Устройство для термической утилизации водного раствора токсичных веществ
DEVICE FOR THERMAL UTILIZATION OF AN AQUEOUS SOLUTION OF TOXIC SUBSTANCES

Изобретение относится к области энергетики, а именно к устройствам для термической утилизации водного раствора токсичных веществ, например, метанола путем сжигания водного его раствора.
Известно устройство для поддержания горения в печи за счет сжигания жидкого топлива (патент RU №2079783, МПК F23D 11/10, 1997), в котором для смешивания топлива с воздухом служит цилиндрическая камера с торцевой стенкой, по периферии которой выполнены выходные отверстия каналов ввода топлива, а по центру осевой канал ввода воздуха. Устройство также снабжено тангенциальными каналами ввода воздуха, выполненными в боковой стенке камеры. При этом выходные отверстия каналов ввода топлива и тангенциальные каналы ввода воздуха сгруппированы парами. Тангенциальные каналы ввода воздуха выполнены с продольной осью, наклоненной к плоскости торцевой стенки под углом, не превышающим 45° и пересекающей стенку в зоне, ограниченной площадью соответствующего выходного отверстия канала ввода топлива. При соблюдении указанной величины упомянутых углов под воздействием осевой составляющей скорости струй воздуха уменьшается толщина пленки топлива и повышается эффективность его дробления. Устройство также снабжено дополнительными тангенциальными каналами ввода воздуха, выполненными в боковой стенке камеры, продольная ось которых наклонена к плоскости торцевой стенки под углом (10°…30°).
Обратное направление закрутки струй воздуха, выходящих из дополнительных каналов, по отношению к направлению закрутки струй, выходящих из основных тангенциальных каналов, повышает интенсивность процесса перемешивания.
Недостатком известного устройства является то, что отмеченный механизм перемешивания топлива с воздухом приводит к замедлению потока топлива при его выходе в область горения топлива.
Известно устройство для поддержания горения в печи за счет сжигания жидкого топлива (патент RU №211001, МПК F23D 11/10, 2022), в котором устройство содержит корпус, выполненный в виде цилиндра из стали, установленный соосно в нем внешний цилиндр, на конце которого с внутренней стороны образован цилиндрический буртик, выполненный в виде шнека с прямоугольными канавками, а на другом его конце выполнены отверстия для подачи жидкого топлива, а также внутренний цилиндр, установленный соосно внутри внешнего цилиндра и имеющий на конце с наружной его стороны цилиндрический буртик, выполнен в виде шнека противоположного направления с прямоугольными канавками. При этом эти два буртика со шнеками противоположного направления при их сочленении образуют пересекающиеся прямоугольные канавки. Устройство содержит электросвечу, соосно установленную внутри внутреннего цилиндра, и цилиндрическую вставку, соосно установленную с внешним цилиндром и отцентрованную с помощью пилонов, которая образует с внешним цилиндром канал для перепуска жидкого топлива. При этом между торцом вставки и цилиндрическим буртиком внешнего цилиндра образована кольцевая щель для прохода жидкого топлива, а на другом конце вставки выполнены отверстия для подачи воздуха в кольцевой канал, образованный между вставкой и внутренним цилиндром. Устройство содержит также коллектор для подачи жидкого топлива и коллектор для подачи воздуха, соосно установленные с наружной стороны цилиндрического корпуса.
Однако в известном устройстве не предусмотрен узел подачи водного раствора токсичного вещества (метанола), что исключает совместную подачу горючей смеси и водного раствора метанола и их смешение.
Задачей предлагаемого изобретения является организация быстрого испарения водного раствора токсичного вещества (метанола) путем совместной подачи горючей смеси и водного раствора токсичного вещества (метанола) и их смешение, в результате чего при горении топливной смеси происходит быстрое испарение токсичной жидкости (метанола) за счет ее подачи в центр очага горения жидкого топлива, а также окончательное разложение токсичной жидкости (метанола) в безвредное вещество при достижении продуктами сгорания высокой температуры.
