Вихревая камера сгорания Советский патент 1993 года по МПК F23C3/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при.сжига- нии топлива в топках котлов и печей, в частности в энерготехнологйческих агрегатах для подготовки теплоносителя и термического обезвреживания промышленных отходов.

Целью изобретения является повышение эффективности сжигания.

Поставленная цель достигается тем, что в вихревой камере сгорания, содержащей заключенную в корпусе циклонную камеру с боковыми входными тангенциальными каналами для воздуха и осевым выхлопным патрубком, а также узел подачи топлива с сопловым аппаратом и блоком розжига, имеющим снабженный тангенциальным входным патрубком смеситель, сообщенный пламепроводом с полостью циклонной камеры, согласно изобретению, в торцовой стенке циклонной камеры выполнено осевое окно, через которое (введен пламёпро- вод и в пределах которого размещен сопловой аппарат узла подачи топлива, причем диаметр упомянутого осевого окна равен 0,08... 0,8 Диаметра осевого выхлопного патрубка и связан с геометрическими параметрами циклонной камеры следующим соотношением:

do/dBb.x (0/S+ 1),

где 8-(ЬыхЛ1ц)/.(Рвх/Рц):

do - диаметр осевого окна;

deux - диаметр осевого выхлопного патрубка;

du - диаметр поперечного сечения циклонной камеры;

Рц- площадь поперечного сечения циклонной камеры;

Ф - число Фибоначчи;

FBX - суммарное сечение входных тангенциальных каналов.

Кроме того, сопловой аппарат выполнен в виде кольцевого ряда отверстий, расположенных под углом к оси камеры, причем величина угла рассчитывается из следующего соотношения:

tgp (0,8...5,0)(do-dT), где do - диаметр осевого окна;

dr - диаметр кольцевого ряда отверстий;

1ц - длина циклонной камеры.

Кроме того, сопловой аппарат выполнен в виде форсунки с углом раскрытия сопла, рассчитываемым из следующего соотношения:

tg #(0,8...5,0), где do диаметр осевого окна

1ц-длина циклонной камеры Кроме того, первая циклонная камера снабжена дополнительной циклонной камерой с большим диаметром и своим осевым окном, в которое введен выхлопной патрубок первой циклонной камеры.

Кроме того,дополнительная циклонная камера снабжена своим выхлопным патруб ком, установленным в кожухе с образовани- ем кольцевого зазора, причем диаметр упомянутого выхлопного патрубка равен 0,4.,.0,5 диаметра дополнительной камеры, а боковая стенка кожуха снабжена патрубком золоудаления.

Кроме того, на торцевой стенке дополнительной циклонной камеры, в пределах осевого окна дополнительно установлен сопловой аппарат для подачи нейтрализующего раствора, . Кроме того, камера сгорания снабжена

дополнительным сопловым аппаратом нейтрализующего раствора, размещенным вокруг патрубка дополнительной циклонной камеры.

Кроме того, обе циклонные камеры заключены в один воздухораспределительный корпус.

Кроме того, диаметр выхлопного патрубка основной циклонной камеры равен

0,4...0,5 ее диаметра, а на боковой стенке дополнительно выполнен золоотводящий. патрубок.

Кроме того, торцевая стенка и выхлопной патрубок циклонной камеры выполнены

в виде двух усеченных конусов, обращенных один к другому большими основаниями, причем по образующим конусов размещены входные тангенциальные каналы, а боковые

стенки выполнены в виде спирали, кромки

которой с одной стороны расположены навстречу потоку воздуха, а с другой стороны обращены к золоотводящему патрубку.

Кроме того, тангенциальный патрубок смесителя блока розжига сообщен с полостью корпуса, причем отношение площади поперечного сечения упомянутого патрубка к площади поперечного сечения смесителя не превышает следующей величины: A 0,17dn/dKc. dn диаметр пламепроврда; .... dxc - диаметр смесителя.

Указанные соотношения геометрических размеров обеспечивают возможность сжигания как стандартного (газообразного,

жидкого, твердого) топлива, так и забалластированного инертными компонентами (отходы промышленного производства) с высокой эффективностью,т.е. при высоких удельных тепловых нагрузках и с малой эмиссией вредных веществ.

Предложенное технические решение использовано при разработке типового ря- да горелочно-топрчных устройств мощностью от 0,1 до 30 МВт.

