Дожигатель отходящих газов

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и тепловых установок, использующих для работы различные виды топлива (твёрдое, жидкое и газообразное), а также может быть использована при утилизации отходов, содержащих органические, биологические и другие вредные химические соединения, путем их высокотемпературной термической деструкции.
Известен ряд технических решений в этой области техники, а именно: RU52625, RU2338958, RU2331771, RU2249766, RU2347141, RU2472068.
Известна, например, камера дожигания, описанная в патенте на полезную модель RU88103, которая выполнена двухсекционной, причем первая секция камеры дожигания оснащена лабиринтными перегородками.
В результате патентных исследований выявлены следующие иностранные технические решения в этой области техники, которые были также учтены заявителем: US20180163962, US4023508, US5678495, US5632210, JP2008025933.
Наиболее близким техническим решением, по общей совокупности существенных признаков, заявителем принят дожигатель, содержащий цилиндр переменного сечения с дном, выполненный из высокотемпературного огнеупорного материала и вырезом для подачи горячих газов, в дне выполнено отверстие для подачи подогретого воздуха (патент на полезную модель RU 134290, опубл. 10.11.2013.).
Проведенные промышленные испытания вышеуказанного дожигателя показали, что поток воздуха, поступающего в дожигатель, эффективно закручивается только в нижней части дожигателя и перемешивается с отходящими из топки газами, затем, по мере продвижения внутри дожигателя, поток становится ламинарным, отсутствует интенсивный теплообмен факела и стенок дожигателя, которые, раскаляясь, должны выполнять роль вторичной подсветки для интенсивного дожигания вредных примесей в отходящих газах. Поток горячих газов касается внутренних стенок дожигателя только своей внешней частью, внешняя часть потока остывает более интенсивно и не перемешивается с внутренней, более горячей составляющей потока. Как следствие, выявлено не полное сгорание топочного газа и наличие выбросов в атмосферу вредных веществ. Кроме того, время нахождения газов дожигателе составляет непродолжительное время (около 3 секунд), что также способствует недожогу летучих веществ. Увеличение времени нахождения газов горячей зоне, при известной скорости потока, возможно только при недопустимом увеличении длины дожигателя.
Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности работы дожигателя отходящих газов.
Достигаемый технический результат – увеличение времени прохождения отходящих газов по дожигателю.
Техническая задача достигается тем, что дожигатель отходящих газов содержит корпус в виде цилиндра с вырезом для подачи горячих газов и заглушку, корпус выполнен из высокотемпературного огнеупорного материала, а в заглушке выполнено отверстие для подачи подогретого воздуха, отличающийся тем, что в корпусе дополнительно установлен воздуховод, причем корпус разделен поперечными стенками с образованием кольцевых каналов, при этом в поперечных стенках образованы секторальные отверстия, последовательно смещенные друг относительно друга, воздуховод с одной стороны снабжен рассекателем, выполненным в виде цилиндра с вырезами и отбойником, где происходит окончательное догорание факела газов в смеси с кислородом воздуха, поступающего через открытую часть воздуховода, и имеет тангенциальные отверстия, в кольцевых каналах выполнены перегородки, обеспечивающие прохождение горячих газов через секторальные отверстия.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:
- в корпусе дополнительно установлен воздуховод;
- корпус разделен поперечными стенками с образованием кольцевых каналов;
- в поперечных стенках образованы секторальные отверстия;
- секторальные отверстия последовательно смещены относительно друг друга;
- воздуховод с одной стороны снабжен рассекателем;
- рассекатель выполнен в виде цилиндра с вырезами и отбойником;
- воздуховод имеет тангенциальные отверстия;
- в кольцевых каналах выполнены перегородки;
- перегородки обеспечивают прохождение горячих газов через секторальные отверстия.
Поэтому можно предположить, что заявляемая полезная модель соответствует критерию «новизна».
Полезная модель может быть изготовлена на известном оборудовании, поэтому она соответствует критерию «промышленная применимость».
