RU2813936C1 - Coaxial stepped burner of flare combustion of fuel-air mixture - Google Patents
Coaxial stepped burner of flare combustion of fuel-air mixture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813936C1 RU2813936C1 RU2023107949A RU2023107949A RU2813936C1 RU 2813936 C1 RU2813936 C1 RU 2813936C1 RU 2023107949 A RU2023107949 A RU 2023107949A RU 2023107949 A RU2023107949 A RU 2023107949A RU 2813936 C1 RU2813936 C1 RU 2813936C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- oxidizer
- stage
- air
- reaction chamber
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 146
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 101
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 142
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 92
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 41
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 181
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 abstract description 8
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 49
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 36
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 35
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 description 11
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 10
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 3
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 2
- 102220488234 Uromodulin-like 1_F23D_mutation Human genes 0.000 description 2
- 230000035508 accumulation Effects 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007725 thermal activation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техникиField of technology
[1] Заявленное изобретение может применяться в отрасли топливной промышленности и энергетики и относится к области электротехники и машиностроения, а также к горелкам, предназначенным для розжига топливовоздушных смесей, в том числе из холодного состояния, например, для розжига угольной пылевоздушной смеси при безмазутном розжиге котлов ТЭЦ.[1] The claimed invention can be used in the fuel industry and energy sector and relates to the field of electrical engineering and mechanical engineering, as well as to burners designed for igniting fuel-air mixtures, including from a cold state, for example, for igniting a coal dust-air mixture during oil-free ignition of boilers CHP.
Уровень техникиState of the art
[2] Горелка представляет собой устройство, осуществляющее смешение частиц топлива и окислителя с последующими их воспламенением, сжиганием и перемещением факела в зону топочного пространства, где происходит сгорание топлива с выделением тепла. Полученная таким образом тепловая энергия идет на нагрев рабочей среды. Такие устройства находят применение во многих сферах человеческой деятельности, в числе которых химическая и металлургическая промышленность, энергетика, отопление, горячее водоснабжение и другие. Данная технология в том числе применяется для розжига котлов ТЭЦ. Использование высокореакционного мазута повышает стоимость эксплуатации топочного оборудования и экологическую нагрузку на среду, поэтому возникает потребность в использовании безмазутного розжига.[2] A burner is a device that mixes particles of fuel and oxidizer with their subsequent ignition, combustion and movement of the torch into the combustion space zone, where fuel combustion occurs and heat is released. The thermal energy thus obtained is used to heat the working environment. Such devices are used in many areas of human activity, including the chemical and metallurgical industries, energy, heating, hot water supply and others. This technology is also used to ignite thermal power plant boilers. The use of highly reactive fuel oil increases the cost of operating combustion equipment and the environmental load on the environment, so there is a need to use fuel-free ignition.
[3] Горелки в своем составе имеют реакционную камеру, каналы подачи топлива и окислителя и воспламенитель. В процессе розжига в реакционную камеру происходит подача частиц топлива и окислителя с последующим воспламенением этих частиц. На этом этапе могут возникнуть сложности ввиду недостаточно высокой эффективности воспламенения, вызванной плохим смешением частиц топлива и окислителя и неполным их сгоранием. Помимо этого, существует также проблема тепловыделения в зоне горелок, размещенных на рабочих площадках с эксплуатационным персоналом, что является небезопасным. Известны несколько горелок и систем, позволяющих обеспечить воспламенение топлива, в том числе из холодного состояния.[3] Burners include a reaction chamber, fuel and oxidizer supply channels, and an igniter. During the ignition process, particles of fuel and oxidizer are supplied into the reaction chamber with subsequent ignition of these particles. At this stage, difficulties may arise due to insufficiently high ignition efficiency caused by poor mixing of fuel and oxidizer particles and their incomplete combustion. In addition, there is also the problem of heat generation in the area of burners located on work sites with operating personnel, which is unsafe. Several burners and systems are known that allow fuel to ignite, including from a cold state.
