Способ интенсификации и управления пламенем

Авторы патента:

F23C99/00 - Устройства для сжигания жидкого, газообразного и пылевидного топлива (устройства для сжигания твердого топлива F23B; горелки, форсунки F23D, конструктивные элементы камер сгорания, не отнесенные к другим подклассам F23M; камеры сгорания для получения продуктов сгорания высокого давления или высокой скорости F23R)

Владельцы патента RU 2694268:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет" (ННГАСУ) (RU)

Изобретение относится к области энергетики. Способ интенсификации и управления пламенем путем подачи в зону горения топливно-окислительной смеси газообразных углеводородных топлив под действием внешнего электрического поля постоянной отрицательной напряженности заключается в том, что первый электрод устанавливают вокруг среза горелки, второй - на противоположной стенке котла и электроды имеют форму кольца из тугоплавких материалов, благодаря чему электрическое поле постоянной отрицательной напряженности до 150 кВ/м генерируется между кольцевыми электродами, расположенными по ходу движения топливно-воздушной смеси, и воздействует на частоту столкновения частиц, тем самым влияя на скорость прохождения реакции. Изобретение позволяет увеличить скорость горения, повысить жаропроизводительность, снизить избыток воздуха в топке, снизить вредные выбросы СО и NO_x. 1 ил.

Изобретение относится к технологиям сжигания газообразного углеводородного топлива в топке котлов, под действием внешнего электрического поля постоянной отрицательной напряженности. Способ интенсификации и управления пламенем при горении топлива в котлах включает увеличение скорости горения, повышение жаропроизводительности, снижение избытка воздуха в топке, увеличение скорости нарастания температуры смеси, снижение вредных выбросов СО и NO_x и повышение мощности котла.

Способ заключается в воздействии внешнего электрического поля постоянной отрицательной напряженности на факел пламени в топке с внедрением в топку кольцевых электродов. Внедрение электродов возможно в уже существующие котельные установки, без существенной реконструкции котла. Способ основан на повышении частоты столкновений и сокращении длинны свободного пробега молекул.

Изобретение относится к способам сжигания для получения теплоты и может быть использовано в системах сжигания газообразного углеводородного топлива, применяемых в широком спектре отраслей промышленности (обжиг, плавка, пирометаллургия и т.п.), коммунальном хозяйстве (сжигание отходов, бойлерные и т.п.), энергетике (различные виды двигателей внутреннего сгорания, теплоэнергетические установки и т.п.) и т.д. для получения работы и/или получения энергии.

Из уровня техники известен способ улучшения сжигания в условиях внешнего электрического поля - патент RU №2663969 «Способ интенсификации процесса горения топлива» и, взятый за прототип, патент RU №2125682 «Способ интенсификации и управления пламенем».

Известные способы обладают универсальностью по топливу - твердое, жидкое и газообразное и по агрегатному состоянию каталитической добавки, но имеют свои недостатки. А именно - обладают сложным расположением электродов применительно к реальным топкам котлоагрегатов, так как воздействие идет высокой напряженности для пламени и вероятно происходит в пробойном состоянии. Так же данные способы не учитывают различия воздействия электрических полей различной напряженности. И воздействие идет при помощи поля напряженностью свыше 2 кВ/см, что сложно реализовать для высокоионизированных факелов углеводородных топлив.

Целью изобретения является устранение данных недостатков.

В предложенном способе горение топливно-воздушной смеси происходит в несколько этапов. На первом этапе происходит нагрев холодной смеси до температуры самовоспламенения. Проходя температуру самовоспламенения начинается экзотермическая реакция горения с переходом вещества из газообразного состояние в состояние высокоионизированной квазинейтральной плазмы с высокой концентрацией заряженных частиц. Достигая температуры жаропроизводительности смеси, вещество переходит в газообразное состояние дымовых газов.

Характеристики жаропроизводительности, скорости фронта факела и его длины зависят от скорости прохождения реакции. Скорость реакции между молекулами, соответствующими максвелловскому распределению зависит от частоты столкновения частиц:

Внешне электрическое поле будет воздействовать силой F на заряженные частицы плазмы (1) и молекулы имеющие дипольный момент в ходе реакции (2), изменяя вектор скорости движения частиц и снижая длину свободного пробега.

Технический результат данного способа - увеличение скорости окисления топлива, повышение жаропроизводительности, увеличение скорости нарастания температуры окисления, более полное сгорание топлива, снижение избытка воздуха в топке с сохранением полноты сгорания топлива, снижение вредных выбросов СО и NO_x вплоть до нижнего порога обнаружения газоанализатора.

Способ пояснен на примере схемы - Фиг. 1. Предлагается следующая схема расположения электродов в топке котла, где 1 - электрод с зарядом, 2 - направление движения топливной смеси, 3 - корпус горелки, 4 - дальний заземленный электрод, 5 - факел пламени.

