Способ сжигания газообразного топлива Советский патент 1984 года по МПК F23C9/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для использования в парогенераторах и теплонапряженных камерах сгорания. Известен способ сжигания топлива, состояпдий в том, что компоненты топлива смешивают и сжигают с возбуждением в них акустических колебаний 1. Недостаток этого способа состоит в высоком содержании окислов азота в продуктах сгорания. Наиболее, близким к предложенному по технической сущности является способ сжигания газообразного топлива путем подачи обогащенной и бедной смеси горючего и окислителя в зону горения с последующим их смещением и дожиганием 2. Этот способ обеспечивает некоторое снижение содержания окислов азота в продуктах сгорания за счет организации двухстадийного сжигания топлива. Целью изобретения является уменьп ение токсичности продуктов сгорания путем снижения содержания окислов азота. Эта цель достигается тем. что согласно способу, состоящем в подаче обогащенной и бедной смеси горючего и окислителя в зону горения с последующим их смешением и дожиганием, приготовление обогащенной и бедной смесей осуществляют путем наложения колебаний, по крайней мере, на один из компонентов газообразного топлива, при этом подачу обогащенной и бедной горючих смесей осуществляют в виде независимо закрученных потоков. На фиг. 1 приведена схема камеры сгорания, в которой организован способ сжигания газообразного топлива, и схема распространения по ней возмущений потока; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - насадок, используемый при сжигании газообразного горючего, продольный разрез. Камера содержит цилиндрический корпус 1 с соплом 2 и смесителем в виде расположенных по окружности тангенциально камере сгорания воздухоподводящих патрубков 3, внутри которых соосно размещены патрубки 4 для подвода горючего, подсоединенные к коллектору 5. В воздухоподводящих патрубках 3 установленьг завихрители 6. Для возбуждения колебаний расхода в патрубках 3 или 4 могут быть использованы любые известные излучатели. В частности, при сжигании газообразного горючего удобно использовать установленный на патрубке 4 насадок 7 (фиг. 3) в виде вихревого свистка, который, кроме образования колебаний, дополнительно закручивает газовый поток, что позволяет обойтись без завихрителей 6. Насадок 7 содержит шнековый завихритель 8 с выполненным в нем центральным отверстием 9. Полость 10, образованная насадком 7 и завихрителем 8, может быть выполнена у смежных насадков различной длины, а направление спиралей винтовых каналов смежных завихрителей 6 или 8 может быть выполнено противоположным. При подаче окислителя, в частности воздуха, через патрубки 3 в камеру сгорания его струи образуют в ней вихревое течение с крупномасщтабной турбулентностью порядка расстояния между струями. При подаче горючего через патрубки 4 оно будет истекать через насадки 7 в закрученном состоянии и образовывать в каждой струе окислителя вихревую трубку, смешиваться с окислителем и сгорать при спиральном течении завихренной горючей смеси по камере сгорания. В случае, если дополнительную закрутку смежных потоков осуществляют в противоположных направлениях (с помощью завихрителей 6 или 8) в камере сгорания образуются парные вихри (фиг. 1), которые не диссипируются на протяжении нескольких диаметров патрубков 3 и резко интенсифицируют тепломассообмен между периферийной и приосевой областями камеры сгорания, в которой обычно размещаются высокотемпературные продукты сгорания. Наложение, по крайней мере, на один из компонентов топлива ориентированных по потоку колебаний приводит к подаче в камеру сгорания горючей смеси с переменной концентрацией горючего в окислителе и распространению вдоль по спирально расположенным вихревым трубкам 11 нестехиометрических объемов горючей смеси, что после ее частичного выгорания при пониженных температурах приводит к образованию зон 12 и 13 восстановительных и окислительных продуктов неполного сгорания. В результате интенсивного перемешивания в вихревом потоке они догорают один в другом в поле генерируемых в патрубках 3 и 4 акустических колебаний. Выход окислов азота при этом резко сокращается в зонах нестехиометрического сгорания из-за пониженных температур, а в зоне дожигания - из-за низкой концентрации кислорода в окислительных продуктах неполного сгорания и интенсивного дожигания при совместном действии вихревого и акустического полей. Для предотвращения резонансного горения, опасного с точки зрения надежности горения, следует рассогласовать возбуждаемые в патрубках 3 и 4 частоты ко„1ебаний расхода, изменяя их от патрубка к патрубку в диапазоне от 0,12 до 0,36 относительно средней частоты возбуждения. Меньшая ширина диапазона недостаточна для предотвращения резонансного горения ввиду низкой добротности камеры как акустического резонатора, а большая - приводит к образованию кратных гармоник колебаний.

Изобретение за счет образования и предварительного сжигания нестехиометрических составов горючей смеси с помощью ориентированных по потоку колебаний расхода компонентов топлива с последуюА

щим дожиганием продуктов их неполного сгорания в вихревом поле обеспечивает контролируемую растянутость зоны горения по пространству камеры сгорания и тем самым высокую полноту сгорания при минимальном количестве образования окислов азота.

СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА путем подачи обогащенной и бедной смесей горючего и окислителя в зону горения с последующим их смещением и дожиганием, отличающийся тем, что, с целью уменьшения токсичности продуктов сгорания путем снижения содержания окислов азота, приготовление обогащенной и бедной смесей осуществляют путем наложения колебаний, по крайней мере на один из компонентов газообразного топлива, при этом подачу обогащенной и бедной горючих смесей осуществляют в виде независимо закрученных потоков. S (Л ас