способ стабилизации факела в вихревом предтопке и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ стабилизации факела в вихревом предтопке, заключающийся в подаче жидкого топлива в закрученный поток окислителя, отличающийся тем, что в зоне основного закрученного потока окислителя с горящим топливом в рабочем объеме организуют по крайней мере один смежный вихрь из горящего топлива с окислителем, единичные объемы которого не перемещаются по отношению к рабочему объему предтопка.

2. Устройство для стабилизации факела в вихревом предтопке, содержащее корпус со стенками вихревого предтопка, тангенциальные сопла ввода воздуха, форсунку для подачи и распыления топлива, отличающееся тем, что внутренняя стенка корпуса снабжена по крайней мере одной стабилизирующей камерой.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что длина по крайней мере одной стабилизирующей камеры находится в пределах от 0,2 до 0,6 длины предтопка, ширина по крайней мере одной стабилизирующей камеры составляет 0,125-0,2 диаметра предтопка, а высотам по крайней мере одной стабилизирующей камеры составляет 1-1,5 ее ширины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной и черной металлургии, в частности к способам сжигания топлива. Может быть использовано в горном деле, энергетике, производстве строительных материалов.

Наиболее близким техническим решением является способ сжигания топлива в вихревой горелке, заключающийся в образовании двух продольных вихрей, вращающихся вдоль параллельных осей (1. Патент США N 3637336, МКИ F 23 D 15/00 прототип).

Известная вихревая горелка, выбранная в качестве прототипа заявляемого устройства, содержит цилиндрический корпус, кожух воздушного охлаждения, форсунку для ввода жидкого топлива, расположенную в районе глухого торца, тангенциальные сопла для ввода воздуха [1]

Недостатком известного способа и устройства заключается в том, что они не обеспечивают стабильность процесса горения в случае срыва факела при изменении давления в магистралях топлива или окислителя. Такая ситуация может привести либо к переносу зоны горения в технологическое устройство, либо к прекращению вообще процесса горения, что крайне нежелательно для введения основного технологического процесса.

Технической задачей изобретения является повышение эффекта стабилизации процесса горения за счет организации дополнительных вихрей в рабочем объеме вихревого предтопка.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе стабилизации факела в вихревом предтопке, включающем подачу жидкого топлива в закрученный поток окислителя, согласно изобретения, около основного закрученного потока окислителя с горящим топливом в рабочем объеме организуется один или несколько смежных вихрей из горящего топлива с окислителем, единичные объемы газа в которых не обладают возможностью поступательного движения относительно основного газового потока в рабочем объеме предтопка.

В устройстве для стабилизации факела при этом, содержащем корпус вихревого предтопка, тангенциальные сопла ввода воздуха, форсунку для подачи и распыления топлива, согласно изобретения, на внутренней стенке корпуса выполнена одна или несколько стабилизирующих камер. Оптимальные размеры длины стабилизирующей камеры l находятся в пределах 0,2-0,6 длины предтопка, оптимальная ширина стабилизирующей камеры d составляет 0,125^oC0,2 внутреннего диаметра предтопка, а высота стабилизирующей камеры составляет 1,0-1,5 ее ширины.

Именно заявленное размещение углублений с оптимальными размерами на внутренней стенке рабочего объема обеспечивает, согласно способу, генерацию в стабилизирующих камерах смежных дополнительных вихрей и тем самым достижение цели изобретения.

Заявляемые способ стабилизации факела в вихревых предтопках и устройство для его осуществления схематически изображены на фиг.1 и 2. На фиг.1 изображен общий вид устройства с подводящими патрубками.

Устройство для реализации предлагаемого способа стабилизации факела при горении состоит из цилиндрического корпуса 1, в который вмонтированы, тангенциально подведенные к внутренней поверхности корпуса, патрубки ввода окислителя 2, форсунки 3, для подачи и распыления топлива, магистралей подвода окислителя и топлива 4.

На внутренней поверхности корпуса имеются одна или несколько стабилизирующих камер 5, заглубленных во внутреннюю поверхность корпуса 1.

Устройство работает следующим образом. Через топливную магистраль 4, форсунку распыления 3 подается в рабочий объем предтопка топливо. Окислитель поступает в корпус предтопка 1 через тангенциальные сопла 2, разнесенные по длине корпуса предтопка и выполненные с возможностью генерации закрученного потока, в котором сгорает топливо.

