СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В ТОПОЧНОМ УСТРОЙСТВЕ Российский патент 2004 года по МПК F23C11/04 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для осуществления акустического воздействия на процесс сжигания топлива в топочном устройстве.

Известны различные способы сжигания топлива в топочном устройстве (твердого, пылевидного, жидкого, газообразного), включающие как предварительный размол топлива в тонкий порошок, так и сосредоточенный подвод воздуха в топочное пространство (см. Г.С. Бобровский, А.М. Зимаков. “Паровые котлы промышленных предприятий”, Госэнергетическое изд-во, М.-Л.: Госэнергетическое изд-во, 1949 г., с.97-126).

Недостатками известных способов являются низкая эффективность сжигания топлива из-за химических и механических недожогов вследствие неравномерного смешивания окислителя с топливом.

Известен также способ сжигания топлива путем воздействия акустических колебаний в зоне горения, при этом одновременно с акустическими колебаниями в зоне горения возбуждают колебания нелинейной, преимущественно пилообразной, формы с частотой в 10-100 раз выше частоты акустических колебаний, а соотношение их амплитуд составляет 0,2-1,0 (см. описание изобретения к авт. св-ву № 663966, М.кл.² F 23 D 11/34 на “Способ сжигания топлива”).

Это техническое решение принято в качестве прототипа.

Использование данного способа позволяет повысить эффективность сжигания топлива за счет наложения низкочастотных акустических колебаний на нелинейные колебания с крутым фронтом в месте пика давления и высокой частотой, что, в свою очередь, позволяет увеличить как интенсивность теплообмена и диспергирования частиц топлива, так и создает необходимую амплитуду перемещения частиц топлива.

Однако нелинейное взаимодействие низких и высокочастотных акустических волн с крутым фронтом в месте пика давления приводит к недостаточно равномерному смешиванию окислителя с топливом, процесс сжигания частиц топлива нестабилен, что не позволяет до конца его оптимизировать на всю размерную гамму частиц сжигаемого топлива и создает условия для недожога частиц топлива.

Задачей заявляемого технического решения является создание способа сжигания топлива, позволяющего интенсифицировать, оптимизировать данный процесс за счет более равномерного смешивания окислителя с топливом и повышения скорости окислительных процессов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе сжигания топлива в топочном устройстве, включающем акустическое воздействие на процесс сгорания топлива, акустическое воздействие проводят в высокочастотном пульсирующем режиме с высокочастотной составляющей 25-160 кГц с пульсацией 5-240 Гц.

Известно, что в процессе горения топлива, в частности угольной пыли, мелкие частицы (до 100 мкм) и летучие вещества сгорают быстро и расходуют основную часть кислорода до 96% от поданного в топку, в то время как крупные и средние частицы пыли (размером 300-100 мкм), определяющие механический недожог, горят в бедной кислородом атмосфере (4% и менее), вследствие чего скорость окисленных процессов соответственно снижается. Кроме того, высокая пористость поверхности при значительной массе такой пылинки придает ей высокую парусность, создавая синхронное перемещение ее с газовым потоком по длине факела и пространству топки, и дополнительно уменьшает тем самым скорость диффузионно-окислительных процессов.

Акустическое воздействие на процесс сгорания топлива с высокочастотной составляющей 25-160 кГц с пульсацией 5-240 Гц позволяет повысить эффективность сжигания топлива и интенсифицировать процесс горения всей размерной гаммы частиц топлива (в частности, угольной пыли, аэрозоли мазута) за счет создания гаммы частот, соответствующих собственным частотам колебаний частиц топлива, приводящим к резонансному эффекту, который вызывает увеличение амплитуд колебаний частиц топлива, превышающих размер групп образований приграничных инертных газов, являющихся продуктами окисления, и тем самым увеличивает вероятность столкновения с кислородом.

Заданные параметры акустического воздействия обеспечивают частичкам топлива недостающие при штатном горении относительные перемещения газового потока с пульсирующим режимом, необходимым для выхода частиц из каронального облака продуктов окисления (где кислород практически отсутствует), что увеличивает вероятность соударения с молекулами свободного кислорода всей размерной гаммы частиц и уменьшает недожог более чем на 30-50% по сравнению с известным решением - прототипом.

При акустическом воздействии с высокочастотной составляющей менее 25 кГц с пульсацией менее 5 Гц не обеспечивается полное сжигание топлива ввиду неравномерного смешивания окислителя с топливом.

Акустическое воздействие с высокочастотной составляющей более 160 кГц с пульсацией более 240 Гц экономически и технически нецелесообразно ввиду достижения при заявленных режимах необходимых тепло-физико-химических характеристик в топочном устройстве и последующем удорожании и усложнении способа сжигания топлива. При этом при пульсации более 240 Гц не обеспечивается необходимая низкочастотная составляющая.

Способ осуществляют следующим образом.

Например схема режима (работы) способа показана на чертеже: позиция 1 - высокочастотные колебания, позиция 2 - пульсирующий режим, а - средние частотные характеристики (высокочастотный - 90 кГц с пульсацией 120 Гц), б - минимальный высокочастотный и максимальный пульсирующие режимы (высокочастотный - 25 кГц с пульсацией 240 Гц), в - максимальный высокочастотный и минимальный пульсирующие режимы в заданных параметрах (высокочастотный - 160 кГц с пульсацией 5 Гц).

В зависимости от количественных соотношений размерных гамм крупных и мелких частиц сочетания высоких и низких частот могут быть другими, более оптимальными для конкретного варианта.

Способ сжигания топлива (угольная пыль, газ) осуществляли в котлах ТП-92 Пермской ГРЭС-16.

Результаты испытаний показали, что использование заявленного способа сжигания топлива позволяет интенсифицировать, оптимизировать данный процесс и уменьшить недожог по сравнению с известным способом-прототипом на 40-50%.

При выходе за заявляемые режимы наблюдается либо недожог топлива (высокочастотная составляющая менее 25 кГц с пульсацией менее 5 Гц), либо он остается на уровне заявляемых режимов (высокочастотная составляющая более 160 кГц с пульсацией более 240 Гц).

Изобретение может быть использовано для осуществления акустического воздействия на процесс сгорания топлива в топочном устройстве. Способ сжигания топлива в топочном устройстве включает акустическое воздействие на процесс сгорания топлива. При этом акустическое воздействие проводят в высокочастотном пульсирующем режиме с высокочастотной составляющей 25-160 кГц с пульсацией 5-240 Гц. Использование заявляемого изобретения позволяет интенсифицировать, оптимизировать процесс сжигания топлива за счет более равномерного смешивания окислителя с топливом, повышает скорость окислительных процессов, уменьшает недожог более чем на 40-50% в сравнении с известным техническим решением. 1 ил.

Способ сжигания топлива в топочном устройстве, включающий акустическое воздействие на процесс сжигания топлива, отличающийся тем, что акустическое воздействие проводят в высокочастотном пульсирующем режиме с высокочастотной составляющей 25-160 кГц с пульсацией 5-240 Гц.