Техническим результатом, достигаемым предлагаемым изобретением, является новая горелка, выполненная в виде трехкомпонентной форсунки, состоящей из эмульсионной форсунки со поперечными канавками для подачи горючей смеси (например, солярка + воздух) и шнековой форсунки для мелкого распыления водного раствора токсичной жидкости (метанола).
Поставленная задача решается тем, что устройство для термической утилизации водного раствора токсичных веществ (например, метанола) содержит корпус цилиндрической формы, выполненный из стали, внутри которого соосно с ним установлен внешний цилиндр, на одном конце которого, с внутренней стороны находится цилиндрический буртик, в котором выполнены поперечные прямоугольные канавки, а на другом его конце выполнены отверстия для подачи жидкого топлива, внутри внешнего цилиндра находится внутренний цилиндр, установленный соосно с внешним цилиндром и имеющий на одном конце отверстия для подачи воздуха, а на другом конце, с наружной его стороны, цилиндрический буртик, выполненный в виде шнека с прямоугольными канавками, при этом буртики обоих цилиндров: один - со шнеками, а другой - с поперечными канавками, при сочленении они образуют эмульсионную форсунку с пересекающимися прямоугольными канавками, шнековууо форсунку, соосно установленную внутри внутреннего цилиндра, при этом внутри нее на одном ее конце выполнен соосно канал для подачи водного раствора токсичных веществ, который соединен через ряд отверстий с кольцевой канавкой, образованной между внутренним цилиндром и шнековой форсункой, а на другом ее конце - камера закручивания, цилиндрическую вставку, разделяющую кольцевой канал для прохода воздуха и кольцевой канал для подачи топлива, соосно установленную с внешним цилиндром и отцентрованную с помощью пилонов, установленных между внутренним цилиндром и цилиндрической вставкой, которая образует с внешним цилиндром канал для прохода жидкого топлива, при этом между торцом цилиндрической вставки и цилиндрическим буртиком внешнего цилиндра образована кольцевая щель для прохода жидкого топлива, а на другом конце цилиндрической вставки выполнены отверстия для подачи воздуха в кольцевой канал, образованный между цилиндрической вставкой и внутренним цилиндром, коллектор для подачи жидкого топлива и коллектор для подачи воздуха, соосно установлены с наружной стороны корпуса.
На фиг. 1 - приведен продольный разрез предлагаемого устройства.
На фиг. 2 - продольный разрез 3D модели предлагаемого устройства.
На фиг. 3 - внешний вид элемента шнековой форсунки (вид 16).
На фиг. 4 - торец 3-хкомпонентной форсунки.
На фиг. 5 - внешний вид 3-хкомпонентной форсунки.
На фиг. 6 - факел смешения двух струй.
Устройство для термической утилизации водного раствора токсичных веществ имеет корпус 1 цилиндрической формы, выполненный из стали, внутри которого соосно с ним установлен внешний цилиндр 2, на одном конце которого, с внутренней стороны находится цилиндрический буртик 3, в котором выполнены поперечные прямоугольные канавки, а на другом его конце выполнены отверстия 12 для подачи жидкого топлива.
Внутри внешнего цилиндра 2 находится внутренний цилиндр 9, установленный соосно с внешним цилиндром 2 и имеющий на одном конце отверстия 14 для подачи воздуха, а на другом конце, с наружной его стороны, цилиндрический буртик 17, выполненный в виде шнека с прямоугольными канавками, при этом каналы буртики 3 и 17 обоих цилиндров при их сочленении образуют эмульсионную форсунку с пересекающимися прямоугольными канавками.
