close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY3009

код для вставкиСкачать
BY 3009 C1
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 3009
(13)
C1
6
(51) F 23K 5/12,
(12)
F 23C 11/00,
F 23D 11/16
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СПОСОБ СЖИГАНИЯ ЖИДКОГО ГОРЮЧЕГО И УСТРОЙСТВО ДЛЯ
ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(21) Номер заявки: 970692
(22) 1997.12.11
(60) BY 970453, 1997.08.14
(46) 1999.09.30
(71) Заявитель: Закрытое акционерное общество
"Белагроинторг" (BY)
(72) Авторы: Дедук Ю.М., Телушкин В.В., Минченя
И.Г., Лежнев А.В., Смаль Н.Н., Анисимов Р.Н.,
Жук В.Д., Пилюк С.В. (BY)
(73) Патентообладатель: Закрытое акционерное
общество "Белагроинторг" (BY)
BY 3009 C1
(57)
1. Способ сжигания жидкого горючего, заключающийся в распылении в подогретой до 90-100 °С мелкодисперсной смеси, полученной в диспергирующем устройстве из горючего и умягченной воды, взятой в количестве до 27 вес. %, подогретых до 50-100 °С, с дальнейшим воспламенением ее в потоке воздуха,
отличающийся тем, что нагрев горючего и умягченной воды осуществляют до 50-90 °С бросовым теплом, a
горючее и умягченную воду подвергают ступенчатому эмульгированию вначале в низкочастотном звуковом
поле, затем в высокочастотном ультразвуковом поле, после чего полученную коллоидную смесь одновременно накапливают в гидроаккумулирующей накопительной емкости и подают в зону горения распыляя.
2. Устройство для сжигания жидкого горючего, содержащее гидроаккумулирующую накопительную емкость, насосный блок с высокочастотным ультразвуковым излучателем, обвязочные трубопроводы с запорной и дозирующей арматурой, блок подачи эмульсии к горелкам и теплообменник, отличающееся тем, что
оно содержит дополнительный теплообменник, насосный блок выполнен в виде низкочастотного звукового
эмульгатора, при этом теплообменники размещены в магистрали выбрасываемых газов для подогрева горючего и воды, соответственно входы которых через обвязочные трубопроводы соединены с дозирующей и запорной арматурой, а выходы - со входом низкочастотного звукового эмульгатора, на выходе которого
установлен высокочастотный ультразвуковой эмульгатор, параллельно подключенный к гидроаккумулирующей накопительной емкости и через дозирующую арматуру связанный с горелками топливосжигающих
установок.
BY 3009 C1
(56)
1. SU 663964 A1, МПК2 F23D 5/06, 1979.
2. BY 950217 A, МПК6 F23D 10/12, 1995 (прототип).
Изобретение относится к теплоэнергетическим установкам и предназначено для подготовки, подачи и
сжигания жидких горючих в камерах сгорания стационарных газотурбинных двигателей, топках паровых
котлов и других различных топливосжигающих установках.
Известны различные способы и устройства сжигания жидких горючих. Наиболее близким к предлагаемому является способ сжигания жидкого горючего путем его распыливания в виде подогретой до 90-100 °С,
предварительно получаемой с помощью диcпергирующего устройства подогретых до 50-100 °С и ранее
смешанных мазута и умягченной воды, мелкодисперсной смеси (эмульсии) c дальнейшим ее воспламенением в потоке воздуха и устройство для подготовки, подачи и сжигания жидкого горючего, содержащее мерный сосуд, накопительную емкость, теплообменник, насосный блок с гидродинамическим ультразвуковым
излучателем (диспергатором), обвязочные трубопроводы с запорно-регулировочной арматурой, блок управления с измерителями уровня в мерном сосуде и накопительной емкости и блоком подачи полученной смеси
(эмульсии) к горелкам топочных устройств [1].
Недостаток данного способа и устройства для сжигания жидкого горючего заключается в том, что предварительное смешивание подогретых до 50-100 °C горючего и воды приводит к немедленному разделению
их на фракции (горючее и воду). Так как плотность воды больше плотности жидких горючих, то в процессе
приготовления смеси в ультразвуковом эмульгаторе вначале активируется вода, а затем происходит ее смешивание c жидким горючим c последующим постепенным связыванием последней в ультразвуковом поле,
что снижает эффект активации воды и полноту ее связывания c горючим, тем самым ухудшается дисперсность смеси (эмульсии), требуется увеличение энергетических затрат и времени обработки перед воспламенением в потоке воздуха.
