способ сжигания жидкого топлива и жидких горючих отходов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ сжигания жидкого топлива и жидких горючих отходов путем подачи воздуха в цилиндрическую камеру сгорания по тангенциальному каналу, распыленного топлива в центр в зону разрежения вихря, вывода газовоздушной смеси по касательной в направлении движения вихря, отличающийся тем, что воздушный поток вводится в камеру сгорания по центру в виде закрученной струи - перпендикулярно нижнему основанию камеры с дальнейшим приданием потоку вихревого движения в плоскости, перпендикулярной нижнему основанию камеры, и вывода сложнозакрученного потока по касательной в направлении движения первичного вихря.

2. Устройство для осуществления способа содержит циклонную камеру сгорания, два тангенциально расположенных патрубка, один из которых служит для подачи воздуха, другой - для вывода продуктов сгорания из зоны горения, отличающееся тем, что циклонная камера содержит поперечно расположенную перегородку с концентрично расположенными центральными патрубками, образующими между собой кольцевой зазор, трубку, заменяющую форсунку, выходной срез которой направлен в сторону внутренней стенки центрального патрубка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии сжигания жидких горючих веществ и может быть использовано для сжигания жидкого топлива и огневого обезвреживания жидких горючих отходов в нефтеперерабатывающей, химической, теплоэнергетической и других отраслях народного хозяйства.

Известен способ термического обезвреживания жидких отходов в циклонных печах путем их ввода в циклонную печь с фронтальной стороны тангенциально под давлением по необходимости совместно с топливом и окисляющим воздухом. Перемещаясь вдоль цилиндрического топочного пространства, горючие компоненты испарившихся отходов окисляются, и образующиеся продукты сгорания выводят из противоположной зоны печи (по отношению к размещению форсунок для распыла отходов и амбразур вторичного воздуха) [Термические методы обезвреживания отходов. /Под ред. К.К.Богушевской и Г.П. Беспамятнова. Л.: «Химия», 1975, с.69].

Этот способ утилизации жидких отходов имеет ряд недостатков: использование форсунок высокого давления требует значительных энергетических затрат на распыление горючих жидкостей; возникает необходимость очистки жидких горючих от твердых примесей; образуются твердые отложения на стенках камеры сгорания при сжигании жидких горючих с широким фракционным составом; а также необходимо развивать топочные объемы для обеспечения качественного окисления горючих компонентов.

Наиболее близким аналогом способа, принятым за прототип, является способ сжигания жидких горючих, включающий подачу воздуха в циклонную камеру сгорания по тангенциальному каналу, топлива в центр в зону разрежения вихря, вывод газовоздушной смеси по касательной в направлении движения вихря [А.В.Талантов. Основы теории горения. Часть 1. Учебное пособие. Казань, Издательство КАИ, 1975, с.65].

Известное устройство для сжигания жидкого топлива, выбранное в качестве прототипа, содержит циклонную камеру сгорания в виде усеченного конуса, два тангенциально расположенных патрубка вблизи оснований конуса, один из которых служит для подачи воздуха, другой - для вывода продуктов сгорания из зоны горения. Подача топлива осуществляется через форсунку, расположенную в центре нижнего основания. При работе известного устройства топливо подается в зону разрежения вихря, где, перемешиваясь с воздухом, интенсивно начинает гореть. Продукты сгорания истекают в окружающую среду из нижнего патрубка.

Недостатком данного устройства является то, что при сжигании жидких топлив с широким фракционным составом легкие фракции сгорают, а часть тяжелой фракции (смолистые соединения) не успевает окислиться и образует на стенках камеры сгорания твердые отложения, в результате чего резко ухудшаются эксплуатационные характеристики устройства, а также сжигаемое топливо распыляется при помощи форсунки. Это требует использование насоса высокого давления. Кроме того, использование форсунок накладывает существенное ограничение на наличие в сжигаемых горючих механических примесей.

В основу изобретения поставлена задача - усовершенствовать способ сжигания жидких горючих с целью повышения эффективности работы устройства на различных жидких горючих, в том числе с механическими примесями.

Сущность способа сжигания жидкого топлива и жидких горючих отходов заключается в том, что осуществляется подача воздуха в циклонную цилиндрическую камеру сгорания по тангенциальному каналу, распыленного топлива в центр в зону разрежения вихря, вывода газовоздушной смеси по касательной в направлении движения вихря. Согласно изобретению воздушный поток вводится в камеру сгорания по центру в виде закрученной струи - перпендикулярно нижнему основанию камеры с дальнейшим приданием потоку вихревого движения в плоскости, перпендикулярной нижнему основанию камеры, и вывода сложнозакрученного потока по касательной в направлении движения первичного вихря.

Сущность устройства заключается в том, что оно содержит циклонную камеру сгорания, два тангенциально расположенных патрубка, один из которых служит для подачи воздуха, другой - для вывода продуктов сгорания из зоны горения, отличающееся тем, что циклонная камера содержит поперечно расположенную перегородку с концентрично расположенными центральными патрубками, образующими между собой кольцевой зазор, трубку, заменяющую форсунку, выходной срез которой направлен в сторону внутренней стенки центрального патрубка.

