Спосіб спалювання газоподібного палива

Спосіб спалювання газоподібного палива, який включає окрему подачу палива до пальника, на область факела якого накладено поле акустичних коливань, подачу повітря через тракти подачі первинного і вторинного повітря та введення баластної речовини в тракт подачі первинного повітря, який відрізняється тим, що як баластну речовину використовують продукти згоряння, частину яких подають через регулювальні клапани в тракт подачі вторинного повітря, а поле акустичних коливань додатково накладають на зону контакту паливно-повітряної суміші з вторинним повітрям. Винахід стосується теплотехніки, зокрема котлів, печей, тепло-генераторів та пальників різноманітного призначення, що працюють на газоподібному паливі. Відомий спосіб спалювання вуглеводневого палива в пальнику, при якому вздовж зовнішньої поверхні пальника пропускають атмосферу, що не кородує, яку вибирають з групи речовин, яка містить водяну пару, СО 2, азот, чи їх суміш [1]. Недоліками відомого способу є наступні фактори. 1. Збільшення концентрації водяної пари в продуктах згоряння внаслідок її додавання. 2. Гальмування утворення СО2 і як наслідок збільшення концентрації CO. 3. Відсутність можливості гальмування утворення NOX крім прямого охолодження зони горіння. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, і яке обрано за прототип, є спосіб для спалювання вуглеводневого палива, що описаний в [2]. Спосіб спалювання вуглеводневого палива, який включає окрему подачу палива і повітря до пальника, переважну подачу палива в центральну область повітряного потоку та згоряння палива на периферії факела у режимі надлишку палива, який відрізняється тим, що в центральну область факела в якості баластної речовини подається пара і на цю область накладається поле акустичних коливань. Недоліками способу - прототипу є: 1. Накладання поля акустичних коливань лише на центральну область факела, в той час коли перемішування палива з повітрям є бажане і в зоні контакту паливно-повітряної суміші з вторинним повітрям. 2. Вибір в якості баластної речовини для центральної області факела пари, значна частина теплоти якої буде втрачена з викидними газами. Крім того, присутність пари гальмує утворення шкідливих речовин лише завдяки зменшенню температури без використання інших властивостей баластної речовини, наприклад хімічних. (19) UA (11) 84315 (13) C2 (21) a200608392 (22) 26.07.2006 (24) 10.10.2008 (46) 10.10.2008, Бюл.№ 19, 2008 р. (72) ХАЛАТОВ АРТЕМ АРТЕМОВИЧ, UA, КОВАЛЕНКО ГЛІБ ВАСИЛЬОВИЧ, U A, ХЛЄБНІКОВ ОЛЕГ ЄВГЕНОВИЧ, UA, КОБЗАР СЕРГІЙ ГРИГОРОВИЧ, UA (73) ІНСТИТУТ ТЕХНІЧНОЇ ТЕПЛОФІЗИКИ НАН УКРАЇНИ, U A (56) RU 2262039, F23C 11/00, F23D 11/34, 10.10.2005 RU 2249765, F23D 14/76, F23C 11/00, 10.04.2005 RU 2230984, F23C 11/04, 20.06.2004 GB 2394275, F23D 14/00, F23C 9/00, 21.04.2004 US 4373902, F23D 14/00, 15.02.1983 SU 1815496, F23D 14/00, 15.05.1993 3 84315 В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу спалювання газоподібного палива шля хом подачі частини баластної речовини продуктів згоряння в тракт подачі вторинного повітря та накладання акустичних коливань на зону контакту паливно-повітряної суміші з вторинним повітрям, в результаті чого гальмується утворення шкідливих речовин та покращується ступінь повноти згоряння палива. Поставлена задача вирішується тим, що в способі спалювання газоподібного палива, який включає окрему подачу палива до пальника, на область факела якого накладено поле акустичних коливань, подачу повітря через тракти подачі первинного і вторинного повітря, та введення баластної речовини в тракт подачі первинного повітря, згідно з винаходом в якості баластної речовини використовують продукти згоряння, частину яких подають через регулювальні клапани в тракт подачі вторинного повітря, а поле акустичних коливань додатково накладають на зону контакту паливно-повітряної суміші з вторинним повітрям. Спосіб з переліченими ознаками дозволяє покращити процес спалювання завдяки тому, що в зони горіння з використанням як первинного так і вторинного повітря подається регульована частина викидних газів. Маючи високу температуру, викидні гази підігрівають паливно-повітряну суміш, готову вступити в реакцію, чим забезпечують