Высокие удельные тепловые нагрузки вихревой камеры сгорания обеспечиваются равномерным распределением распыленного топлива в активной зоне горения, которая имеет цилиндрическую кольцевую форму и наружным своим диаметром не превышает 0,8 диаметра выхлопного патрубка, что установлено экспериментально (см. фиг.9) в широком диапазоне изменения геометрической характеристики (S) циклонной камеры. Подача топлива в закрученный воздушный поток на диаметре большем указанного предела приводит к выпадению капель жидкого топлива на стенку и коксованию. Подключение со стороны входного торца аналогичной циклонной камеры с выхлопным патрубком больше указанного предела приводит к прорыву потока из нижней (по потоку) в верхнюю камеру и погасанию из-за нарушения устойчивости.

При подключении«к циклонной камере блока розжига с пламе/фоводом. лэасполо- жен«ым по оси камеры, экспериментально установлено, что диаметр плам провода, ) равный 0,08 диаметра выхлопного патрубка циклонной камеры, есть та предельная её- личина, при которой происходит эффективный розжиг топлива. При дальнейшем уменьшении диаметра пламе провода резко возрастает время индукции, приводящее к заполнению камеры невоспламенившимся топливом. С увеличением диаметра ровода против указанного предела (0,08) воспламенение остается устойчивым вплоть до верхнего предала (0.8).

Блок розжига, присоединенный к цик- лонной камере больших размеров при максимальном пределе (0,8) подсоединения, представляет собой фактически предвклю- ченную циклонную камеру меньшего диаметра. Таким образом .в указанных пределах обеспечивается устойчивое воспламенение как от подключенного пламбпро- вода, так и от камеры меньшего размера.

Выполнение в торцовой стенке циклонной камеры осевого окна в пределах 0,08 do/deux 0,8 обеспечивает возможность эф- фе тивного подключения через него пла- м провода, блока розжига или аналогичной циклонной камеры, а также соплового аппарата узла подачи топлива, равномерно рас- пределенного в пределах осевого окна.

Как видно из графика (фиг.9) максимальный диаметр активной зоны (или осевого окна) в заявленных пределах изменяется в зависимости от геометрической характеристики (S) циклонной камеры. Эта зависимость для облегчения конструктивных расчетов аппроксимируется эмпирической формулой«

do/dBWx (0/S + 1).

Простая зависимость с применением числа Фибоначчи (золотое сечение) свидетельствует о выявленной гармоничности взаимодействующих структур потоков в циклонной камере, что является доказательством эффективности выбора верхнего предела относительно диаметра осевого окна.

При S оо знаменатель становится равным Единице и формула упрощается до do/dsbix VuT - 0,786... или округлено 0,8.

Узел подачи топлива, расположенный на торцевой стенке, может быть выполнен в виде коаксиального ряда отверстий или виде одиночной форсунки, В обоих случаях топливные струи должны попадать в зону ограниченную с одной стороны диаметром, определяемым по указанной выше формуле, а с другой стороны линейными размерами вдоль оси дт 0,1 до 0,6 длины циклонной камеры (фиг.З). Пределы устанавливались экспериментально в циклонной камере Длиной, равной ее диаметру посредством установки трех типов форсунки. При осевом расположении соплового выпуска минимальный угол раскрытия факела Ып исследовался с помощью пневм атической форсунки по авт. св. № 1027473 с постоянным углом раскрытия факела 55° (2 р) при изменении диаметра выхлопного патрубка. При увеличении последнего увеличивался внешний диаметр активной зоны горения и тем самым увеличивалось относительное расстояние соприкосновения факела с внешним диаметром активной зоны горения (максимум окружной составляющей скорости). При увеличении этого расстояния более 0,6 ц факел открывался от границы максимума окружной составляющей скорости и горел в виде изолированного прецес- сирующего конуса, не распространяясь по всей длине цилиндрической активной зоны, появлялся механический недожог. Максимальный угол раскрытия факела исследовался с помощью пневматической форсунки со стержневым акустическим излучателем. Посредством изменения в ней расстояния сопло - резонатор изменялся угол раскрытия факела от 40 до 180° 2 ip (вплоть до опрокидывания) за счет перераспределения потока пара (при распылении мазута). При уменьшении расстояния соприкосновения факела с границей максимума окружной, составляющей скорости менее 0,1 1ц происходит заброс мазута на

торцевую стенку, коксование и ее перегрев.