[4] Известно решение (RU 2766193 C1; опубл. 09.02.2022; МПК: F23D 1/00), раскрывающее способ ступенчатого сжигания пылеугольного топлива, заключающийся в том, что внутри горелки создают электрический разряд в зоне воспламенения факела, подают угольную пыль и воздух в зону воспламенения факела, воздействуют диффузным электрическим разрядом на зону образования пламени факела и осуществляют сжигание топлива, отличающийся тем, что процесс сжигания топлива осуществляют ступенчато, путем разделения подачи угольной пыли на два потока - первичный поток на первой ступени и вторичный поток на второй ступени с возможностью их независимого регулирования, путем разделения подачи воздуха на два потока - первичный поток на первой ступени и вторичный поток на второй ступени с возможностью их независимого регулирования, с воспламенением и сжиганием первичного потока угольной пыли в топливной смеси в соотношении первичного потока воздуха и первичного потока угольной пыли, близкого к стехиометрическому, с последующим перемешиванием полученных от реакции горения на первой ступени дымовых газов со вторичным потоком угольной пыли и вторичным потоком воздуха, в условиях существенного дефицита кислорода воздуха на второй ступени, с поддержанием концентрации кислорода в обновленной топливной смеси в объеме, необходимом только для поддержания температуры топливной смеси второй ступени на уровне начала выхода летучих компонентов и газификации угольной пыли, с последующим направлением этой газифицированной топливной смеси в топку для окончательного сжигания за счет перемешивания ее с третичным объемом воздуха в топке.[4] There is a known solution (RU 2766193 C1; publ. 02/09/2022; IPC: F23D 1/00), revealing a method for stepwise combustion of pulverized coal fuel, which consists in creating an electric discharge inside the burner in the ignition zone of the torch, supplying coal dust and air into the torch ignition zone, act with a diffuse electric discharge on the torch flame formation zone and carry out fuel combustion, characterized in that the fuel combustion process is carried out in stages by dividing the supply of coal dust into two streams - a primary stream in the first stage and a secondary stream in the second stage with the possibility of their independent regulation, by dividing the air supply into two flows - the primary flow in the first stage and the secondary flow in the second stage with the possibility of their independent regulation, with ignition and combustion of the primary flow of coal dust in the fuel mixture in the ratio of the primary air flow and the primary flow coal dust close to stoichiometric, followed by mixing of the flue gases obtained from the combustion reaction at the first stage with a secondary flow of coal dust and a secondary air flow, under conditions of a significant deficiency of air oxygen at the second stage, maintaining the oxygen concentration in the renewed fuel mixture in volume, necessary only to maintain the temperature of the fuel mixture of the second stage at the level of the beginning of the release of volatile components and gasification of coal dust, with the subsequent direction of this gasified fuel mixture into the furnace for final combustion by mixing it with the tertiary volume of air in the furnace.
[5] В источнике также раскрыто устройство воспламенения и ступенчатого сжигания топливовоздушной угольной смеси в горелке, содержащее корпус, два пылепровода угольной пыли, электродный блок для генерирования электрического разряда, трубопроводы воздуха, зону воспламенения топливовоздушной смеси, отличающееся тем, что корпус горелки разделен на две ступени, с размещением на первой ступени входа пылепровода первичного потока угольной пыли с регулятором расхода, входа воздуховода первичного потока воздуха с регулятором расхода, зону воспламенения и первичного сжигания угольной пыли, с размещением на второй ступени входа пылепровода вторичного потока угольной пыли с регулятором расхода, входа воздуховода вторичного потока воздуха с регулятором расхода, зоны начала выхода летучих компонентов и газификации угольной пыли вторичного потока.[5] The source also discloses a device for ignition and stepwise combustion of a fuel-air coal mixture in a burner, containing a housing, two coal dust pipes, an electrode unit for generating an electric discharge, air pipelines, an ignition zone of the air-fuel mixture, characterized in that the burner body is divided into two stage, with the placement of the dust pipe inlet of the primary flow of coal dust with a flow regulator at the first stage, the inlet of the primary air flow duct with a flow regulator, the ignition zone and primary combustion of coal dust, with the placement of the dust pipe inlet of the secondary flow of coal dust with a flow regulator at the second stage of the inlet air duct of the secondary air flow with a flow regulator, zones where volatile components begin to escape and gasification of the secondary flow coal dust.
[6] К недостаткам указанного способа и устройства относится отсутствие теплоизоляции горелки по крайней мере первой ступени, что снижает безопасность ее эксплуатации. Наличие теплоизоляции обеспечивает выполнение норм безопасности для работ персонала и позволяет обеспечить различные варианты установки устройства в системе розжига котлов и в помещении для нее.[6] The disadvantages of this method and device include the lack of thermal insulation of the burner, at least of the first stage, which reduces the safety of its operation. The presence of thermal insulation ensures compliance with safety standards for personnel work and allows for various installation options for the device in the boiler ignition system and in the room for it.
[7] Известно другое близкое к заявляемому решение (RU 2778593 C1; опубл. 22.08.2022; МПК: F23D 1/00), в котором раскрыт способ факельного сжигания топливовоздушной угольной смеси, заключающийся в том, что внутри горелки создают электрический разряд в зоне воспламенения факела, подают топливовоздушную смесь в зону воспламенения факела, воздействуют диффузным электрическим разрядом на зону образования пламени факела и осуществляют факельное сжигание топлива, отличающийся тем, что воспламенение в разгонной ступени топливовоздушной смеси осуществляется за счет максимальной локализации воздействия электрического разряда на топливовоздушную смесь и оптимального коэффициента избытка воздуха, который в свою очередь достигается регулированием подачи топлива и воздуха в разгонную ступень и зависит от теплотехнических и реакционных свойств топлива.[7] Another solution close to the claimed one is known (RU 2778593 C1; publ. 08.22.2022; IPC: F23D 1/00), which discloses a method for flare combustion of a fuel-air coal mixture, which consists in creating an electric discharge inside the burner in the zone ignition of the torch, supply the fuel-air mixture to the zone of ignition of the torch, act with a diffuse electric discharge on the zone of formation of the flame of the torch and carry out torch combustion of fuel, characterized in that ignition in the accelerating stage of the fuel-air mixture is carried out due to the maximum localization of the effect of the electric discharge on the air-fuel mixture and the optimal coefficient excess air, which in turn is achieved by regulating the supply of fuel and air to the accelerating stage and depends on the thermal and reaction properties of the fuel.
