способ бессажного сжигания топлива

Формула изобретения

Способ бессажного сжигания топлива, включающий подачу перегретого водяного пара, топлива и воздуха в горелочное устройство, отличающийся тем, что перегретый водяной пар и топливо с воздухом подают в горелочное устройство отдельно, по получении сажного пламени струю перегретого водяного пара подают в сажное пламя, прогревают горелочное устройство и перекрывают подачу воздуха полностью или частично, водяной пар производит газификацию углерода (сажи) в синтез-газ, полученный синтез-газ выводят из горелочного устройства для последующего догорания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к технологии бессажного сжигания топливного сырья.

Известен способ бессажного сжигания топлива с помощью паровых форсунок, заключающийся в подаче топлива самотеком, а пара под давлением. Топливо и пар перемешиваются в форсунке и далее смесь топлива и пара сгорает в факеле. Топливо, в частности мазут, перед подачей в форсунку подогревают до температуры 85-115С, а пар подают под давлением 5-15 кг/см² и более, при этом температура пара выше 150С.

Водяной пар при высокой температуре диссоциируется на кислород и водород

2H₂O2H₂+O₂,

и чем выше температура пара, тем выше степень диссоциации.

Углерод топлива соединяется с кислородом воды, при этом топливо газифицируется, превращаясь в раскаленные газы - окись углерода и водород С+Н₂О=СО+Н₂, которые сгорают в кислороде атмосферного воздуха, превращаясь в диоксид углерода и воду.

2СО+О₂=2СО₂

2Н₂+О₂=2Н₂О

Эффект диссоциации воды позволяет повысить эффективность сгорания топлива за счет дополнительного кислорода, поэтому паровые форсунки создают бессажный факел [1].

В данном способе пар, имеющий более высокую температуру, перемешивается с относительно холодным топливом. Температура пара при этом снижается, и чтобы пошел процесс диссоциации, необходимо поднять температуру пара, для чего требуется тратить часть химического тепловыделения и отсюда температура факела снижается.

Чем ниже температура пара, тем ниже степень диссоциации, а отсюда низкая эффективность сгорания топлива, которая в данном случае определяется количеством кислорода в смеси.

Известен также способ бессажного сжигания топлива при помощи эмульсионных горелок, заключающийся в том, что топливо (мазут) и вода под давлением подаются в эмульгатор. Полученная эмульсия подается насосом в форсунку, куда под давлением одновременно подается воздух. Смесь эмульсии (вода - мазут) и воздуха сгорает в факеле. Капли воды, взвешенные в мазуте, имеют температуру, превышающую температуру кипения, и при выбросе струи происходит вторичное распыливание.

Образующийся при термической диссоциации воды кислород реагирует с углеродом и окисляет его в окись углерода [2].

Однако, несмотря на то, что по сравнению с вышеупомянутым способом сжигания, распыление топлива более эффективнее, но и здесь пар снижает свою температуру, перемешиваясь с топливом, поэтому и степень диссоциации воды уменьшается и как следствие хуже эффективность горения топлива.

Наиболее близким к заявляемому способу бессажного сжигания топлива является способ сжигания, заключающийся в одновременной подаче в горелочное устройство топлива, воздуха и перегретого водяного пара.

Топливо, воздух и перегретый водяной пар перемешиваются все вместе в горелочном устройстве, при этом воду, необходимую для получения пара, подают в определенном соотношении к расходу воздуха. Полученный пар перемешивают с воздухом и перегревают.

Влажность поступающего в горелочное устройство воздуха не должна превышать 90% для исключения возможности конденсации пара до его контакта с топливом [3].

Однако в этом способе сжигания топлива, так же как и в предыдущих способах, происходит перемешивание перегретого пара и топлива, что снижает температуру пара, а значит снижается степень диссоциации, а отсюда ухудшается эффективность горения топлива.

В основу изобретения положена задача создания способа сжигания топлива, обеспечивающего высокую эффективность его горения без образования сажи.

Поставленная задача решается тем, что в способе бессажного сжигания топлива, включающем подачу перегретого водяного пара, топлива и воздуха в горелочное устройство, согласно изобретению перегретый водяной пар и топливо с воздухом подаются в горелочное устройство отдельно, после получения сажного пламени струя перегретого водяного пара согласно изобретению подается в сажное пламя, устройство прогревается, после прогрева согласно изобретению перекрывается подача воздуха полностью или частично, водяной пар производит газификацию углерода (сажи) в синтез-газ и полученный синтез-газ выводят из горелочного устройства для последующего догорания.

В связи с тем, что в заявляемом способе бессажного сжигания топлива подача перегретого водяного пара и топлива с воздухом осуществляется отдельно, что позволяет поджечь топливо, которое будет гореть в устройстве сажным пламенем в кислороде воздуха, а перегретый водяной пар пронизывает не относительно холодное топливо, как у прототипа, а горячие газы сажного пламени, благодаря чему температура пара повышается, начинается процесс диссоциации воды, что добавляет в пламя кислород.