Изменение диаметра и угла наклона осей коаксиального ряда отверстий выполнялось посредством приваривания трубок к выходным отверстиям исходного варианта форсунки и выгибания трубок под различными углами. При этом попутно можно отметить, что присоединение трубок к отверстиям при ухудшении качества распы- ливания приводило к повышению равномерности распределения топлива в закрученном потоке воздуха. Последняя серия испытаний подтвердила полученные на одиночном сопловом отверстии пределы соприкосновения топливных струй с границей максимума окружной составляющей скорости (0,1...0,6) 1ц.. Причем, при расположении сопловых выпусков на границе максимума окружной составляющей скорости (dT do) установлено, что концы трубок, являющиеся сопловым выпуском, должны быть направлены вдоль оси циклонной камеры. Изменение направления выхода на 5...10° против указанного(по потоку вращения, против потока вращения, в сторону стенок камеры, в сторону оси камеры) приводило к забросу топлива либо на боковую, либо на торцевую стенку. В обобщенном виде оптимальные пределы угла раскрытия факела или топливных струй, полученные экспериментально на камере ц du, не могут быть представлены в градусах, поскольку длина камеры может изменяться в довольно широких пределах (ц 0,5...2)du. Поэтому пределы представлены в виде тангенса угла р, который для одиночной (с осевым расположением) форсунки равен 0,8...5 отношения диаметра осевого окна к длине циклонной камеры, а для коаксиального ряда отверстий в том же численном диапазоне разности значений диаметра осевого окна и коаксиального ряда отверстий, отнесенной к длине циклонной камеры.

Численные значения пределов получены следующим образом:

для одиночного соплового отверстия

tgphim r rnrr 0.833 do/lu

i U,О 1ц

tg -и- п . , 5,0 d0/lu / U,I 1ц

для коаксиального ряда отверстий tg-y nin -2T-1 о 0,833(d0 - ит)/1ц:

do - dT 1 tg yw - -2- Q-TI;I 5(d0 - dT)lu, где 1ц - длина циклонной камеры:

dy - диаметр коаксиального ряда отверстий соплового выпуска.

Присоединение к основной циклонной камере дополнительной циклонной каме

ры, в осевое окно которой введен выхлопной патрубок основной камеры, существенно расширяет технологические возможности вновь созданного агрегата. Главное достоинство заключается в том, что

факел, выходящий из основной камеры расширяется до размеров, обусловленных геометрическими размерами проточной части дополнительной циклонной камеры в соответствии с найденной экспериментально

закономерностью

d02/deb.x2 (CD/S2+ 1), г„п с dBbix2/du2

где 52 с /г .

гвх2/гц2

Геометрические размеры проточной части и активной зоны горения в дополнительной камере связаны однозначно с режимными параметрами: расходом, скоростью, давлением, в также через сботноше- ния величины этих потоков, проходящих через основную и дополнительную циклонные камеры, с концентрацией реагирующих компонентов и температурой среды в активной зоне.

При подаче в основную камеру воздуха и топлива, а в дополнительную газообразных отходов(через индивидуальный распределительный корпус) обеспечиваются

наилучшие условия взаимодействия факела горящего топлива и отходов в зоне максимума окружной составляющей скорости.

В процессе экспериментальных исследований вихревых камер установлено, что

диаметр выхлопного патрубка йвых, отнесенный к диаметру циклонной камеры du, оказывает существенное влияние на способность вихревого потока удерживать во взвешенном состоянии определенное количество дисперсных частиц, находящихся в процессе тепломассообмена с окружающей средой,

На фиг.1 приведена зависимость удельной несущей способности закрученного потока g в граммах в секунду на один квадратный метр поперечного сечения цик- лоннной камеры (г/с-м ). Из графика видно, что несущая способность потока возрастает с увеличением диаметра выхлопного патрубка deux. При относительном диаметре выхлопного патрубка dBbix/dij O.ri нгт.ущая способность потока при увеличении геометрической характеристики (S) или при увеличении Fex/Рц (ПРИ dnbix/flij- f.onr.l) if

возрастает, а даже несколько снижается, т.е. возрастает сепарация частиц из потока.