[8] Также в патенте раскрыто устройство воспламенения и поддержания горения топливовоздушной смеси, содержащее корпус, разделенный на область перемешивания топливовоздушной смеси и область камеры воспламенения, блок стержневых электродов для генерирования электрического разряда, топливопровод и трубопровод воздуха, зону воспламенения топливовоздушной смеси, зону факела сгорания топливовоздушной смеси, отличающееся тем, что для первичного воспламенения топлива используется разгонная ступень, за счет максимальной локализации воздействия электрического разряда на топливовоздушную смесь и оптимального коэффициента избытка воздуха, размер которой определяется исходя из теплотехнического состава подаваемого топлива, необходимой тепловой мощности факела для пуска рабочей ступени, оптимального коэффициента избытка воздуха и скорости истечения факела.[8] The patent also discloses a device for igniting and maintaining combustion of the air-fuel mixture, containing a housing divided into an area for mixing the air-fuel mixture and an ignition chamber area, a block of rod electrodes for generating an electrical discharge, a fuel line and an air pipeline, an ignition zone for the air-fuel mixture, and a combustion torch zone. fuel-air mixture, characterized in that an accelerating stage is used for the primary ignition of the fuel, due to the maximum localization of the effect of the electric discharge on the fuel-air mixture and the optimal excess air ratio, the size of which is determined based on the thermal composition of the supplied fuel, the required thermal power of the torch to start the working stage, optimal air excess coefficient and flame outflow rate.
[9] В число недостатков данного изобретения также относится отсутствие теплоизоляции горелки по крайней мере первой ступени, что снижает безопасность ее эксплуатации. Наличие теплоизоляции обеспечивает выполнение норм безопасности для работ персонала и позволяет обеспечить различные варианты установки устройства в системе розжига котлов и в помещении для нее.[9] The disadvantages of this invention also include the lack of thermal insulation of the burner, at least of the first stage, which reduces the safety of its operation. The presence of thermal insulation ensures compliance with safety standards for personnel work and allows for various installation options for the device in the boiler ignition system and in the room for it.
[10] Другое изобретение (JP 6220543 B2; опубл. 25.10.2017; МПК: F23D1/02, F23L1/00, F23L9/00) раскрывает смесительную камеру, окруженную периферийной стенкой, порт подачи топлива для подачи топлива в смесительную камеру, порт подачи воздуха для подачи первичного воздуха в смесительную камеру, выход для выпуска топлива, смешанного в смесительной камере и первичного воздуха, горелочное устройство, содержащее стабилизирующую пламя пластину, расположенную вблизи периферийной стенки выпускного отверстия, причем смесительная камера представляет собой вертикальную смесительную камеру, в которой топливо сбрасывается и подается в смесительную камеру под собственным весом из отверстия для подачи топлива, горелочное устройство, в котором отверстие для подачи воздуха подает первичный воздух в тангенциальном направлении камеры смешения. чтобы топливо и первичный воздух закручивались в смесительной камере. Зона стабилизации воспламенения, имеющая соотношение воздуха от 0,2 до 1, вблизи пластины стабилизации пламени или ниже по потоку дополнительно снабжена средствами подачи вторичного воздуха для подачи вторичного воздуха вблизи пластины стабилизации пламени или ниже по потоку от нее.[10] Another invention (JP 6220543 B2; published 10/25/2017; IPC: F23D1/02, F23L1/00, F23L9/00) discloses a mixing chamber surrounded by a peripheral wall, a fuel supply port for supplying fuel to the mixing chamber, a supply port air for supplying primary air to the mixing chamber, an outlet for discharging fuel mixed in the mixing chamber and primary air, a burner device comprising a flame stabilizing plate located near a peripheral wall of the outlet, wherein the mixing chamber is a vertical mixing chamber into which the fuel is discharged and is fed into the mixing chamber under its own weight from the fuel supply hole, a burner device in which the air supply hole supplies primary air in the tangential direction of the mixing chamber. so that the fuel and primary air swirl in the mixing chamber. The ignition stabilization zone having an air ratio of 0.2 to 1, adjacent to or downstream of the flame stabilizing plate, is further provided with secondary air supply means for supplying secondary air adjacent to or downstream of the flame stabilizing plate.
[11] Недостатки данного изобретения также состоят в отсутствии теплоизоляции горелки по крайней мере первой ступени, что снижает безопасность ее эксплуатации. Наличие теплоизоляции обеспечивает выполнение норм безопасности для работ персонала и позволяет обеспечить различные варианты установки устройства в системе розжига котлов и в помещении для нее. Кроме того, устройство воспламенения топливовоздушной смеси 80 расположено относительно далеко от области подачи смеси 50, что снижает эффективность воспламенения. Еще одно отличие состоит в том, что данное устройство имеет одну ступень, т.к. только в одном участке устройства имеется подача и топлива, и окислителя. Это приводит к недостаточно качественному сжиганию частиц топлива ввиду наличия непрореагировавших частиц смеси в окислителе на первой и единственной ступени.[11] The disadvantages of this invention also consist in the lack of thermal insulation of the burner, at least of the first stage, which reduces the safety of its operation. The presence of thermal insulation ensures compliance with safety standards for personnel work and allows for various installation options for the device in the boiler ignition system and in the room for it. In addition, the air-fuel mixture ignition device 80 is located relatively far from the mixture supply area 50, which reduces the ignition efficiency. Another difference is that this device has one stage, because only in one section of the device is there a supply of both fuel and oxidizer. This leads to insufficiently high-quality combustion of fuel particles due to the presence of unreacted particles of the mixture in the oxidizer at the first and only stage.
[12] Известно также другое решение (WO 2020213091 A1; опубл. 22.10.2020; МПК: F23D1/02, F23C7/00, F23J1/06), в котором описаны трубка горелки и устройство подачи топлива, которое подает порошок биомассы в трубу горелки, имеющее трубу подачи первичного воздуха, соединенную с боковой стенкой трубы горелки; порошок биомассы, подаваемый из устройства подачи топлива, падает при закручивании в трубе горелки первичным воздухом из трубы подачи первичного воздуха и выбрасывается через выпускное отверстие для топлива на нижнем конце трубы горелки; и устройство пороховой горелки, отличающееся тем, что под выпускным отверстием для топлива предусмотрена теплоизолирующая стенка, имеющая конусообразную внутреннюю стенку.[12] Another solution is also known (WO 2020213091 A1; publ. 10/22/2020; IPC: F23D1/02, F23C7/00, F23J1/06), which describes a burner tube and a fuel supply device that supplies biomass powder to the burner tube having a primary air supply pipe connected to the side wall of the burner pipe; The biomass powder supplied from the fuel supply device falls when swirled in the burner tube by the primary air from the primary air supply tube and is discharged through the fuel outlet at the lower end of the burner tube; and a powder burner device, characterized in that a heat-insulating wall having a cone-shaped inner wall is provided under the fuel outlet.
[13] Недостатки данного изобретения также состоят в том, что данное устройство имеет одну ступень, т.к. только в одном участке устройства имеется подача и топлива, и окислителя. Это приводит к недостаточно качественному сжиганию частиц топлива ввиду наличия непрореагировавших частиц смеси в окислителе на первой и единственной ступени. Кроме того, частицы топлива предварительно не активируются, что также снижает качество их сжигания.[13] The disadvantages of this invention also lie in the fact that this device has one stage, because only in one section of the device is there a supply of both fuel and oxidizer. This leads to insufficiently high-quality combustion of fuel particles due to the presence of unreacted particles of the mixture in the oxidizer at the first and only stage. In addition, fuel particles are not pre-activated, which also reduces the quality of their combustion.
[14] Недостатком всех упомянутых решений является отсутствие предварительной активации топлива, понижающее качество сжигания его частиц.[14] The disadvantage of all the mentioned solutions is the lack of preliminary activation of the fuel, which reduces the quality of combustion of its particles.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
[15] Задачей настоящего изобретения является создание горелки, осуществляющей качественное воспламенение и сжигание частиц топлива, в том числе из холодного состояния, обусловленное конструкцией устройства и его ступеней, и имеющее теплоизолирующий кожух для защиты эксплуатационного персонала и полезного использования тепловых потерь от стенок реакционной камеры первой ступени.[15] The objective of the present invention is to create a burner that provides high-quality ignition and combustion of fuel particles, including from a cold state, due to the design of the device and its stages, and has a heat-insulating casing to protect operating personnel and beneficial use of heat losses from the walls of the reaction chamber of the first steps.
[16] Данная задача решается за счет достижения заявляемым изобретением технического результата, заключающегося в повышении эффективности воспламенения и сжигания топливовоздушной смеси при обеспечении безопасности эксплуатации горелки, в том числе за счет выполнения горелки ступенчатой, что позволяет осуществлять воспламенение топливной смеси последующей ступени за счет розжига предыдущей. Дополнительная безопасность при повышении эффективности воспламенения и сжигания топливовоздушной смеси эксплуатации горелки достигается за счет наличия теплоизолирующего кожуха, который в том числе обеспечивает возможность теплообмена между реакционной камерой первой ступени и потоком воздуха второй ступени.[16] This problem is solved by achieving the technical result of the claimed invention, which consists in increasing the efficiency of ignition and combustion of the air-fuel mixture while ensuring safe operation of the burner, including by making the burner staged, which allows the fuel mixture of the next stage to be ignited by igniting the previous one . Additional safety while increasing the efficiency of ignition and combustion of the air-fuel mixture of the burner operation is achieved due to the presence of a heat-insulating casing, which, among other things, provides the possibility of heat exchange between the reaction chamber of the first stage and the air flow of the second stage.
[17] Более полно технический результат достигается за счет того, что первая ступень ступенчатой горелки факельного сжигания топливовоздушной смеси содержит реакционную камеру, первичный канал подачи окислителя, первичный канал подачи топливовоздушной смеси, устройство нагрева топливовоздушной смеси, устройство активации окислителя и завихритель. Реакционная камера сообщена с первичным каналом подачи окислителя и первичным каналом подачи топливовоздушной смеси, устройство активации окислителя и устройство нагрева топливовоздушной смеси расположены внутри реакционной камеры, а завихритель расположен на внешней поверхности реакционной камеры.[17] A more complete technical result is achieved due to the fact that the first stage of a staged burner for flaring a fuel-air mixture contains a reaction chamber, a primary oxidizer supply channel, a primary air-fuel mixture supply channel, a heating device for the air-fuel mixture, an oxidizer activation device and a swirler. The reaction chamber communicates with the primary oxidizer supply channel and the primary air-fuel mixture supply channel, the oxidizer activation device and the air-fuel mixture heating device are located inside the reaction chamber, and the swirler is located on the outer surface of the reaction chamber.
[18] Реакционная камера первой ступени представляет собой магистраль, в которой осуществляется начальное смешение топливовоздушной смеси и окислителя, а также ее розжиг и перемещение факела в последующие части горелки, что напрямую обеспечивает сжигание топливовоздушной смеси. Для этого реакционная камера сообщена с первичным каналом подачи топливовоздушной смеси и с первичным каналом подачи окислителя, а также в ней установлены устройство нагрева топливовоздушной смеси и устройство активации окислителя. В одном из вариантов технической реализации первой ступени реакционная камера дополнительно сообщена с дополнительным каналом подачи окислителя в первую ступень. Это позволяет улучшить смешение частиц топлива с газом, а также при определенной геометрии и взаимном расположении каналов, в том числе при сообщении дополнительного канала подачи окислителя тангенциально к основному каналу, вызвать закручивание потока с частицами, что в совокупности приводит к достижению упомянутого технического результата, заключающегося в повышении эффективности безопасного сжигания топливовоздушной смеси.[18] The reaction chamber of the first stage is a line in which the initial mixing of the air-fuel mixture and oxidizer is carried out, as well as its ignition and movement of the torch to subsequent parts of the burner, which directly ensures combustion of the air-fuel mixture. For this purpose, the reaction chamber is in communication with the primary channel for supplying the fuel-air mixture and with the primary channel for supplying the oxidizer, and a device for heating the fuel-air mixture and a device for activating the oxidizer are installed in it. In one of the variants of the technical implementation of the first stage, the reaction chamber is additionally connected with an additional channel for supplying the oxidizer to the first stage. This makes it possible to improve the mixing of fuel particles with gas, and also, with a certain geometry and relative arrangement of channels, including when connecting an additional oxidizer supply channel tangentially to the main channel, to cause swirling of the flow with particles, which together leads to the achievement of the mentioned technical result, consisting in increasing the efficiency of safe combustion of the air-fuel mixture.
[19] Первичный канал подачи топливовоздушной смеси осуществляет подачу топливовоздушной смеси в реакционную камеру первой ступени для непосредственного осуществления воспламенения смеси. В качестве топливовоздушного топлива может выступать, например, пылеугольная смесь с различным соотношением влажности, летучих компонентов и зольного остатка, и другое. В предпочтительной реализации первой ступени горелки первичный канал подачи топливовоздушной смеси тангенциально сообщен с реакционной камерой. Тангенциальный ввод обеспечивает закручивание потока топливовоздушной смеси в спираль, что увеличивает время нахождения частиц в реакционной камере, обеспечивает эффективное перемешивание топлива и воздуха, исключает оседание частиц на дно камеры за счет повышения скорости движения частиц по спирали при сохранении средней горизонтальной скорости всего потока. В результате это повышает эффективность безопасного сжигания топливовоздушной смеси.[19] The primary air-fuel mixture supply channel supplies the air-fuel mixture to the first stage reaction chamber to directly ignite the mixture. The fuel-air fuel can be, for example, a pulverized coal mixture with a different ratio of humidity, volatile components and ash residue, and more. In the preferred implementation of the first stage of the burner, the primary channel for supplying the air-fuel mixture is tangentially connected to the reaction chamber. The tangential input ensures that the flow of the air-fuel mixture is twisted into a spiral, which increases the residence time of particles in the reaction chamber, ensures effective mixing of fuel and air, and prevents particles from settling to the bottom of the chamber by increasing the speed of movement of particles along the spiral while maintaining the average horizontal speed of the entire flow. As a result, this increases the efficiency of safe combustion of the air-fuel mixture.