Поток пара увлекает за собой сажное пламя, и оно подсасывает воздух из воздухоподводов, что повышает температуру пламени, а также температуру пара.

После прогрева горелочного устройства, в котором температура пара достигает такого значения, что хватает кислорода для окисления углерода (сажа), воздухоподводы перекрывают полностью или частично, поскольку воздух начинает мешать процессу газификации углерода. Он, во-первых, охлаждает пламя, а во-вторых, содержит 79% балластных газов, которые препятствуют соединению углерода с кислородом.

Полученный в горелочном устройстве синтез - газ имеет достаточно большую температуру, чтобы эффективно догореть в атмосферном воздухе.

Горелочные устройства могут быть самых разнообразных конструкций, это зависит от вида горючего сырья, так сжигание газов, керосина и дизельного топлива можно производить в устройствах такой конструкции, которая указана в описании в качестве примера.

Сжигание отработанных масел, мазута, сырой нефти лучше производить в вихревых горелочных устройствах для жидкого топлива, куда вместо воздуха должен подаваться перегретый водяной пар.

На чертеже схематично изображена одна из конструкций горелочного устройства для бессажного сжигания топлива.

Устройство содержит корпус 1, выполненный в виде стакана, паровую форсунку 2, которая вмонтирована в дно корпуса 1, воздухоподводящие отверстия 3, выполненные в корпусе 1, топливопровод 4, установленный в нижней части корпуса 1, паропровод 5, соединенный с паровой форсункой 2, зону поджига 6, в которую подается топливо.

Способ бессажного сжигания топлива осуществляется следующим образом. По топливопроводу 4 подается дизельное топливо в зону поджига 6, где оно поджигается и горит сажным пламенем в кислороде воздуха, который подсасывается через отверстия 3.

Далее подают водяной пар с давлением 2 кг/см² и температурой 150С, который истекает из форсунки 2 вверх в виде струи, пронизывающей сажное пламя, и увлекает за собой это пламя. Образованный поток начинает сильнее подсасывать воздух через отверстия 3 и температура факела увеличивается.

После разогрева устройства до красного свечения корпуса 1, отверстия 3 перекрывают (не показано) и горелочное устройство продолжает работать без доступа воздуха. Воздух перекрывается по двум причинам, во-первых, воздух начинает охлаждать перегретый пар, а, во-вторых, воздух содержит 79% балластных газов, которые мешают процессу окисления углерода.

При давлении пара ниже 2 кг/см² и температуре ниже 120С наблюдается неустойчивое горение, факел уменьшается и дымит, потому что не хватает кислорода, но стоит незначительно приоткрыть отверстие 3, устойчивое горение восстанавливается, факел ярко-красного цвета и сажи визуально не наблюдается.

При увеличении давления пара и его температуры наблюдается уменьшение длины факела и светлее его свечение, шум также увеличивается.

При давлении пара от 7 до 10 кг/см² и температуре пара выше 300С наблюдается голубое свечение пламени, что свидетельствует об эффективном сгорании окиси углерода. Окись углерода дает голубое свечение пламени.

Таким образом, в предлагаемом изобретении топливо подается в горелочное устройство отдельно, любым способом, горит при атмосферном давлении в кислороде воздуха. Принудительная подача воздуха здесь не требуется, поскольку поток пара производит засасывание воздуха через воздухоподводы (это нужно в начальной стадии процесса).

Пар здесь также подается отдельно, через паровую форсунку под давлением. Далее происходит перемешивание перегретого пара не с относительно холодным топливом, как у прототипа, а горячими газами сажного пламени.

Температура пара повышается не только от имеющейся температуры пламени, но и от увеличивающейся температуры пламени за счет подсоса воздуха.

Температура пара повышается, повышается степень диссоциации (т.е. добавляется кислород), что приводит к усилению окислительных процессов.

В горелочном устройстве происходит газификация углерода (сажи) в парах воды, обеспечивая высокую эффективность горения топлива без образования сажи.

Предлагаемый способ бессажного сжигания топлива может найти применение в горелках различного назначения, в качестве отопительных устройств, сушилок и т.д., а также в качестве устройств для утилизации oтходов, имеющих способность гореть сажным пламенем.

Нужно заметить, что для реализации этого способа требования к чистоте топлива чрезвычайно низки, поэтому здесь может сгорать керосин, дизтопливо и др., прошедшие технологическое использование (например, мойка деталей).

Источники информации

1. Смирнов В.П. Котельные установки. Государственное энергетическое издательство. М., Л., 1959, 116 с.

2. Щукин А.А. Промышленные печи и газовое хозяйство заводов. М., Энергия, 1973, 66 с. (рис.3-31).

3. РСТ № 93/01449, F 23 L 7/00, 1994.