На периферии закрученного потока, путем изготовления во внутренней стенке стабилизирующих камер 5, генерируются смежные вихри горящего топлива, которые не обладают возможностью поступательного движения.

Согласно заявляемому изобретению размеры стабилизирующих камер, размещенных на внутренней стенке корпуса предтопка, выполнены с определенным соотношением их величин к длине предтопка и его внутреннему диаметру: 0,2L l 0,6L; 0,125D a 0,2D; a h 1,5 a; где L длина предтопка, l длина стабилизирующей камеры, а ширина стабилизирующей камеры, D диаметр предтопка, h высота стабилизирующей камеры.

Превышение вышеуказанных верхних пределов приводит к тому, что смежные вихри образующиеся в стабилизирующих камерах с такими размерами возникать не будут, а снижение их ниже указанных пределов приводит к ослаблению энергоемкости смежных вихрей, что в конечном итоге приводит к угасанию факела в стабилизирующих камерах.

Пример конкретной реализации. Оптимальные размеры стабилизирующих камер были найдены экспериментальным путем на лабораторной установке циклонного предтопка со следующими габаритными размерами: внутренний диметр D_пр 40 мм, длина циклонно-вихревого предтопка L_пр 60 мм.

В ходе экспериментов изменялись размеры стабилизирующих камер, размещенных на внутренней стенке предтопка, при помощи специальных вставок. Исследовалось влияние длины l, ширины а и высоты h стабилизирующих камер на процесс стабилизации горения при срыве факела в предтопке. Срыв факела организовывался путем перекрытия магистрали топлива. Варьирование в ходе экспериментов осуществлялось безмерной длины стабилизирующей камеры l от 0,1 до 1, безразмерной ширины d от 0,1 до 0,25, безразмерной высоты h от 0,5 до 2.

Были проведены 3 серии экспериментов. Результаты экспериментов для каждого исследуемого размера углублений приведены в таблицах 1,2,3, где коэффициент стабильности факела.

Как видно из данных таблицы 1 оптимальная длина стабилизирующей камеры составляет от 0,2 до 0,6 длины вихревого предтопка. Если же длина углубления меньше 0,2 длины предтопка, то смежные вихри возникающие в таком углублении, не обладают достаточной энергоемкостью для розжига основного потока горящего топлива в предтопке.

При длине стабилизирующей камеры большей 0,6 длины предтопка будет происходить поступательное движение вихревого потока в стабилизирующей камере, а значит возрастает вероятность погасания факела в ней при срыве факела в предтопке.

Эксперименты по влиянию ширины стабилизирующей камеры на стабилизацию горения (табл. 2) показали, что оптимальная ширина А лежит в пределах от 0,125 до 0,2 внутреннего диаметра предтопка. В случае, когда ширина стабилизирующей камеры выбирается меньше 0,125 внутреннего диаметра предтопка, энергоемкость смежных вихрей в таком углублении будет недостаточной для розжига основного вихревого потока в предтопке. При выборе ширины углубления больше 0,2 внутреннего диаметра предтопка будет возникать общее вихревое течение в предтопке и стабилизирующей камере без смежного вращающегося вихря.

При исследовании зависимости высоты (табл.3) стабилизирующей камеры от ее ширины, экспериментально найдено, что при высоте стабилизирующей камеры меньше ее ширины, вероятность образования смежного вихря в камере резко снижается, а, следовательно, возрастает вероятность его исчезновения при срыве факела. При значениях высоты в 1,5 раза больше ширины стабилизирующей камеры не радиально возрастают конструктивные размеры предтопка и возникает инертный нерабочий объем, который приводит к охлаждению зоны стабилизирующей камеры, а значит возрастает вероятность погасания факела смежного вихря в камере.

Предлагаемый способ стабилизации факела при горении топлива и устройства для его осуществления могут быть реализованы на любом вихревом предтопке.

Использование предлагаемого способа стабилизации факела в вихревых предтопках и устройство для его осуществления обеспечивает по сравнению с существующими, стабилизацию режима работы при ведении технологического процесса и позволяет за счет этого повысить КПД всей технологической системы.