Спосіб спалювання палива

Изобретение относится к процессам сжигания газообразного топлива и может найти применение для нагрева металла в нагревательных печах. Известен способ сжигания газообразного топлива по а.с. СССР №706649, кл. F23C5/28, при котором топливо и воздух подают встречными потоками, расстояние между истоками которых в 6 - 10 раз превышает диаметр начального участка Струи воздуха, при этом отношение скорости подачи топлива к скорости подачи воздуха составляет 0,01 - 1,5 при сумме абсолютных значений упомянутых скоростей, равной 1 - 40м/с. Известен также способ сжигания жидкого или газообразного топлива по а.с. СССР №314968, кл. F23C5/28 путем соударения потоков соответственно топливовоздушной смеси и встречно направленного вторичного воздуха, в котором в качестве вторичного воздуха используют не менее 10% общего воздуха, подаваемого на горение со скоростью не менее 25м/с при диаметре потока топливовоздушной смеси у корня факела, в 6 - 10 раз меньшем расстояния между истоками встречных потоков. Наиболее близким является способ сжигания топлива в топочной камере по а.с. СССР №595587, кл. F23C5/28, при котором топливо и воздух подают встречными потоками, причем воздушный поток направлен под углом к нагреваемой поверхности, а топливный параллельно ей, потоки размещены на определенном расстоянии между собой, стенками и основанием камеры. В данных способах сжигания, как в прототипе, так и в аналогах, обеспечивается интенсификация тепло- и массообменных процессов и горения за счет увеличения степени турбулентности, укрупнения размеров турбулентных ви хрей, что приводит к улучшению смесеобразования в зоне горения. Это, в свою очередь, способствует росту максимальных температур в указанной зоне, и, как следствие, возрастанию концентрации оксидов азота образующихся при горении, что в значительной степени ухудшает экологические показатели процесса горения. В основу изобретения поставлена задача разработать способ сжигания, в котором за счет изменения условий осуществления действий и режимных параметров обеспечивается снижение раздельно, встречно и с различных уровней увеличивается длина участков свободных струй (до взаимодействия), возрастает объем эжектируемой продуктами сгорания окружающей среды, т.е. усиливается рециркуляция продуктов сгорания. Этот процесс характеризуется степенью рециркуляции равной где - суммарная масса топливовоздушной смеси и эжектируемых продуктов сгорания; смеси; смеси. При - масса воздуха в топливовоздушной - масса топлива в топливовоздушной определенных условия х, т.е. при и температуре процесса, превышающей температуру самовоспламенения смеси (примерно 800°C), наступает режим окисления без пламени. Он характеризуется предельным разбавлением топливовоздушной смеси продуктами сгорания, при котором возможна реакция горения. Достижению необходимой для этого режима степени смешения топливовоздушной смеси с продуктами сгорания, а следовательно, и полноты сгорания, способствует, создание развитых крупномасштабных турбулентных ви хрей, которое обеспечивается указанным расположение подводимых топливного и воздушного потоков. Режим окисления без пламени характеризуется отсутствием видимого пламени и снижением пика максимальных температур примерно на 400°C. Т.к. концентрация изменяется приблизительно на порядок при изменении температуры на 200°C, то, исходя из того, что в обычном пламени обнаруживаются концентрации оксидов азота 20 - 15000мг/м 3, можно добиться снижения образования до 10мг/м 3, что, в итоге, существенно повысит экологичность процесса сжигания. При изменении углов наклона подводимых концентрации что в итоге приведет к повышению экологичности процесса сжигания. Для решения поставленной задачи в способе сжигания топлива, содержащем подачу топлива и воздуха встречными потоками и на определенном расстоянии между собой, с подачей воздушного потока под углом к нагреваемой поверхности в соответствии с изобретением, поток топлива подают под углом 345 - 360°, а воздушный поток 165 - 180° к нагреваемой поверхности и с различных уровней по отношению к основанию рабочего пространства, определяемых из соотношения: потоков воздуха и топлива соответственно менее 165 и 345° резко ухудшается смешение потоков, снижается их кинетическая энергия за счет взаимодействия с поверхностью стенок и нагреваемого тела. Это приводит к замедлению самого процесса горения, ухудшению теплообмена между горящей топливовоздушной смесью и нагреваемым телом, снижению полноты сгорания топлива. Если же углы подачи воздуха и топлива меняются соответственно более 180 и 360°, то за счет сокращения длины участка свободных струй уменьшается рециркуляция продуктов сгорания, горение перестает быть беспламенным, максимальная температура горения повышается, что приводит к росту концентрации образующихся где - уровень подачи воздушного потока, м; - уровень подачи топливного потока, м. Суть изобретения и обоснование нового технического свойства поясняется чертежом (фиг.), где представлена схема расположения потоков в рабочем пространстве. При подаче потоков топлива и воздуха в зоне горения Аналогичные явления происходят и при малом разнесении потоков. Увеличение же разнесения приводит к ухудшению смесеобразования, замедлению процесса горения, возрастанию неполноты сгорания топлива. Кроме того, за счет подачи топлива под углом к нагреваемой поверхности вокруг нее создается газовая среда с низкими окислительными свойствами, зависящими от химического состава газа. Их можно охарактеризовать коэффициентом окисленности равным где - количество кислорода соответственно в компонентах данной газовой среды и необходимое для их полного окисления. Значение соответствуе т продуктам горения, состоящим из и при таком составе газовой среды окисления нагреваемого материала не происходит. Таким образом, создание в газовой атмосфере, окружающей нагреваемый материал, участков с значениями близкими к 0,5, позволит значительно снизить окисление материала. Пример. Способ сжигания осуществлялся в камерной нагревательной печи 1 размером 0,8 ´ 0,8 ´ 2, где происходил нагрев заготовки 2 толщиной 5мм из стали Ст.3. В качестве топлива использовался природный газ. Потоки топлива и воздуха подводились с уровней, определяемых по отношению к основанию рабочего пространства, и равных соответственно и Углы подачи топлива и воздуха составляли 345 и 165°. При этом температура рабочего пространства составляла 1000°C при отсутствии видимого пламени (см. чертеж). В процессе эксперимента изменяли уровни подвода и углы подачи топлива и воздуха. Отбор и анализ проб осуществляли при помощи газоанализатора ТЕСТО-33 фирмы ТЕСТО-ТЕРМ (ФРГ). Полученные данные представлены в таблице. Анализ вышеприведенных данных показывает, что осуществление способа с использованием режимных параметров в указанных пределах способствует уменьшению образования и тем самым существенному снижению токсичности дымовых газов и повышению экологичности сжигания.