СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА
FUEL COMBUSTION METHOD

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для производства горячих газов в различных теплотехнических устройствах, а также при экологическом уничтожении различных горючих смесей.
Известны способы сжигания топлива [1, 2], но они являются неэкономичными и малоэффективными.
Известен также способ сжигания топлива, описанный в [3]. Недостатками являются: а) в камере возбуждаются тангенциальные колебания, нарушающие пограничный слой, что приводит к перегреву стенок топки; б) охлаждение стенок топки воздухом с наружной стороны проблему не решает; в) организация водяного охлаждения требует дополнительной системы, усложняющей конструкцию топки.
За прототип можно принять именно этот способ [3].
Предложен способ сжигания топлива путем предварительного сжигания его части в потоке первичного воздуха в камере пульсирующего горения, смешения полученных продуктов сгорания с остальным топливом и подачи образовавшейся смеси, а также вторичного воздуха на дожигание в топку, отличающийся тем, что:
- смесь и часть вторичного воздуха в топку подают соосно в виде тангенциальных струй в пульсирующем режиме, а оставшуюся часть вторичного воздуха - по центру вдоль оси топки;
- смесь и часть вторичного воздуха в топку подают соосно в виде тангенциальных струй в соотношении, равном коэффициенту избытка воздуха, меньшем единицы, а истекающие из топки продукты неполного сгорания дожигают в пульсирующем воздушном потоке, формируемом инжекцией высоконагретых газов;
- массовый расход смеси и части первичного воздуха в центральном осевом канале (патрубке), соединяющем основной кожух с топкой, регулируют заслонкой (дросселем) в ручном или автоматическом режимах.
Предлагаемый способ позволяет:
- повысить надежность, эффективность и экономичность работы топки;
- увеличить полноту и экологичность сжигания топлива;
Это достигается:
а) созданием пристенного воздушного слоя в топке путем тангенциального ввода части вторичного воздуха; пристеночный воздушный слой имеет низкую турбулентность, и режим течения газовой смеси в нем ламинарный; при ламинарном режиме течения газов теплопроводность наименьшая; кроме того, как показывают опыты, пристеночный воздушный слой в закрученных потоках, в том числе и в пульсационных, способствует горению горючей смеси возле стенок с коэффициентом избытка воздуха, большим единицы; температура продуктов сгорания при горении сильно обедненной смеси существенно ниже, чем температура газов, образующихся при горении смеси с коэффициентом избытка воздуха, близким к единице;
б) организацией горения с коэффициентом избытка воздуха, меньшим единицы; температура газов в топке падает, и, как следствие, тепловые нагрузки на стенки камеры резко уменьшаются; однако горение горючего в газовой среде с недостатком кислорода воздуха сопровождается образованием большого количества недогоревших компонентов - радикалов; в предложенном способе эти радикалы дожигаются в воздушном потоке, инжктируемом высоконагретыми газами, причем воздушный поток, как и высоконапорные газы, имеет пульсирующий режим течения, это способствует сокращению времени реагирования горючих и окислительных элементов в процессе горения, что положительно отражается на составе продуктов горения;
в) размещением в центральном осевом канале (патрубке), соединяющем основной кожух с топкой, заслонки (дросселя) с возможностью регулирования и установки оптимального массового расхода смеси и части первичного воздуха в ручном или автоматическом режимах, что позволяет выводить работу всей установки на самый эффективный режим эксплуатации.
На чертеже показано устройство для сжигания топлива, реализующее предлагаемый способ.
Устройство содержит форсунку 1, смонтированную в камере 2 пульсирующего горения, которая снабжена аэродинамическим клапаном 3 и тангенциально подсоединенной резонансной трубой 4. Эта часть устройства охвачена кожухом 8, куда через канал 6 подается первичный воздух. Резонансная труба также тангенциально подсоединена к топке 5. В топку 5 введен топливопровод 7. Через открытый канал 9 происходит инжекция наружного воздуха, который смешивается с продуктами сгорания и догорает в трубе 10. Кожух 8 соединен с топкой 5 соединительным рукавом 13 и патрубком 11, в котором конструктивно размещена регулируемая заслонка (дроссель) 12.
Устройство работает следующим образом. Через воздухоподводящий канал 6 подается воздух, который через кожух 8 (через патрубок 11 и соединительный рукав 13) поступает в топку 5 и одновременно - через аэродинамический клапан 3 - в камеру пульсирующего горения 2. Включается запальник (не показан) камеры 2 пульсирующего горения, подается топливо через форсунку 1. Воспламенение и сгорание горючей смеси обуславливает повышение давления в камере пульсирующего горения 2, что приводит к прекращению подачи в нее воздуха. Под действием избыточного давления в камере 2 продукты сгорания выбрасываются через резонансную трубу 4 и аэродинамический клапан 3 в топку 5. Одновременно происходит инжекция добавочного первичного воздуха через канал 9, что повышает эффективность дожигания всей смеси. Заслонка (дроссель) 12 позволяет регулировать подачу смеси горячего потока из клапана 3 с частью первичного воздуха из канала 6 в топку 5 в ручном или автоматическом режимах, что значительно повышает качество и эффективность работы всей установки. Окончательное и полное сгорание смеси происходит в трубе 10.
Созданный авторами экспериментально-опытный образец подтверждает эффективность и достоинства предлагаемого способа.
Данный способ может быть широко применен при создании новых установок по качественному, экологичному и эффективному сжиганию различных топлив, топливных и нефтяных производственных отходов и др.
Источники информации
1. А.с. СССР №217582, кл. F23C 11/04, 1968.
2. А.с. СССР №523245, кл. F23C 11/04, 1973.
3. А.с. СССР №1242682, кл. F23C 11/04, 1986.