[20] Первичный канал подачи окислителя осуществляет подачу окислителя в реакционную камеру первой ступени для непосредственного осуществления воспламенения смеси. В качестве окислителя может выступать, например, кислород, воздух или другая смесь газов, поддерживающая горение частиц топлива. В предпочтительной реализации ступени горелки первичный канал подачи окислителя тангенциально сообщен с реакционной камерой. Тангенциальный ввод повышает эффективность безопасного сжигания топливовоздушной смеси по раскрытой ранее причине.[20] The primary oxidizer supply channel supplies the oxidizer to the first stage reaction chamber to directly ignite the mixture. The oxidizing agent can be, for example, oxygen, air or another mixture of gases that supports the combustion of fuel particles. In a preferred implementation of the burner stage, the primary oxidizer supply channel is tangentially connected to the reaction chamber. Tangential input increases the efficiency of safe combustion of the air-fuel mixture for the reason previously disclosed.
[21] Как было сказано выше, в реакционной камере первой ступени горелки установлено устройство нагрева топливовоздушной смеси. Устройство нагрева топливовоздушной смеси представляет собой нагреватель, осуществляющий термическую активацию молекул топливных частиц и возрастание их реакционной способности. За счет термической активации частиц топлива достигается повышение эффективности его безопасного сжигания, поскольку снижается энергетический порог, требуемый для инициации процесса горения топлива и его поддержания. Безопасность в том числе обеспечивается за счет возможности контроля над процессом нагрева с помощью изменения мощности устройства.[21] As mentioned above, a device for heating the air-fuel mixture is installed in the reaction chamber of the first stage of the burner. The device for heating the air-fuel mixture is a heater that thermally activates the molecules of fuel particles and increases their reactivity. Due to the thermal activation of fuel particles, an increase in the efficiency of its safe combustion is achieved, since the energy threshold required to initiate the fuel combustion process and maintain it is reduced. Safety is also ensured by the ability to control the heating process by changing the power of the device.
[22] В реакционной камере первой ступени горелки также установлено устройство активации окислителя. Устройство активации окислителя представляет собой устройство, осуществляющее повышение реакционной способности газа-окислителя. За счет активации окислителя достигается повышение эффективности безопасного сжигания топлива, поскольку процесс горения топлива происходит более интенсивно. Безопасность в том числе обеспечивается за счет возможности контроля над процессом активации с помощью изменения мощности устройства. В одном из вариантов ступени горелки устройство активации окислителя расположено в непосредственной близи с местом сопряжения реакционной камеры и дополнительного канала подачи окислителя и выполнено в виде электродного блока диффузионного газового разряда, формирующего плазменный поток. Такое выполнение дополнительно повышает эффективность безопасного сжигания топлива, поскольку взаимное расположение канала и устройства позволяет подвергнуть активации большее число молекул окислителя перед их контактом с топливом, а выполнение устройства активации в виде электродного блока диффузионного газового разряда позволяет производить активацию за счет распада молекул окислителя на атомы и ионы в потоке плазмы, обладающие большей реакционной способностью, и обеспечить безопасность сжигания за счет контроля параметров электродного блока.[22] An oxidizer activation device is also installed in the reaction chamber of the first stage of the burner. An oxidizer activation device is a device that increases the reactivity of an oxidizer gas. By activating the oxidizer, an increase in the efficiency of safe fuel combustion is achieved, since the fuel combustion process occurs more intensely. Security is also ensured by the ability to control the activation process by changing the power of the device. In one of the variants of the burner stage, the oxidizer activation device is located in close proximity to the junction of the reaction chamber and the additional oxidizer supply channel and is made in the form of an electrode block for a diffusion gas discharge that forms a plasma flow. This design further increases the efficiency of safe fuel combustion, since the relative position of the channel and the device allows activation of a larger number of oxidizing molecules before their contact with the fuel, and the implementation of the activation device in the form of an electrode block of a diffusion gas discharge allows activation due to the disintegration of oxidizing molecules into atoms and ions in the plasma flow, which have greater reactivity, and ensure combustion safety by controlling the parameters of the electrode block.
[23] Завихритель представляет собой аэродинамический профиль, изменяющий траекторию движения газа и создающий его завихрения. Он расположен на внешней поверхности реакционной камеры первой ступени и служит для создания вихревых потоков окислителя, поданного через вторичный канал подачи окислителя горелки. Завихрение позволяет интенсифицировать процесс переноса частиц топлива в топочное пространство, а также перемешивание потоков топливовоздушной смеси, повышая тем самым эффективность безопасного сжигания топлива за счет улучшенного теплообмена между слоями смеси.[23] A swirler is an aerodynamic profile that changes the trajectory of gas and creates turbulence. It is located on the outer surface of the first stage reaction chamber and serves to create vortex flows of oxidizer supplied through the secondary oxidizer supply channel of the burner. Swirling allows you to intensify the process of transferring fuel particles into the combustion space, as well as mixing the flow of the air-fuel mixture, thereby increasing the efficiency of safe fuel combustion due to improved heat transfer between the layers of the mixture.
[24] Также технический результат достигается с помощью коаксиальной ступенчатой горелки факельного сжигания топливовоздушной смеси, которая содержит первую ступень горелки, охарактеризованную выше, реакционную камеру второй ступени, вторичный канал подачи топливовоздушной смеси, вторичный канал подачи окислителя, вторичное устройство активации окислителя и теплоизоляционный кожух. Первая ступень горелки, вторичный канал подачи окислителя и вторичный канал подачи топливовоздушной смеси сообщены с реакционной камерой второй ступени горелки, вторичное устройство активации окислителя расположено внутри второй ступени устройства, при этом теплоизоляционный кожух расположен коаксиально первой ступени реакционной камеры.[24] Also, the technical result is achieved using a coaxial staged burner for flaring the fuel-air mixture, which contains the first stage of the burner, described above, a second-stage reaction chamber, a secondary channel for supplying the fuel-air mixture, a secondary channel for supplying the oxidizer, a secondary activation device for the oxidizer and a thermal insulation casing. The first stage of the burner, the secondary oxidizer supply channel and the secondary air-fuel mixture supply channel are connected to the reaction chamber of the second stage of the burner, the secondary oxidizer activation device is located inside the second stage of the device, while the heat-insulating casing is located coaxially with the first stage of the reaction chamber.
[25] Реакционная камера второй ступени представляет собой магистраль, в которой осуществляется последующее смешение первичных топливовоздушной смеси и окислителя со вторичными, а также перемещение факела в топливное пространство или другие части горелочной системы, что напрямую обеспечивает сжигание топливовоздушной смеси. Для этого реакционная камера второй ступени сообщена со вторичным каналом подачи топливовоздушной смеси и со вторичным каналом подачи окислителя, а также в ней установлено вторичное устройство активации окислителя. В одном из вариантов технической реализации горелки реакционная камера дополнительно сообщена с дополнительным каналом подачи окислителя в горелку. Это позволяет улучшить смешение частиц топлива с газом-окислителем, а также при определенной геометрии и взаимном расположении канала и камеры, в том числе при сообщении дополнительного канала подачи окислителя в горелку тангенциально к реакционной камере горелки, вызвать дополнительное закручивание потока с частицами, что в совокупности приводит к достижению упомянутого технического результата, заключающегося в повышении эффективности безопасного сжигания топливовоздушной смеси. В одной из технических реализаций реакционная камера второй ступени горелки расположена коаксиально первой ступени. Это обеспечивает возможность использования теплоизоляционного кожуха для изоляции теплового излучения вовне, поступающего одновременно от обеих ступеней вместе. Таким образом обеспечивается повышение безопасности за счет защиты персонала установки, а также увеличивается эффективность сжигания топлива.[25] The reaction chamber of the second stage is a line in which the subsequent mixing of the primary fuel-air mixture and oxidizer with secondary ones takes place, as well as the movement of the torch into the fuel space or other parts of the burner system, which directly ensures combustion of the air-fuel mixture. For this purpose, the reaction chamber of the second stage is connected with a secondary channel for supplying the fuel-air mixture and with a secondary channel for supplying an oxidizer, and a secondary oxidizer activation device is installed in it. In one of the variants of the technical implementation of the burner, the reaction chamber is additionally connected with an additional channel for supplying the oxidizer to the burner. This makes it possible to improve the mixing of fuel particles with the oxidizer gas, and also, with a certain geometry and relative position of the channel and chamber, including when connecting an additional channel for supplying the oxidizer to the burner tangentially to the reaction chamber of the burner, to cause additional swirling of the flow with particles, which in total leads to the achievement of the mentioned technical result, which consists in increasing the efficiency of safe combustion of the air-fuel mixture. In one of the technical implementations, the reaction chamber of the second stage of the burner is located coaxially with the first stage. This makes it possible to use a thermal insulating casing to isolate the thermal radiation to the outside, coming simultaneously from both stages together. This ensures increased safety by protecting plant personnel and also increases fuel combustion efficiency.