Известны также способ сжигания жидкого горючего путем его смешивания с водой и воздухом в ультразвуковом поле и устройство для сжигания жидкого горючего, содержащее камеру, снаружи заключенную в
водяную рубашку и по ходу движения горючего снабженную последовательно установленным эжектором,
подключенным в узком сечении через каналы в наружной стенке кольцевой камеры к водяной рубашке, и
кольцевыми парами, образующими ступенчатый ультразвуковой эмульгатор, причем в кольцевом сопле дополнительно установлена разделительная обечайка, образующая со стержнем внутреннее, а со стенкой трубы - внешнее сопла, к последнему из которых подключены выпускные отверстия камеры [2].
Недостатком данного способа и устройства его реализации, как показали экспериментальные исследования, хотя и обеспечивают достаточно дисперсное распыливание, однако пригодны лишь в диапазоне небольших расходов горючего и маловязких горючих, поскольку кратковременное пребывание жидкого
горючего в поле ультразвуковых колебаний при больших расходах не позволяет ультразвуковым колебаниям
произвести достаточно дисперсное смешение воды с горючим и последующее распыливание полученной
эмульсии в зоне горения. Кроме того, способ не применим без переоборудования серийно выпускаемых камер сгорания стационарных газотурбинных двигателей, топок паровых котлов и других различных топливосжигающих установок. Для его применения необходима замена штатных форсунок и горелок на
устройства, реализующее указанный способ, что потребует значительных затрат.
Задачей изобретения является обеспечение высокой полноты сгорания горючего при малом содержании
окислов азота и не требующих доработок форсунок и горелок на серийных образцах топливосжигающих установок.
Решение указанной задачи достигается тем, что нагрев горючего и умягченной воды осуществляется до
50-90 °С бросовым теплом, а горючее и умягченную воду подвергают ступенчатому эмульгированию вначале в низкочастотном звуковом поле, затем в высокочастотном ультразвуковом поле, после чего полученную
коллоидную смесь одновременно накапливают в гидроаккумулирующей накопительной емкости и подают в
зону горения распыляя, а устройство для сжигания жидкого горючего содержит дополнительный теплообменник, насосный блок выполнен в виде низкочастотного звукового эмульгатора, при этом теплообменники
размещены в магистрали выбрасываемых газов для подогрева горючего и воды, соответственно входы которых через обвязочные трубопроводы соединены с дозирующей и запорной арматурой, а выходы - со входом
низкочастотного звукового эмульгатора, на выходе которого установлен высокочастотный ультразвуковой
эмульгатор, параллельно подключенный к гидроаккумулирующей накопительной емкости и через дозирующую арматуру связанный с горелками топливосжигающих установок.
На чертеже представлена схема устройства для реализации предлагаемого способа сжигания жидкого горючего.
Устройство содержит установленные в магистрали выхлопа продуктов сгорания 1, теплообменники 2 и 3
соответственно воды и горючего, подключенные с одной стороны через регуляторы расхода 4 и 5 и запорные вентили 6 и 7 соответственно к источникам подачи воды и горючего, а с другой стороны, по ходу дви-
BY 3009 C1
жения воды и горючего, к низкочастотному эмульгатору 8, на выход которого установлен высокочастотный
гидродинамический ультразвуковой эмульгатор 9, состыкованный параллельно с накопительной гидроаккумулирующей емкостью 10, и через дроссельный кран 11 к горелкам 12 камеры сгорания 13.
Теплообменники 2 и 3 предназначены для подогрева в магистрали выхлопа 1 отходящими газами соответственно воды и горючего до температуры 50-90 °С.
Регуляторы расхода 4 и 5 служат для обеспечения подачи воды и горючего в соотношении соответственно воды до 27 вес. % и горючего до 73 вес. % в низкочастотный эмульгатор 8.
В качестве низкочастотного эмульгатора 8 может быть использован, например, центробежный или шестеренчатый насос, который способен осуществлять только грубое диспергирование воды и ее небольшую
кратность в горючем и одновременно обеспечивать подачу и устойчивую работоспособность высокочастотного эмульгатора 9 и подачу полученной в нем коллоидной смеси в гидроаккумулирующую накопительную
емкость 10 и к дроссельному крану 11.