Способ реализуется следующим образом:

Воздействие на форму и скорость реакции производится подачей напряжения отрицательного потенциала на электрод 1 расположенный близ плоскости среза горелок и заземления электрода 4. Так же возможна подача отрицательного электрического потенциала на электрод 4 с заземлением электрода 1. Выбор электрода под напряжением выбирается опытным путем на разной нагрузке котла.

Воздействие на экологические характеристики котла, а именно на концентрацию СО и NO_x в дымовых газах производится подачей отрицательного потенциала на дальний заземленный электрод 4, расположенный на дальней стенке топки котла, либо на расстоянии от этой стенки в сторону горелки, с подбором оптимального диаметра и расстояния между электродами опытным путем в зависимости от конфигурации факела пламени и геометрических характеристик топки котла.

Под действием силы на заряд, происходит увеличение скорости частицы в направлении совпадающим с вектором силовых линий электрического поля постоянной отрицательной напряженности, и ее снижение в направлении перпендикулярном линиям действия силы, тем самым ограничивая свободу движения частиц имеющих заряд в направлении перпендикулярном силовым линиям электрического поля постоянной отрицательной напряженности. Частота столкновения заряженных частиц повышается, ввиду снижения сечения столкновений, так как свободное перемещение частиц пламени факела горелки 6 происходит с ограничением в направлении перпендикулярном силовым линиям поля. Поле воздействуя торможением на заряженную частицу в плоскости перпендикулярной силовым линиям будет вызывать тормозное излучение, повышая светимость факела пламени 5, в том числе в ИК диапазоне, что приведет к повышению теплопередачи в топке.

Настройка системы ведется по анализу дымовых газов. Напряженность электрического поля для снижение вредных примесей в дымовых газах, напряжение на втором электроде подбирают опытным путем. Повышение температуры происходит при максимуме прикладываемого допробойного напряжения на электрод с зарядом 1. Сокращение длины факела пламени 5 контролировать по смотровым окнам.

Увеличение длины факела пламени горелки 5 возможно при подаче отрицательного потенциала на дальний заземленный электрод 4, что поднимет эффективность работы котлоагрегата в режимах работы ниже номинального, ввиду более равномерного заполнения факелом топочного объема.

Таким образом, предложенный способ интенсификации и управления пламенем позволяет существенно увеличить скорость окисления топлива, повысить жаропроизводительность, увеличить скорость нарастания температуры окисления, снизить избыток воздуха в топке с сохранением полноты сгорания топлива, снизить вредные выбросы СО и NOx вплоть до нижнего порога обнаружения газоанализатора.

Способ интенсификации и управления пламенем путем подачи в зону горения топливно-окислительной смеси газообразных углеводородных топлив под действием внешнего электрического поля постоянной отрицательной напряженности, отличающийся тем, что первый электрод устанавливают вокруг среза горелки, второй - на противоположной стенке котла и электроды имеют форму кольца из тугоплавких материалов, благодаря чему электрическое поле постоянной отрицательной напряженности до 150 кВ/м генерируется между кольцевыми электродами, расположенными по ходу движения топливно-воздушной смеси, и воздействует на частоту столкновения частиц, тем самым влияя на скорость прохождения реакции.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно системе автоматического регулирования процесса горения в силовой установке для сжигания древесных отходов и торфа с активным котлом-утилизатором высокотемпературного кипящего слоя с воздухоподогревателем.

Инвертная пылегазовая призматическая топка // 2693281

Изобретение относится к области тепловой энергетики и может быть использовано на паровых котлах ТЭС. Пылегазовая призматическая топка содержит экранированные вертикальные стены, верхнее торцевое ограждение и скаты холодной воронки, пылеугольные горелки, а также воздушные сопла, установленные на двух больших стенах и направленные тангенциально к поверхностям условных тел вращения.

Система автоматического регулирования процесса горения котла малой мощности с низкотемпературным кипящим слоем и способ ее работы // 2692854

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к системе автоматического регулирования процесса горения котла малой мощности с низкотемпературным кипящим слоем, а именно для котлов с рециркуляцией уходящих газов.

Способ сжигания углеводородов в потоке ионизированного воздуха // 2687544

Изобретение относится к области энергетики. Способ сжигания углеводородов в потоке ионизированного воздуха заключается в том, что осуществляют сжигание топлива, дутье воздуха и его ионизацию, сгорание жидкого и твердого топлива классом 0,01-1,5 мм, влажностью и зольностью до 50% осуществляют в камере сгорания с принудительным дутьем в зону горения проточным вентилятором, при этом перед подачей воздуха в камеру сгорания его ионизируют высокочастотным электромагнитным полем, переводя кислород воздушной смеси из триплетного состояния в синглетное.