С уменьшением величины йпых/йц этот эффект еще более заметен, нб при этом, естественно, возрастает аэродинамическое сопротивление. Если принять отношение Рвх/Рц 1 для дополнительной камеры газообразных отходов, пропускающей поток в отношении от 5/1 до 10/1 (к потоку продуктов сгорания), критическую скорость на входе 10 м/с (для обеспечения автомодельного процесса Рекр 0,5 105) при температуре отходов в пределах 273... К, а плотность потока /Эвх 1 кг/м3, то число еи 4,4 (dobix/dij)27, а аэродинамическое сопротивление (АР, КПА):

Если при dBbix/dLi 0,4..,0,5 еще имеется возможность преодолеть указанное- сопротивление с помощью вентиляторов общего назначения, то при dBbix/d4 0,4 сопротивление возрастает настолько, что реализация конструкции становится экономически нецелесообразной. Высаженные из потока на стенку кожуха дисперсные частицы золы накапливаются в кольцевом зазоре между боковыми стенками кожуха и выхлопного патрубка и удаляются через патрубок золоудаления за счет перепада давления естественного или создаваемого, например, эжектором пневмотранспорта, Несложное устройство в агрегате с использованием остаточной крутки потока продуктов сгорания в отдельных случаях позволяет отказаться от специальных пылеуловителей на тракте продуктов сгорания. При организации впрыска нейтрализующих реагентов аналогично сопловому тракту топлива в виде коаксиального ряда отверстий в основной камере по диаметру dnex в пределах осевого окна do2 имеется возможность эффективного воздействия на процесс дожита при достаточно высокой температуре (в начале дополнительной циклонной камеры) с последующим переводом вредных составляющих продуктов сгорания, таких как например, оксиды серы и азота, в твердое состояние и вывода из их цикла совместно с золой. Еще больший положительный эффект в части кондиционирования выбросов обеспечивает раздельная подача реагентов на входе в дополнительную циклонную камеру в начальной стадии дожигания и с расположением соплового выпуска на выходе, например по кромке воротника, после завершения процессов окисления, когда снижение температуры среды за счет впрыска 5 не повлечет за собой закалки вредных компонентов.

Размещение двух последовательно соединенных циклонных камер в едином, охватывающем их, воздухораспределительном

0 корпусе помимо упрощения конструкции (в сравнении с двумя корпусами) позволяет осуществлять двухступенчатый процесс сжигания топлива в наиболее оптимальных соотношениях. Предложенная конструкция

5 позволяет не только рассчитать и обеспечить расчетное соотношение, но и обеспечить простоту управления процессом горения при переменной подаче топлива за счет изменения лишь давления воздуха, Ес5 ли при сжигании, например, природного газа в одной основной циклонной камере удается получить минимальный выход оксидов азота при ом 0,2 ... 0,8 и оъбш 1,02 .... 1,04 и более. 1,35(NOx 10 мг/м3). то есть

5 в определенном диапазоне, из которого выпадает Ообщ 1,04 ... 1,35, то при совмещении двух циклонных камер в одном Корпусе путем соответствующего подбора сечений проточной части удается устранить этот су0 щественный недостаток.

При сжигании тяжелого жидкого топлива с высокой зольностью, например, нефте- маслоотходов очистных сооружений ремонтных цехов, в которых содержится по5 мимо минеральных солей и окислов значительное количество металлических включений, целесообразно золу выводить непосредственно в процесса двухстадийно- го сжигания. На первой стадии в закручен0 ном потоке основной камеры происходит быстрое выгорание легких фракций до образования мелкодисперсных коксовых частиц. На второй стадии в дополнительной циклонной камере требуется значительно большее

5 время пребывания горючих частиц, которое может быть обеспечено при отношении диаметра выхлопного патрубка 0,4 ... 0,5 диаметра камеры. Низкотемпературное горение (900 ... 1000 К) происходит уже во

0 всем объеме циклонной камеры, поскольку в этом диапазоне соотношений удерживающая способность закрученного потока низка (фиг.10). Оставшаяся от сгорания коксовых частиц зола не выносится из каме5 ры через выхлопной патрубок, а вращается вдоль боковой стенки и выносится через ловушку и золовой выпуск. Поскольку для выгорания коксовых частиц требуется мало воздуха, но много времени, в дополнительную циклонную камеру подается воздух через ограниченное сечение тангенциальных каналов на большем радиусе, с большим моментом количества движения по сравнению с основной циклонной камерой.

При сжигании водных горючих растворов, например кубовых остатков отделения регенерации растворителей производства пенициллина, содержащих наряду с растворителями, влагой, горючими веществами большое количество (до 20% на рабочую массу) минеральных веществ, также целесообразно выводить золу непосредственно в процессе двухстадииного сжигания.