Высокочастотный эмульгатор 9 предназначен для получения заданной концентрации стабильной коллоидной смеси горючего с водой, в качестве которого может быть использован гидродинамический ультразвуковой излучатель, генерирующий колебания с частотой до десятков килогерц (10-40 кГц), побудителем
работы которого является поток горючеводной эмульсии из низкочастотного эмульгатора 8.
Гидроаккумулирующая накопительная емкость служит для накопления коллоидной смеси горючего с водой и гашения колебаний при ее подаче к дроссельному крану 11 и горелке 12.
Горелка 12 предназначена для распыливания полученной коллоидной смеси горючего с водой в камере
сгорания 13. В качестве горелки 12 использована стандартная (штатная) горелка камеры сгорания 13 без доработок последней.
Обвязывающие трубопроводы, начиная с выхода теплообменников 2 и 3, низкочастотный и высокочастотный эмульгатор соответственно 8 и 9, гидроаккумулирующая накопительная емкость 10, дроссельный
кран 11 покрыты снаружи теплоизоляцией.
Устройство работает следующим образом.
Подготовительные работы включают: подается управляющее давление воздуха потребного давления, и
через обратный клапан 14 заправляется воздушная камера гидроаккумулирующей накопительной емкости
10. Контроль за заполнением управляющих давлением воздушной камеры осуществляется по манометру 15;
после заполнения воздухом воздушной камеры гидроаккумулирующей накопительной емкости 10 из не показанного на чертеже хранилища горючего подкачивающим насосом подается горючее к запорному вентилю
7; из не показанного на чертеже хранилища умягченная вода подкачивающим насосом подается к запорному
вентилю 6; регуляторы расхода 4 и 5 настраиваются так, чтобы обеспечить подачу на вход низкочастотному
эмульгатору 8 горючее и воду в заданном соотношении.
После подготовительных работ открывается запорный вентиль 7, и горючее через регулятор расхода 5,
теплообменник 3, низкочастотный эмульгатор 8, высокочастотный эмульгатор 9 подается одновременно к
дроссельному крану 11 и в гидроаккумулирующую накопительную емкость 10. По мере зарядки гидроаккумулирующей накопительной емкости 10 горючим, контроль за которой производится по манометру 15,
включается подача воздуха в камеру сгорания 13, открывается дроссельный кран 11 и производится воспламенение горючевоздушной смеси. Давление подаваемого горючего перед горелкой 12 контролируется по
манометру 16.
При достижении температуры в магистрали выхлопа 1 130-150 °С включается в работу низкочастотный
эмульгатор 8, привод которого осуществляется электродвигателем 17, открывается запорный вентиль 6, и
вода через регулятор расхода 4 подается в теплообменник 2, в котором подогревается отработанными газами
до температуры 50-90 °С. Одновременно в теплообменнике 3 также происходит подогрев до температуры
50-90 °С и горючего. Контроль температуры в магистрали выхлопа 1 осуществляется по указателю температуры 18.
Подогретые горючее и вода поступают в низкочастотный эмульгатор 8, в котором происходит их диспергирование до степени дисперсности 1 105см-1. Контроль за работой низкочастотного эмульгатора 8 осуществляется по манометру 19.
Полученная грубодисперсная эмульсия воды в мазуте из низкочастотного эмульгатора 8 подается в ультразвуковой гидродинамический излучатель 9, в котором под воздействием ультразвукового поля дисперсность эмульсии доводится до коллоидного состояния со степенью дисперсности 105-107см-1 и подается
одновременно к дроссельному крану 11 и в гидроаккумулирующую накопительную емкость 10, далее к горелке 12, и камера сгорания 13 переводится на режим работы на коллоидной смеси горючего с водой.
Гидроаккумулирующая накопительная емкость 10, выполняя одновременно роль аккумулятора давления,
гасит возникающие в магистрали подачи, пульсирующие давления смеси перед горелкой 12.
Излишки горючего и воды из регуляторов расхода соответственно 5 и 4 отводятся в соответствующие
емкости хранения, не показанные на чертеже.
Распыленная горелкой 12 в камере сгорания 13 горючая смесь, состоящая из капель и паров жидкого горючего и воды, газообразных углеводородов и воздуха, продвигаясь от горелки по направлению ее оси, на-
BY 3009 C1
гревается от лучеиспускания горящего факела и от соприкосновения с горячими продуктами горения. При
достижении горючей смесью температуры воспламенения она загорается.