Теплохимический генератор // 2679770

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в теплогенерирующих установках, работающих на природном газе. Техническим результатом является увеличение эффективности и уменьшение загрязнения окружающей атмосферы путем утилизации вредных газообразных выбросов.

Способ воспламенения водоугольного топлива // 2679071

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для воспламенения водоугольного топлива. Способ воспламенения водоугольного топлива, заключающийся в том, что создают электроразрядную зону, подают воздушный поток в электроразрядную зону, ионизируют воздушный поток, получают ионизированный воздушный поток, подают ионизированный воздушный поток в зону воспламенения водоугольного топлива, подают водоугольное топливо в зону воспламенения водоугольного топлива, осуществляют нагревание поступивших ионизированного воздушного потока и водоугольного топлива в зону воспламенения водоугольного топлива и воспламеняют водоугольное топливо.

Способ сжигания с низким выбросом nox // 2679069

Изобретение относится к области энергетики. Способ сжигания в печи включает сжигание топлива в печи для образования газообразных продуктов горения, содержащих NOx, и поочередное пропускание газообразных продуктов горения, содержащих NOx, из печи в охлажденный первый регенератор и через него для нагрева первого регенератора и охлаждения указанных газообразных продуктов горения, пропускание первой части указанных охлажденных газообразных продуктов горения из указанного первого регенератора и топлива в нагретый второй регенератор, проведение во втором регенераторе эндотермической реакции газообразных продуктов горения и топлива для восстановления NOx в указанных газообразных продуктах горения до азота и для образования синтетического газа, содержащего водород, CO и указанный азот, пропускание указанного синтетического газа из второго регенератора в печь и сжигание его в этой печи с одновременным пропусканием оставшейся части указанных газообразных продуктов горения из указанного первого регенератора в выпускную трубу, и пропускание газообразных продуктов горения, содержащих NOx, из печи в охлажденный второй регенератор и через него для нагрева второго регенератора и охлаждения указанных газообразных продуктов горения, пропускание первой части указанных охлажденных газообразных продуктов горения из указанного второго регенератора и топлива в нагретый первый регенератор, проведение в первом регенераторе эндотермической реакции газообразных продуктов горения и топлива для восстановления NOх в указанных газообразных продуктах горения до азота и для образования синтетического газа, содержащего водород, CO и указанный азот, пропускание указанного синтетического газа из первого регенератора в печь и сжигание его в этой печи с одновременным пропусканием оставшейся части указанных газообразных продуктов горения из указанного второго регенератора в выпускную трубу.

Способ и установка для сжигания посредством химических циклов окисления-восстановления с контролем теплообмена // 2678862

Изобретение относится к области энергетики. Способ сжигания углеводородного сырья (13) посредством химического цикла окисления-восстановления заключается в том, что редокс-активная масса в виде частиц циркулирует между зоной окисления (200) и зоной восстановления (210), образуя контур, причем углеводородное сырье (13) сжигают, приводя в контакт с частицами редокс-активной массы в зоне восстановления (210); частицы редокс-активной массы, выходящие из зоны восстановления (210), окисляют, приводя в контакт с потоком окислительного газа (11) в зоне окисления (200); частицы подают в по меньшей мере один теплообменник (E1), находящийся на линии переноса частиц (15, 16, 17, 18) между зоной восстановления (210) и зоной окисления (200), и сжижающий газ направляют в указанный теплообменник, чтобы создать плотный псевдоожиженный слой, содержащий частицы активной массы, причем указанный теплообменник имеет поверхность теплообмена в контакте с псевдоожиженным слоем; рекуперацию тепла в по меньшей мере одном теплообменнике (E1) регулируют, изменяя уровень псевдоожиженного слоя путем контролируемого создания спада давления на отводе сжижающего газа, расположенном в верхней части теплообменника, причем созданный спад давления компенсируется изменением уровня слоя частиц активной массы в коллекторной зоне, находящейся на контуре частиц в химическом цикле.

Горелочное устройство // 2678150

Изобретение относится к теплоэнергетике. Горелочное устройство содержит корпус, камеру газогенерации с соплом и воздухоподводящими отверстиями, встроенный парогенератор водяного пара, состоящий из бачка-испарителя, паропровода и паровой форсунки, размещенной в камере газогенерации соосно с соплом, а также содержит установленный в корпусе тепловой электрический нагреватель, над которым установлен бачок-испаритель, а сверху бачка-испарителя установлена камера газогенерации.

Способ каталитического сжигания газообразных топлив и устройство для его осуществления // 2674231

Изобретение относится к области химии, а именно к способу экологически чистого каталитического сжигания газообразных топлив в системах автономного отопления и в теплоэнергетике.