підвищення повноти згоряння. В порівнянні з прототипом перевага запропонованого способу полягає в тому, що не тільки відсутня необхідність втрати теплоти на підігрівання баластної речовини - пари, але й в тому що охолодження продуктів згоряння може бути здійснено до меншої температури без небезпеки викликати випадіння роси в викидних газах [3]. Крім того, введення в зону реакції одного з кінцевих продуктів - оксидів азоту, гальмує їх утворення згідно з принципом Ле Шательє [4]. На відміну від прототипу баластна речовина - продукти згоряння - підмішуються не тільки до первинного, але й до вторинного повітря, що гальмує утворення оксидів азоту і в цій, часто більш високотемпературній, зоні горіння. Всі відмінні ознаки запропонованого способу сприяють задачі вдосконалення процесу спалювання газоподібного палива шляхом підмішування частини продуктів згоряння до вторинного і первинного повітря для зменшення викидів оксидів азоту. Винахід, що заявляється, ілюструється кресленням (Фіг.1). Пристрій для реалізації запропонованого способу складається з корпусу 1, який обладнано підводами палива 2 та повітря первинного 3 та вторинного 4. В стінках камер подачі паливноповітряної суміші з первинним повітрям 5 та вторинного повітря 6 влаштовані заглиблення 7 і 8, які служать генераторами звукових коливань. Викидний газохід 9 з'єднано трубопроводом 10 з камерою подачі паливно-повітряної суміші з первинним 4 повітрям та камерою подачі вторинного повітря, в які за допомогою вентилятора 11 подається частина продуктів згоряння через регулювальні вентилі 12 та 13. Пристрій для реалізації запропонованого способу спалювання газоподібного палива працює наступним чином. В корпус 1 пристрою подають по окремим підводом газоподібне паливо по магістралі 2, первинне повітря по магістралі 3 і вторинне повітря по магістралі 4. Паливо і первинне повітря, перемішуючись, утворюють паливно-повітряну суміш, якість якої покращується внаслідок впливу на неї звукових коливань, які виникають при обтіканні первинним повітрям заглибин 7, влаштованих на стінках камери подачі паливно повітряної суміші з первинним повітрям 5. Суміш палива і первинного повітря, в якій як правило існує надлишок палива (в порівнянні з стехіометричним співвідношенням), підігрівається не тільки випромінюванням факела, але й конвекцією частини продуктів згоряння, які надходять в камеру через вентиль 13. Якісне перемішування, покращене впливом акустичного поля та попереднє нагрівання суміші призводять до рівномірного поля температур, без локальних зон перегріву, які є основною причиною утворення оксидів азоту. Крім того подача частини продуктів згоряння, в яких містяться оксиди азоту, гальмують утворення нових порцій. Подібні процеси відбуваються і в зоні подачі вторинного повітря 6, з тою різницею, що звукові коливання тут утворюються при обтіканні заглибин 8 вторинним повітрям, що подається по магістралі 4, а продукти згоряння вводяться в зону через вентиль 12. Було проведено математичне моделювання процесу спалювання природного газу з рециркуляцією частини продуктів згоряння в зони подачі первинного і вторинного повітря на пакеті прикладних програм PHOENICS. При цьому було досягнуто зменшення утворення оксидів азоту на 60%. Джерела інформації: 1. Патент РФ RU (11) 2249765 (13) С2, МКИ 7 F23 С 11/00, F 23 D 14/76, F 23 С 11/00. Способ сжигания углеводородного топлива в горелке. КРИСТЕНСЕН Томас Сандаль (DK), ПРИМДАЛЬ Ивар Иварсен (DK), ХОЛЬМ-КРИСТЕНСЕН Олаф (DK), КРИСТЕНСЕН Петер Сейер (DK). 2004114891/06; Заявл. 14.09.1999; Опубл. 10.04.2005// RU БИПМ. - 2005. - №10. 2. Заявка РФ на изобретение RU (21) 2003135466/06 (13) А, МКИ 7 F23 С 11/00, F 23 D 11/34. Способ сжигания углеводородного топлива и устройство для его реализации (Варианты). Корнилов В.Н., Абдрашитов А.А., Корнилов А.В. (RU) 2003135466/06; Заявл. 04.12.2003; Опубл. 27.05.2005//RU БИПМ. - 2005. - №15. 3. Внуков А.К. Теплохимические процессы в газовом тракте паровых котлов. - М.: Энергоиздат, 1981. - 296с. 4. Эммануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. - М.: Высшая школа, 1969. - 316с. 5 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 84315 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601