Изобретение относится к теплотехнике, в частности к сжиганию углеводородов, и может применяться в топочных устройствах различных отраслей промышленности: в цилиндрах поршневых двигателей, в топках пароводяных котлов, трубореактивных и ракетных двигателях, реакторах для получения сажи. Задачей изобретения является интенсификация процесса сжигания углеводородов. Сущность изобретения: способ сжигания углеводородного топлива включает предварительный его нагрев до 1000-2100°С, смешение с окислителем в течение 10-7- 10-4 /C . Скорость нагрева углеводородного топлива 107- 109- град/C . Окислитель нагревают до 500-1700°С. 1 ил.
СПОСОБ СЖИГАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА путем предварительного нагрева этого топлива, последующего смешения его с окислителем и сжигания образовавшейся смеси, отличающийся тем, что углеводородное топливо нагревают до 1000 2100oС со скоростью нагрева 107 109 град/с, а смешение его с окислителем осуществляют в течение 10-7 - 10-4 с, при этом окислитель предварительно нагревают до 500 - 1700oС.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к теплотехнике, в частности к сжиганию углеводородов, и может применяться в топочных устройствах различных отраслей промышленности, например в цилиндрах поршневых двигателей, в топках пароводяных котлов, в реакторах для получения сажи, турбореактивных и реактивных двигателях. Известен способ сжигания углеводородов, включающий предварительный нагрев углеводородов, последующее смешение их с окислителем и сжигание [1] При этом наблюдается недостаточная интенсивность процесса сжигания. Известен способ сжигания углеводородов, включающий предварительный нагрев углеводородов, смешение их с окислителем и сжигание [2] При этом наблюдается недостаточная интенсивность процесса сжигания. Задачей изобретения является интенсификация процесса горения углеводородов. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе сжигания углеводородного топлива, последующем его смешении с окислителем и сжигании образовавшейся смеси, углеводородное топливо нагревают до 1000-2100оС со скоростью нагрева 107-109 град/с, а смешение его с окислителем осуществляют в течение 10-7-10-4 с, при этом окислитель предварительно нагревают до 500-1700оС. Нагревая углеводороды до 1000-2100оС, создают высокоактивные структуры, дающие возможность осуществить высокоскоростное горение. В данном случае процесс горения углеводородов проходит во много раз быстрее, чем в существующих способах, где нагрев углеводородов производят до 300-600оС. В результате высокоскоростного горения происходит мгновенное (чрезвычайно быстрое, сравнимое с импульсом) выделение топливной энергии. Такое выделение тепла приводит к большой концентрации энергии в небольших объемах. Оптимальным диапазоном сверхинтенсивного горения является температура нагрева углеводородов 1300-1800оС. Образовавшаяся сверхактивная среда при указанной температуре существует очень короткое время. Поэтому для осуществления сверхинтенсивного сжигания такой углеводородной среды ее смешивают с окислителем в течение указанного времени 10-5-10-4 с. Нижним пределом времени смешения топлива с окислителем является 10-7 с, так как за меньший промежуток времени практически невозможно осуществить необходимое смешение. 10-4 с верхний предел времени жизни частиц сверхактивной углеводородной среды. Для нагревания углеводородного топлива до 1000-2100оС нагрев необходимо производить очень быстро со скоростью 107-109 град/с, что по времени соответствует 10-7-10-5 с. Нагрев ведут путем их адиабатического сжатия, нагревания в среде низкотемпературной плазмы, нагревом в продуктах сгорания углеводородов, индукционным нагревом в электромагнитных печах, нагревом в лазерных потоках и т.п. На чертеже показано устройство для осуществления предлагаемого способа сжигания углеводородов. Устройство содержит корпус 1, теплоизоляцию 2, смесительную камеру 3, смесительный канал 4, камеру 5 сгорания вспомогательного топлива, смесительный канал 6, канал 7 образования высокотемпературной и сверхактивной углеводородной среды, камеру 8 сгорания высокоактивной углеводородной среды, патрубок 9 подачи вспомогательного топлива, патрубок 10 подачи воздуха для сжигания вспомогательного топлива, каналы 11 подачи основного топлива, каналы 12 подачи окислителя. Предлагаемый способ сжигания топлива осуществляется следующим образом. В смесительную камеру 3 по патрубку 9 подают вспомогательное топливо в количестве 0,04-0,1 мас. от всего топлива на процесс и по патрубку 10 подают воздух для его сжигания. В камере 3 происходит смешение топлива с воздухом, которое интенсифицируется в канале 4. Из канала 4 смесь подают в камеру 5, где осуществляют ее сжигание с получением высокотемпературных газообразных продуктов сгорания, являющихся одновременно теплоносителем. Из камеры 5 продукты сгорания (теплоноситель) попадают в смесительный канал 6, где осуществляют начальный разогрев основного топлива, поступающего по патрубку 11. Окончательный разогрев основного топлива до 1000-2100оС осуществляют в канале 7. Окислитель подают по каналам 12 в камеру на некотором расстоянии от ее выходного сечения. Образовавшаяся смесь поступает в камеру сгорания 8, где сгорает. П р и м е р. В устройство для сжигания топлива по патрубку 9 подают керосин в количестве 8 кг/ч для создания высокотемпературного теплоносителя. Для сжигания этого топлива в устройство при 20оС подают 100 нм3/ч воздуха. Сжигание вспомогательного топлива осуществляют в камере 5, на выходе из которой получают высокотемпературный газообразный теплоноситель, который подают затем в смесительный канал 6, куда одновременно подают для нагрева основное топливо в количестве 92 кг/ч. Из смесительного канала 6 образующуюся смесь основного топлива и продуктов сгорания вспомогательного топлива подают в канал 7, где происходит окончательный разогрев основного топлива и, кроме того, завершается смесеобразование. В данном случае основное топливо нагревается в канале 7 до 1700оС. В канал 7 на некотором расстоянии от его выхода вводят нагретый окислитель. Окислитель нагревают до 1200оС, для чего ему сообщают 3,7х105 ккал/ч тепла. Окислителем служит воздух и подают его в количестве 1100 нм3/ч. Перемешивание топлива и окислителя осуществляют в течение 10-4-10-4 с. С помощью предлагаемых приемов сжигание горючей смеси осуществляют за 10-5 с. Практически наблюдается тепловой взрыв во всем объеме узла горения. Температура продуктов горения достигает 3700оС, в то время как в известных способах сжигания она составила бы 2000оС, причем сжигание такой смеси (стехиометрической) представляет собой большие технические трудности. Данный способ легко реализуем в различных областях промышленности топках паро-водяных котлов, топках генераторов, поршневых, реактивных и ракетных двигателях, сажевых реакторах для получения сажи, в печах дожига отходящих газов сажевого производства. Способ позволяет создавать топочные устройства с очень высокой теплонапряженностью.