На первой стадии в основной камере при отношении диаметра выхлопного патрубка к диаметру камеры в пределах 0,4 ... 0,5 происходит быстрое испарение влаги и длительное выгорание твердых горючих веществ во всем объеме камеры. Поскольку в основную камеру воздуха подается недостаточно для полного сгорания органики, но достаточно для обеспечения циркуляции дисперсных частиц, в ней происходит низкотемпературный (900 ... 1000 К) процесс газификации. Продукты неполного сгорания поступают в дополнительную циклонную камеру и дожигаются в ней, обеспечивая одновременно подвод тепла вдоль оси в основную камеру для испарения влаги и воспламенения твердых частиц. По мере выгорания органических составляющих твердые частицы приближаются к боковой стенке циклонной камеры и выносятся из нее через эоловой выпуск. Исполнение торцевой стенки и выхлопного патрубка циклонной камеры в виде двух усеченных конусов, обращенных большими основаниями друг к другу, по образующим которых размещены входные тангенциальные каналы, обеспечивают образование внутри камеры двух встречно вращающиеся торообразных вихрей, которые выбрасывают твердые частицы к оси в центре камеры. Частицы падают на конические стенки и сползают по ним в сторону тангенциальных каналов подачи воздуха. Такая многократная циркуляция способствует истиранию частиц и интенсивному тепломассообмену.

По рассмотренному принципу целесообразно осуществлять также двухступенчатое сжигание твердого топлива, когда в основной камере происходит газификация дисперсных частиц, например угля, сланца или древесных отходов, и вывод золы через ловушку и радиальный выпуск, а в дополнительной циклонной камере горение продуктов газификации.

Принципиально вихревая камера сгорания может работать при любом давлении в выхлопном патрубке, если на входе обеспечивают давление воздуха большее на величину расчетного перепада в проточной части. Однако, несмотря на то, что у стенки смесительной камеры блока давление всегда ниже, чем у стенки циклонной камеры, воздуха в блок розжига может поступать за счет самовсасывания лишь до определенного уровня давления в циклонной камере. При работе вихревой камеры сгорания

0 без противодавления блок розжига при са-. мовсасывании воздуха работает, как правило, не в атомодельном режиме (малый перепад давления, составляющий 50 ... 100 Па), что практически не сказывается на ус5 тойчивости воспламенения запального факела в нем. Но при наличии достаточно большого противодавления за вихревой камерой воздух в тангенциальной патрубок блока розжига должен уже подаваться при0 нудительно. При неопределенных соотно. шениях геометрических размеров блока

розжига на устойчивость розжига давление

подаваемого воздуха оказывает большое

влияние. С повышением давления устойчи5 вость снижается.

Экспериментально установлено, что при геометрической характеристике блока розжига S . 6 давление воздуха уже практически не сказывается на устойчивости

0 воспламенения. Если геометрическая характеристика блока розжига S . ;J , то

РТП/ГКС

при 5 6 максимальная площадь поперечного сечения тангенциального патрубка

5 А Рпт/Ркс 0,17dn/dKc,

где Ртп - площадь поперечного сечения тангенциального патрубка блока розжига;

F - площадь поперечного сечения смесителя.

0 Диаметр пламбпровода, отнесенный к диаметру камеры смещения блока розжига, обычно находится в пределах 0,4 dn/dKc 1,0. Предел 0,4 обусловлен большим аэро5 динамическим сопротивлением блока, а 1,0 соответствует dn dKc- При уменьшении FHT/FKC менее 0,17 dn/di c устойчивость теоретически возрастает, но при этом возрастает и аэродинамическое сопротивление

0 блока.

При увеличении Fm/FKc более 0,17 dn/dKc устойчивость розжига снижается, а для его поддержания требуется снижение давления в тангенциальном патрубке.

5 На фиг.1 показан продольный разрез вихревой камеры сгорания с сопловым аппаратом узла подачи топлива в виде коаксиального ; ряда отверстий и блоком розжига. На фиг.2 - поперечный разрез А-А по фиг.1.

На фиг.З - продольный разрез циклонной камеры с сопловым аппаратом п виде коаксиального ряда отверстий и одиночной центральной форсунки, с указанием пре- дельных значений угла раскрытия сопла одиночной форсунки и направлением отверстий коаксиального ряда при максимальном его диаметре.

На фиг.4 - продольный разрез вихревой камеры с узлом подачи топлива в виде оди- ночной форсунки и блоком розжига, воздух в который поступает из корпуса основной циклонной камеры, а к выхлопному патрубку подсоединена дополнительная циклонная камера с сопловым аппаратом для подачи нейтрализзционного раствора по кромке осевого окна. Выхлопной патрубок дополнительной камеры размещен в кожухе с образованием кольцевого зазора, оснащенного патрубком золоудаления, а боко- вая стенка выхлопного патрубка оснащена дополнительным сопловым аппаратом для подачи нейтрализующего раствора.

На фиг.5 - продольный разрез двух последовательно соединенных циклонных ка- мер, заключенных в единый охватывающий их воздухораспределительный корпус.

На фиг.б - продольный разрез двух последовательно соединенных циклонных камер а общем корпусе с патрубком золоудаления из дополнительной камеры.

На фиг.7 - поперечный разрез Б-Б по фиг.б.

На фиг.8 -; продольный разрез двух последовательно соединенных циклонных ка- мер в общем корпусе с патрубком золоудаления из основной камеры и подачей твердого топлива посредством шнека.

На фиг.9 - зависимость Диаметра осевого окна, отнесенного к диаметру выхлопного патрубка, от геометрической характеристики циклонной камеры.

На.фиг.Ю - зависимость несущей способности потока от геометрической харак-, теристики и диаметра выхлопного патрубка, отнесенного к диаметру циклонной камеры.

Вихревая камера сгорания содержит корпус 1, циклонную камеру 2 с боковыми входными тангенциальными каналами 3 и осевым выхлопным патрубком 4. На торце- вой стенке 5 размещен узел подачи топлива, выполненный в виде единичной центральной форсунки 6 или коаксиальной камеры 7. Узел подачи топлива оборудован сопловым аппаратом 8 в виде одиночного отверстия, коаксиального ряда отверстий или кольцевого выпуска (фиг.8) в пределах осевопэ окна.

Сопловый аппарат относительно оси камеры раскрыт на угол (от рмт ДО (рмакс).

тангенс которого равен 0,8 ... 5 отношения диаметра осевого окна к длине циклонной камеры (do/In) для одиночного центрального отверстия или разности значений диаметров осевого окна и коаксиального ряда отверстий, отнесенной к длине циклонной камеры (do - аЧ)/1ц для коаксиального ряда отверстий.

Узел подачи топлива оснащен также блоком розжига, который состоит из смесителя 9 с тангенциальным патрубком 10 и пламепроводом 11. В торцевой стенке 5 выполнено осевое окно 12, диаметр которого (do) составляет 0,08 ... 0,8 диаметра выхлопного патрубка (йвых).

К основной циклонной камере 2 (фиг.4) присоединена дополнительная циклонная камера 13 с торцевой стенкой 23, тангенциальными каналами 16 и выхлопным патрубком 17. В торцевой стенке 23 выполнено осевое окно 14, в которое введен выхлопной патрубок 4.основной камеры 2. Осевое окно 14 также, как и в основной камере идет диаметр (do2), который составляет 0,08...0,8 диаметра выхлопного патрубка (йВых2). По кромке осевого окна 14 (фиг.4) диаметром do2 размещен сопловый аппарат 8 для нейтрализующего раствора в виде коаксиального ряда отверстий, расположенных по диаметру dHBbix. Камера 13 заключена в индивидуальный корпус 15, а кожух 17 оснащен выхлопным патрубком 18 с осевым проходом 19: Стенка кожуха 17 оснащена патрубком золоудаления 20. Диаметр осевого прохода 19(dBbix2)paBeHO,4 ... 0,5 диаметра (йц2) дополнительной циклонной камеры 13. На боковой стенке выхлопного патрубка 18 раз-мещен сопловый аппарат 8 для подачи нейтрализующего раствора.

На фиг,6,7 торцевая стенка 23 и выхлопное сопло 17 циклонной камеры 13 выполнены в виде двух усеченных конусов, обращенных друг к другубольшими основаниями, по образующим которых размещены входные тангенциальные каналы 16. Каналы 16 выполнены виде межлопаточных пароходов или индивидуальных сопл, направленных в сторону закрутки потока. Боковая стенка камеры 13 выполнена по спирали, с одной стороны расположены навстречу потоку воздуха через ловушку 22, а с другой стороны обращены к золоотводящему патрубку 20,.