Реальная ситуация горения полученной смеси следующая. Вначале происходит превращение органических молекул в неорганические, а затем последние, взаимодействуя с кислородом окружающей атмосферы и
парами воды, выделяют достаточно большое количество тепла. Такой последовательный механизм горения
полученной смеси определяет тот факт, что газовое пламя состоит из трех частей: внутреннего конуса, зоны
коптящего пламени в виде светящегося светло-желтого конуса, окружающего внутренний конус, и внешней
зоны. Во внутреннем конусе, образующемся непосредственно у выхода из горелки, идет процесс превращения органических молекул в неорганические с поглощением энергии, а в зоне коптящего пламени наружный
воздух поступает в недостаточном количестве и плохо перемешивается с газообразными продуктами горения, поэтому под влиянием высокой температуры более сложные углеводородные газы превращаются в менее сложные углеводороды (образуются активные центры - это радикалы ОН и атомарный водород), при
этом выделяются раскаленные светящиеся частички свободного углерода, т.е. идут реакции с образованием
активных центров, а затем, когда концентрации горючих газов и окислителя снижаются, формирование активных центров прекращается.
Во внешней зоне, представляющей собой наружную оболочку факела, где происходит процесс взаимного
уничтожения активных центров с образованием конечных продуктов реакции и выделением основного количества энергии горения. Эти реакции имеют следующий вид:
СО + ОН ----------СО2
+ Н;
Н + О2 ------------ОН
+ О;
СО + 1/2 О2 ------СО2
+ 283,0 кДж/моль;
Н2. + 1/2 О2 ------Н20
+ 241,8 кДж/моль;
С + 1/2 О2 --------СО
+ 110,5 кДж/моль;
С + О2 ------------СО2
+ 393,5 кДж/моль;
С + Н2О -----------CO
+ H2 - 131,4 кДж/моль;
½ N2 + 1/2 O2 ----NO
- 90,4 кДж/моль;
S + H2 --------------H2S
- 20,9 кДж/моль;
H2S + 3/2 O2 ------H2O
+ SO2 + 538 кДж/моль.
В связи с возникающим значительным недостатком кислорода (израсходованным на дожигание окиси углерода и водорода, полученных в результате газификации части углерода и коксовых остатков) в факеле
снижается также и образование серного ангидрида при сжигании сернистых горючих.
Оксид натрия, находящийся в факеле в газообразном состоянии, связывается избытком паров воды по
уравнение:
Na2O + Н2О = 2NaOH,
в результате образующийся гидрооксид натрия, взаимодействуя о углекислым газом по уравнению:
2NaOH + СО2 = Na2СO3 + H2O,
образует карбонат натрия. Аналогично этому связывается пятиокись ванадия гидрооксидом натрия по
уравнению:
V2O5 + 2NaOH = 2NaVО3 + Н2О.
Полученные карбонат и ванадат натрия выбрасываются с отходящими газами в атмосферу.
По мере снижения температуры отходящих газов ниже 100 °С происходит гидролиз карбоната натрия по
уравнению:
Na2CO3 + Н2О ↔ NaHCO3 + NаОН.
При этом образующиеся при горении полученной смеси двуокись азота и трехокись серы вступают во
взаимодействие с гидрооксидом натрия с образованием смеси солей азотной, азотистой и серной кислот по
уравнениям:
2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O;
SO3 + Н2О = H2S04;
Н2SО4 + 2NaOH = H2O + Na2S04,
тем самым снижается совместный эффект коррозионного воздействия пятиокиси ванадия, окиси натрия,
окислов азота и серы примерно в 3 - 4 раза на элементы проточной части горелочно-топочных аппаратов.
Предлагаемый способ сжигания жидкого горючего и его устройство осуществления позволяет увеличить
полноту его сгорания, использовать воду в качестве присадки в топлива и тем самым экономить до 27 % (по
весу) углеводородное горючее, в несколько раз уменьшить скорость коррозии, резко снизить золовые заносы
поверхностей нагрева, значительно снизить образование окислов азота (в 3 - 4 раза), повысить к.п.д. горелочно-топочных аппаратов и не требует замены штатных форсунок и горелок на устройства, реализующие
указанный способ.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
166 Кб
Теги
by3009, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа