкой пермеата для удаления СО из продуктов сжигания по патенту 2489197 (RU) Патентообладатель: МЕМБРАНЕ ТЕКНОЛОДЖИ ЭНД РЕСЕРЧ, ИНК (US), Авторы БЕЙКЕР Ричард (US), ВИДЖМАНС Йоханнс Джи (US) и др. [1].
Реализация данного способа сжигания осуществляется в несколько этапов: этап улавливания диоксида углерода, этап мембранного разделения газов, работающий в сочетании с компрессией и конденсацией для получения продукта из диоксида углерода в виде жидкости и этапа на основе продувки, в котором входящий воздух или кислород для топки применяют в качестве продувочного газа. Недостатком данного способа является его сложность в реализации, поскольку он включает множество дополнительных этапов стандартного типа, таких как нагревание, охлаждение, компрессия, конденсация, подача насосом, различные типы разделения и/или фракционирования, а также мониторинг давлений,  температур, потоков и т.п., при данном способе улавливание диоксида углерода происходит из отходящего потока, образованного сжиганием топлива, разбавленного балластными газами, имеющего в связи с этим пониженную температуру.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является Способ сжигания твердого топлива в бытовых отопительных печах по патенту 2239750 (RU), авторов Тен В.И. (RU) и Тен Г.Ч. (RU), Патентообладатель Тен Валерий Иванович (RU) [2].
Данный способ включает загрузку топлива на колосниковую решетку печи, создание тяги в ее рабочем пространстве, розжиг и горение топлива с удалением продуктов сжигания в атмосферу, регулирование тяги и количества удаляемых из печи продуктов сжигания путем приоткрывания заслонок поддувала и дымовой трубы.
2
2
Недостатком данного способа сжигания твердого топлива является его сложность в реализации, обусловленная разбивкой процесса на ряд отдельных периодов, в каждом из которых топливо заново разжигают, доводят до режима интенсивного горения и после достижения заданной температуры печи процесс горения переводят в режим затухания, затем снова производится розжиг с помощью сложной автоматики и с использованием уже жидкого или газообразного топлива. Недостатком этих и других подобных способов сжигания топлива является смешивание продуктов сжигания, источников тепла (CO и НО), в зоне реакции, в единый поток с балластными газами (азот, излишний воздух и др.), которые ухудшают условия сжигания топлива и использования выделенного тепла (отбирают полезное тепло и выносят его в атмосферу) [3].
Предлагаемое изобретение ставит своей задачей улучшить условия сжигания топлива и увеличить объем выделяемой топливом тепловой энергии.
Технический результат предлагаемого способа заключается в увеличении коэффициента полезного действия печей и теплогенераторов путем сжигания горючих газов в средней зоне колпака печи и удаления балластных газов из зоны горения, а также за счет воздействия на раскаленный углерод перегретым водяным паром.
Предлагаемый способ сжигания топлива поясняется графическим материалом, где приняты следующие обозначения: 1 - зона реакции сжигания; 2 - поддувало (зольник); 3 - подача первичного воздуха для розжига, поддержания горения и газификации топлива (летучие горючие газы); 4 - камера сгорания с топливом; 5 - углеводород (летучие газы); 6 - подача вторичного воздуха в зону горения для сжигания летучих горючих газов; 7 - вредные негорючие балластные газы, не участвующие в горении; 8 - подача перегретого пара; 9 - полезные раскаленные продукты - носители тепла, диоксид углерода и водяные пары; 10 - зона теплообмена; 11 - колосниковая решетка; 12 - выход газов из колпака печи.
2
2
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. На колосниковую решетку 11 загружают твердое топливо, производят его розжиг, при этом через поддувало 2 и колосниковую решетку 11 поступает первичный воздух. Затем после розжига в колпак непосредственно в зону горения поступает вторичный воздух 6 для сжигания летучих горючих газов. В результате реакции сжигания возникает смесь не связанных между собой газов: раскаленные диоксид углерода и водяные пары и условно холодные балластные газы - излишний воздух и освободившийся азот в его составе (излишний воздух с повышенным содержанием азота). Особенность колпаковой конструкции в том, что в ней во время реакции сжигания происходит разделение возникающих газов. Горячие газы поднимаются вверх, отдавая тепловую энергию колпаку, а холодные частицы балластных газов опускаются вниз через зоны колпака с пониженной температурой. Реакции горения топлива выражаются известными уравнениями горения. Соотношения веществ, вступающих в реакцию, выдерживаются, как и их состав. То есть в реакцию вступают углерод  С, водород  Н с кислородом O в количестве, определенном химическими уравнениями:
другие вещества вступить в реакцию не могут [4]. Реакция сжигания происходит в зоне горения между углеводородом и кислородом без участия балластных газов, при этом освобожденный из воздуха азот в составе излишнего воздуха, как менее нагретые, выталкиваются через нижнюю часть колпака наружу (выходная труба на схеме не показана). После разогрева камеры сгорания и наличия в ней раскаленного углерода в колпак подают перегретый водяной пар 8 ниже зоны подачи вторичного воздуха. В результате взаимодействия углерода с водяными парами при высокой температуре возникают горючие газы в соответствии с известными химическими уравнениями
при пониженной температуре с суммарным положительным тепловым эффектом, которые усиливают процесс сжигания топлива и увеличивают теплоотдачу от него [4]. Реализация предлагаемого способа сжигания топлива позволит увеличить коэффициент полезного действия печей и теплогенераторов. Предлагаемый способ достаточно прост в реализации, не требует сложного оборудования и может найти широкое применение в промышленности и в быту.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент Российской Федерации №2489197, МПК B01D 53/22 (2006.01). Способ разделения газов с применением мембран с продувкой пермеата для удаления диоксида углерода из продуктов сжигания. Патентообладатель, МЕМБРАНЕ ТЕКНОЛОДЖИ ЭНД РЕСЕРЧ, ИНК. (US).
2. Патент Российской Федерации №2239750, МПК F24C 1/08, F24B 1/185. Способ сжигания топлива в бытовых отопительных печах. Патентообладатель Тен Валерий Иванович.
3. Мякеля К. Печи и камины. Справочное пособие. Перевод с финского. М.: Стройиздат, 1987.
4. Гинзбург Д.Б. Газификация твердого топлива. Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. М., 1958.