Устройство для термической утилизации водного раствора токсичных веществ содержит также шнековую форсунку 16, соосно установленную внутри внутреннего цилиндра 9. Внутри шнековой форсунки 16 на одном ее конце выполнен соосно канал 19 для подачи водного раствора токсичных веществ, который соединен через ряд отверстий 20 с кольцевой канавкой 21, образованной между внутренним цилиндром 9 и шнековой форсункой 16, а на другом конце форсунки - камера закручивания 18. Во внешний цилиндр 2 соосно вставлена цилиндрическая вставка 4, разделяющая кольцевой канал 7 для перепуска топлива от кольцевого канала 8 для прохода воздуха. При этом цилиндрическая вставка 4 отцентрована с помощью пилонов 6, установленных между вставкой 4 и внутренним цилиндром 9. Между цилиндрической вставкой 4 и внешним цилиндром 2 образован канал 7 для перепуска жидкого топлива, а между торцом цилиндрической вставки 4 и цилиндрическим буртиком 3 внешнего цилиндра 2 образована кольцевая щель 5 для прохода жидкого топлива. При этом на другом конце цилиндрической вставки 4 выполнены отверстия 14 для подачи воздуха в кольцевой канал 8, образованный между цилиндрической вставкой 4 и внутренним цилиндром 9. Коллектор 11 для подачи жидкого топлива через патрубок 24 и коллектор 13 для подачи воздуха через патрубок 23 соосно установлены с корпусом 1 с наружной его стороны.
Между корпусом 1 и внешним цилиндром 2, между внешним цилиндром 14 и кольцевой вставкой 16, между кольцевой вставкой 4 и внутренним цилиндром 9, а также между внутренним цилиндром 9 и шнековой форсункой 16 установлены для обеспечения герметичности прокладки 15. Для пристыковки устройства к корпусу 1 печи предусмотрен фланец 22.
Предлагаемое устройство для поддержания горения в печи работает следующим образом.
Сжатый воздух и жидкое топливо (например, солярка) одновременно подаются через трубопроводы 23 и 24 в коллекторы 13 и 11 соответственно. Затем они поступают раздельно через отверстия 14 и 12 в каналы 8 и 7 для перепуска воздуха и топлива. Далее топливо проходит через кольцевую щель 5 в конец канала 8 для перепуска воздуха и смешивается с последним. Для устранения возможного преждевременного воспламенения горючей смеси из-за смешения топлива с воздухом каналы 7 и 8 отделены один от другого цилиндрической вставкой 4. За счет турбулизации потока (возникновения вихрей) в шнеках с прямоугольными канавками, образованных в буртиках 3 и 10 цилиндров 2 и 9, жидкое топливо дробится на мельчайшие капли, в результате чего горючая смесь из устройства выходит в виде мелкого аэрозоля и надежно воспламеняется от постороннего факела пламени.
Водный раствор токсичного вещества (например, метанола) под давлением подается в канал 19, выполненный соосно внутри шнековой форсунки 16. Далее раствор проходит через ряд отверстий 20 и попадает в кольцевой канал 21, откуда он устремляется в буртик 10, в котором выполнены поперечные прямоугольные канавки 17, где струя получает вращательное движение, в результате чего поток жидкости в камеру закручивания 18 поступает тангенциально и получает внутри нее вращательное движение. Внутри камеры закручивания 18 струя водного раствора токсичного вещества (метанола) за счет возникшей центробежной силы прибивается к стенке камеры 18, а по ее центру образуется газовый вихрь. Затем потока жидкости, получивший вдоль стенки камеры 18 вращательное движение, истекает из нее в виде пелены и распадается на мелкие капли внутри ядра факела пламени. Внутри ядра пламени капли жидкости испаряются, в результате чего утилизируется токсичное вещество (метанол) за счет высокой температуры в ядре пламени.
Использование предлагаемого изобретения позволит за счет использования 3-хкомпонентной форсунки, состоящей из эмульсионной форсунки со встречными канавками и шнековой форсунки, утилизировать молекулы токсичного вещества (метанола), что несомненно улучшить экологическую обстановку окружающей природной среды.