По фиг.8 аналогично выполнена основная циклонная камера 2, в которой коаксиальная камера 7 представляет собой шнек с бункером для подачи твердого топлива, В полом валу шнека размещен пламепровод 11 блока розжига. Сопловой аппарат 8 выполнен в виде кольцевого прохода равного диаметру осевого окна 12. В последовательно соединенных циклонных камерахе2 и 13 диаметр осевого окна изменяется по закону для основной камеры:

doi/dnbixi /Ф (Ф/51+ 1) и для дополнительной камеры

do2/dBbix2 V3 (Ф/52+1), причем

dewxl S5d02.

Последовательно соединенные циклонные камеры 2 и 13 (фиг.5) заключены в единый охватывающий их корпус 21. Тангенциальный патрубок 10 сообщен с полостью корпуса 1 трубопроводом 22. Максимальная площадь поперечного сечения патрубка 10, отнесенная к площади поперечного сечения смесительной камеры 9, не должна превышать величины 0,17 отношения диаметра пламенепровода 11 к диаметру смесительной камеры 9.

Вихревая камера сгорания работает следущим образом.

Воздух поступает в корпус 1 (и 21 по фиг.5), где распределяется по тангенциальным каналам 3 (и 6 по фиг.5). На выходе в циклонную камеру 2 (и 13 по фиг.5) воздух закручивается. Воздух также поступает в смеситель 9 блока розжига из атмосферы за счет разрежения, создаваемого закрученным, потоком при отсутствии противодавления в выхлопном патрубке, 4, 17 (или из корпуса 1 посредством трубопровода 22 по фиг.4 при наличии противодавления в выхлопном патрубке 4, 17). В смеситель 9 подают газ (не показано), который поджигают запальной свечой (не показано). Газ воспламеняется в закрученном потоке воздуха, поступающего через патрубок 10, запальный факел через пламепровод 11 выходит в полость циклонной камеры 2. Топливо подается в полость циклонной камеры 2 через сопловый аппарат 8. Топливо воспламеняется от запального факела. Факел горящего основного топлива выходит из выхлопного патрубка 4 (по фиг.1 - 3 в присоединяемый топочный объем не показан) или попадает в следующую дополнительную циклонную камеру 13 (по фиг.4 - 8) где раскрывается до размера, обусловленного геометрическими размерами присоединенной дополнительной циклонной камеры. По фиг.4 в корпус 15 подают газообразные отходы, которые, проходя тангенциальные каналы 16, закручиваются в полости циклонной камеры 13 и приходят во взаимодействие в активной зоне горения с факелом, выходящим из выхлопного патрубка 4 циклонной камеры 2. На начальном участке дополнительной камеры 13 (фиг.4) в активную зону дожигания вводится через соппоеый аппарат 8 нейтрализующий раствор, например известковое молоко. Закрученный поток продуктов сгорания в выхлопном патрубке 17 благодаря соотношению йВых2/йЦ2 0,4... 0,5 выделяет

из потока основную часть золы и связанные нейтрализующим раствором вредные оксиды, Дополнительной коагуляции твердые частицы в закрученном потоке подвергаются на выходе из выхлопного патрубка 17 за

счет дополнительного впрыска нейтрализующего раствора через сопловый аппарат 8, размещенный на основной стенке выхлопного патрубка 18. Зола и связанные оксиды собираются в кольцевом зазоре между боковой стенкой кожуха 17 и патрубка 18 и отводятся через осевой проход 19.

В циклонной камере 13 (фиг.6) и 2 (фиг.8) воздух, поступающий соответственно.через тангенциальные каналы 16 и 3, образует

циркуляцию двух вращающихся навстречу друг другу торообразных вихрей, в которых подвергаются интенсивному механическому истиранию и тепломассообмену твердые горючие частицы, а зола во вращающемся

кольцевом потоке по мере утяжеления (выгорания углерода) переносится на боковую поверхность камер и через ловушку 22 и патрубок 20 выводится из цикла. Камеры 13 (фиг.6) и 2 (фиг.8) эффективно работают при

горении твердых частиц в низкотемпературном режиме без перехода золы в жидкое состояние, когда частицы не прилипают к коническим стенкам камер.