На фиг.1 схематично показана заявляемая полезная модель с разрезами, на фиг.2 показаны сечения элементов корпуса, на фиг.З показан элемент 1 корпуса, на фиг. 4 показана заглушка 3, на фиг.5 показан элемент 2 корпуса, на фиг.6 показан рассекатель 13, на фиг.7 показано секторальное отверстие 12.
Корпус дожигателя отходящих газов выполнен в виде цилиндра и состоит из элементов 1,2,4 (дополнительно показаны на фиг.2), которые установлены на заглушке 3 (фиг.4). В корпусе установлен воздуховод 8 с тангенциальными отверстиями 7 (разрез Г-Г) для подачи в дожигатель кислорода воздуха. Корпус разделен поперечными стенками 6, 18, 19 с секторальными отверстиями 12 (фиг.7), которые смещены относительно друг друга (разрез Г-Г и Е-Е). Воздуховод 8 с одной стороны имеет открытую часть и соединен с рассекателем 13 (фиг.1,6), выполненным в виде цилиндра с вырезами и отбойником 5. Поперечные стенки 6, 18, 19, элементы 1, 2 и стенка воздуховода 8 образуют в корпусе кольцевые каналы 14, 15, 16, в которых установлены перегородки 9, 10, 11. Расположение перегородок 9,10 и 11 относительно секторальных отверстий 12 определяет круговое направление движения отходящих из топки горячих газов внутри кольцевых каналов 14,15 и 16 дожигателя относительно его оси. Для подачи отходящих горячих газов в дожигатель в корпусе предусмотрен вырез 17 (на разрезе Б-Б, Д-Д направление подачи отходящих газов в дожигатель показано стрелкой).
Заявленная полезная модель работает следующим образом. Горячие газы, летучие компоненты, выделяющиеся в топке при сжигании топлива или отходов, и содержащие вредные для экологии вещества -диоксиды азота, углерода и серы, а также фенолы, поступают из топки (не показана) через вырез 17 дожигателя в кольцевой канал 14, упираются в перегородку 9, й двигаются по каналу 14, описывая круг, достигают обратной стороны перегородки 9. Далее через секторальное отверстие 12 в первой стенке 6, горячие газы проходят в следующий кольцевой канал 15 дожигателя, упираются в перегородку 10, и так же, по круговой траектории, двигаются по кольцевому каналу 15 до обратной стороны перегородки 10. В воздуховод 8 нагнетается горячий воздух, при этом, через тангенциальные отверстия 7 из воздуховода 8 поступает кислород воздуха, обеспечивающий горение газов в кольцевом канале 15. Затем горячие газы из кольцевого канала 15 поступают через секторальное отверстие поперечной стенки 18 в кольцевой канал 16, упираются в перегородку 11 и по круговой траектории двигаются до обратной стороны перегородки 11, через отверстия 7 в воздуховоде 8 также поступает кислород воздуха, обеспечивающий горение газов в кольцевом канале 16, затем через секторальное отверстие в поперечной стенке 19 поступают в рассекатель 13, где происходит окончательное догорание факела газов в смеси с кислородом воздуха. Так как секторальные отверстия смещены последовательно на 90º друг относительно друга, горячие газы двигаются по спиральной траектории и проходят расстояние равное сумме периметров кольцевых каналов. Дожигание отходящих горячих газов осуществляется равномерно по всему внутреннему объёму дожигателя. Таким образом, увеличивается расстояние, которое проходят газы и, соответственно, увеличивается время их нахождения в горячей зоне. Кроме того, поток топочных горячих газов имеет турбулентный характер, что способствует его интенсивному перемешиванию с кислородом воздуха, топочный газ передаёт тепловую энергию стенкам дожигателя, которые раскаляются, чем обеспечивается вторичная подсветка горячей зоны дожигания.
Повторного образования диоксидов азота, углерода и серы не происходит из-за отсутствия кислорода воздуха, который выгорает в дожигателе. Промышленные испытания заявляемого дожигателя показали, что время задержки отходящих газов в рабочей зоне при температуре выше 1400°С более 12 секунд, что 4 раза больше чем в прототипе.