Поперечно расположенная перегородка с концентрично расположенными центральными патрубками обеспечивает формирование струи воздуха, направленной перпендикулярно основанию камеры сгорания, и ее вихревое движение в плоскости, перпендикулярной нижнему основанию камеры. Внутренний патрубок и трубка, выходной срез которой направлен в сторону стенки, патрубка выполняют функцию пленочного распылителя, заменяющего форсунку. В результате такого технического решения улучшаются эксплуатационные характеристики камеры, связанные с чисткой форсунки от механических примесей и тонкой фильтрацией топлива. Наружный патрубок играет роль экрана, защищающего внутренний патрубок от перегрева. Это позволяет повысить надежность работы пленочного распылителя - на стенках внутреннего патрубка твердые отложения не образуются.

Благодаря вводу в камеру сгорания воздушного потока по центру в виде закрученной струи вдоль продольной оси камеры сгорания - перпендикулярно нижнему основанию камеры с дальнейшим наложением на закрученный поток второго вихря, крутящегося в плоскости перпендикулярной нижнему основанию камеры, обеспечивается улучшение эксплуатационных характеристик, связанное с полным выгоранием смолистых соединений и выносом зольного остатка из камеры сгорания. При сжигании жидких горючих с широким фракционным составом легкие сгорают в объеме камеры, смолистые соединения - на ее стенках. Вторичный вихрь, вращающийся в плоскости, перпендикулярной основанию камеры сгорания, обеспечивает доступ кислорода воздуха непосредственно к твердым отложениям на внутренней поверхности камеры сгорания. Необходимый температурный режим для полного выгорания твердого остатка обеспечивается за счет лучистого и конвективного теплообмена. Выгоревший коксовый остаток выводится из камеры сгорания газовым потоком, истекающим из камеры сгорания по касательной в направлении движения первичного вихря.

Описываемое изобретение поясняется схемой, приведенной на фигурах 1, 2. Устройство для сжигания жидкого топлива и жидких горючих отходов содержит циклонную камеру сгорания 2 (фигура 1), разделенную на две части поперечно расположенной перегородкой 5 (фигура 2). В верхней части расположен патрубок для подачи воздуха 1, в нижней части - патрубок для вывода продуктов сгорания из зоны горения 3. Топливо для сжигания подается по трубке 6. С выходного среза трубки 6 низконапорная струя жидкости энергией воздушной струи набрызгивается на нагретые стенки внутреннего патрубка 7, с которой срывается в виде тонкой пленки. Стенки внутреннего патрубка 7 охлаждаются воздушной струей, протекающей через кольцевой зазор, образованный между концентрично расположенными центральными патрубками 4 и 7. Воздушная струя, истекающая из патрубков 4 и 7, перемешивается с топливом и образует газовоздушный тороидальный вихрь, движущийся по касательной к выходному патрубку 3.

Устройство работает следующим образом. В верхнюю часть камеры сгорания по патрубку подается воздух. Тангенциально расположенный патрубок способствует формированию в камере вихревого потока. Далее закрученный воздушный поток по концентрично расположенным центральным патрубкам направляется в нижнюю часть камеры сгорания, образуя струю, ось которой перпендикулярна основаниям камеры сгорания. Струя, ударяясь об дно камеры сгорания, разворачивается и образует торобразный вихрь. Жидкое топливо в камеру сгорания поступает под небольшим напором. Выходной срез трубки расположен в зоне больших скоростей воздушной струи. Топливо под напором воздуха разбрызгивается на поверхность внутреннего патрубка в виде пленки, перемещающейся вниз. У нижнего среза патрубка пленка начинает разрушаться, формируя тем самым кольцевую жидкотопливную струю. Струя жидкости направляется в сложнозакрученный газовый поток, образуя горючую смесь. После поджига горюче-топливная смесь начинает гореть в пульсирующем режиме. Продукты сгорания из камеры сгорания выводятся по касательной в направлении движения первичного вихря. Нагарообразование на стенках камеры предотвращается: формированием воздушного пристенного слоя, предохраняющего стенки от перегрева; упорядоченными пульсациями газовоздушной среды, способствующими активизировать наиболее длительные этапы горения жидкого горючего (дробление, испарение, перемешивание паров горючего с воздухом); своевременным удалением из зоны горения твердых остатков горения.

Пример конкретного выполнения

Описываемое устройство используется в печи для сжигания твердых отходов, работающей в пульсирующем режиме. Схема печи приведена на фиг.3. Печь работает следующим образом. Сжигаемые отходы через загрузочный бункер 12 шлюзового типа подаются в швель-шахту 13. Отходы в шахту загружаются в мешкотаре. Поджиг отходов и поддержание необходимого температурного режима в печи осуществляется описываемым устройством 15. Жидкое горючее подается в устройство 15, в котором происходит его фазовое превращение и сгорание. Далее высоконагретые газы направляются на твердые горючие отходы и поджигают их. При помощи вентиляторной установки 14 в зону горения подводится воздух. Продукты термического разложения и окисления, поднимаясь вверх по газовому тракту, подмешиваются с воздухом и начинают интенсивно гореть. В циклоне 11 происходит отделение механических частиц от газового выброса. Устройство, кроме запальника, выполняет функцию генератора пульсаций. Благодаря этой функции в топочном пространстве существенно активизируются тепло и массообменные процессы. Зольный остаток с колосника 9 периодически сбрасывается в зольник 8 при помощи ворошителя 16.

Таким образом, предлагаемые способ и горелочное устройство позволяют сжигать жидкие горючие с широким фракционным составом и механическими примесями без использования форсунок высокого давления и обеспечивают удовлетворительные эксплуатационные характеристики.