Формула изобретения

1. Вихревая камера сгорания, содержащая заключенную в корпус циклонную камеру с боковыми входными тангенциальными каналами для воздуха и осевым выхлопным патрубком, а также узел подачи топлива с

сопловым аппаратом и блоком розжига, имеющим снабженный тангенциальным входным патрубком смеситель, сообщенный пламепроводом с полостью циклонной камеры, о т ли ч а ю щая с я тем, что, с целью

повышения эффективности сжигания, в торцевой стенке циклонной камеры выполнено осевое окно, через которое введен пламепровод и в пределах которого размещен сопловой аппарат узла подачи топлива,

причем диаметр осевого окна равен 0,08 - 0,8, диаметра осевого выхлопного патрубка и связан с геометрическими параметрами циклонной камеры следующим соотношением:

do/deux /(Ф/3+1), где S (йвых/йц)/(Рвх/Рц), do - диаметр осевого окна; йвых - диаметр осевого выхлопного патрубка;

с1ц диаметр поперечного сечения циклонной камеры;

Рц - площадь поперечного сечения циклонной камеры;

DBX суммарное сечение входных тангенциальных каналов;

Ф - число Фибоначчи.

2. Камера сгорания по п. 1. от л и ч а ю- щ а я с я тем, что сопловой аппарат выполнен в виде кольцевого ряда отверстий, расположенных под углом р к оси камеры, причем величина угла ф рассчитывается из соотношения:

tg (0.8... 5,OXdo-dT/li), где dT - диаметр кольцевого ряда отверстий;.

1Ц - длина циклонной камеры.

3. Камера сгорания по п.1,от л и ч а ю- щ а я с я тем, что сопловой аппар ат выполнен в виде форсунки с углом р раскрытия сопла, рассчитываемым из соотношения:

(0,8 ... 0,5) do/l4.. где do - диаметр осевого окна

ц - длина циклонной камеры.

4. Камера сгорания попп.1 -3, от л и- чающаяся тем, что она снабжена дополнительной циклонной камерой с брльшйм диаметром и своим осевым окном, в которое введен выхлопной патрубок первой циклонной камеры.

5. Камера сгорания по пп.1 - 4, о т л и - чающаяся тем, что дополнительная циклонная камера снабжена своим выхлопным патрубком, установленным в кожухе с образованием кольцевого зазора, причем диаметр выхлопного патрубка равен 0,4 - 0,5 диаметра дополнительной циклонной камера, а боковая стенка кожуха снабжена патрубком золоудаления.

6. Камера по пп.1 и 5, отличающаяся тем, что на торцевой стенке дополнитель

0

5

0

5

0

5

0

ной циклонной камеры, в пределах ее осевого окна дополнительно установлен сопло- вый аппарат для подачи нейтрализующего раствора.

7. Камера сгорания по пп.1 - 6, о т л и - чающаяся тем, что она снабжена дополнительным сопловым аппаратом для подачи нейтрализующего раствора, размещенным вокруг выхлопного патрубка дополнительной циклонной камеры.

8. Камера сгорания по пп.1 - 4, о т л и - чающаяся тем, что обе циклонные камеры заключены в один воздухораспределительный корпус.

9. Камера сгорания по пп.1 и 8, о т л и - чающаяся тем, что диаметр выхлопного патрубка основной циклонной камеры равен 0,4 - 0,5 ее диаметра, а на боковой стенке дополнительно выполнен золоотво- дящий патрубок.

10. Камера сгорания по пп.1 и 9, о т л и- чающаяся тем, что торцевая стенка и выхлопной патрубок циклонной камеры выполнены в виде усеченных конусов, обращенных один к другому большими основаниями, причем по образующим конусов размещены входные тангенциальные каналы, а боковые стенки выполнены в виде спирали, кромки которой с одной стороны расположены навстречу потока воздуха, а с другой стороны обращены к золоотводяще- му патрубку.

11-. Камера сгорания по пп.1 - 9, от л и- чающаяся тем, что тангенциальный патрубок смесителя блока розжига сообщен с полостью корпуса, причем отношение площади поперечного сечения

A 0,17dn/dKc,

где dn - диаметр пламепровода; dKc - диаметр смесителя.

Использование: в топках котлов и печей, в энерготехнологических агрегатах для подготовки теплоносителя и термического обезвоживания жидких отходов. Сущность изобретения: воздух поступает в корпус 1, где распределяется по тангенциальным каналам 3, а также в смеситель 9 из атмосферы. В смеситель 9 поступает также газ, который воспламеняется в закрученном потоке воздуха, поступающего через патрубок 10. Факел через пламепровод 11 выходит в циклонную камеру 2, куда подается также топливо через сопловой аппарат 8. Топливо воспламеняется и выбрасывается через сопловой аппарат 8. Шил.

Фиг.1

f &)f -f

4

ftse. /

я / /г /

f- Ј&й,Г/&у

Sr/A