[26] Вторичный канал подачи топливовоздушной смеси осуществляет подачу топливовоздушной смеси в основной канал горелки для поддержания процесса горения. Обеспечение повторной подачи топлива позволяет осуществлять поддержку факела, выходящего из реакционной камеры первой ступени горелки, что повышает эффективность сжигания топливовоздушной смеси. В предпочтительной реализации горелки вторичный канал подачи топливовоздушной смеси тангенциально сообщен с основным каналом. Тангенциальный ввод обеспечивает закручивание потока топливовоздушной смеси в спираль, что увеличивает время нахождения частиц в реакционной камере, обеспечивает эффективное перемешивание топлива и воздуха, исключает оседание частиц на дно камеры за счет повышения скорости движения частиц по спирали при сохранении средней горизонтальной скорости всего потока. В результате это повышает эффективность безопасного сжигания топливовоздушной смеси.[26] The secondary air-fuel mixture supply channel supplies the air-fuel mixture to the main burner channel to maintain the combustion process. Providing re-supply of fuel makes it possible to support the torch emerging from the reaction chamber of the first stage of the burner, which increases the efficiency of combustion of the air-fuel mixture. In the preferred implementation of the burner, the secondary channel for supplying the air-fuel mixture is tangentially connected to the main channel. The tangential input ensures that the flow of the air-fuel mixture is twisted into a spiral, which increases the residence time of particles in the reaction chamber, ensures effective mixing of fuel and air, and prevents particles from settling to the bottom of the chamber by increasing the speed of movement of particles along the spiral while maintaining the average horizontal speed of the entire flow. As a result, this increases the efficiency of safe combustion of the air-fuel mixture.
[27] Вторичный канал подачи окислителя осуществляет подачу окислителя в реакционную камеру второй ступени для поддержания процесса горения. Обеспечение повторной подачи окислителя позволяет осуществлять поддержку факела за счет воспламенения вторичного топлива теплом от первичного, что повышает эффективность безопасного сжигания топливовоздушной смеси. В предпочтительной реализации горелки первичный канал подачи окислителя тангенциально сообщен с основным каналом. Тангенциальный ввод повышает эффективность безопасного сжигания топливовоздушной смеси по раскрытой ранее причине.[27] The secondary oxidizer supply channel supplies the oxidizer to the second stage reaction chamber to maintain the combustion process. Providing re-supply of the oxidizer allows the flame to be supported by igniting the secondary fuel with heat from the primary, which increases the efficiency of safe combustion of the air-fuel mixture. In a preferred implementation of the burner, the primary oxidizer supply channel is tangentially connected to the main channel. Tangential input increases the efficiency of safe combustion of the air-fuel mixture for the reason previously disclosed.
[28] В реакционной камере второй степени горелки также установлено вторичное устройство активации окислителя. За счет активации окислителя достигается повышение эффективности безопасного сжигания топлива, поскольку процесс горения топлива в этом случае происходит более интенсивно. Безопасность в том числе обеспечивается за счет возможности контроля над процессом активации с помощью изменения мощности устройства. В одном из вариантов горелки вторичное устройство активации окислителя расположено вблизи сопряжения реакционной камеры второй ступени горелки и дополнительного канала подачи окислителя в горелку и выполнено в виде электродного блока. Преимущества такого выполнения были описаны выше.[28] A secondary oxidizer activation device is also installed in the reaction chamber of the second stage of the burner. By activating the oxidizer, an increase in the efficiency of safe fuel combustion is achieved, since the fuel combustion process in this case occurs more intensely. Security is also ensured by the ability to control the activation process by changing the power of the device. In one of the burner options, the secondary oxidizer activation device is located near the interface of the reaction chamber of the second stage of the burner and the additional channel for supplying the oxidizer to the burner and is made in the form of an electrode block. The advantages of this implementation have been described above.
[29] Теплоизоляционный кожух представляет собой корпус, значительно снижающий тепловыделение горелки вовне. Он расположен коаксиально первой ступени горелки и повышает безопасность эксплуатации горелки за счет сниженного теплового воздействия во внешнюю среду. Коаксиальное расположение кожуха и первой ступени горелки позволяет теплоизолировать первую ступень горелки и за счет этого использовать потери тепла первой ступени для нагрева второй, что также повышает эффективность безопасного сжигания топлива, а также защищает персонал горелки от воздействия высоких температур со внешней стороны устройства.[29] The thermal insulation casing is a housing that significantly reduces the heat emission of the burner to the outside. It is located coaxially with the first stage of the burner and increases the safety of the burner due to reduced thermal impact on the external environment. The coaxial arrangement of the casing and the first stage of the burner makes it possible to thermally insulate the first stage of the burner and thereby use the heat losses of the first stage to heat the second, which also increases the efficiency of safe fuel combustion, and also protects the burner personnel from exposure to high temperatures from the outside of the device.
Описание чертежейDescription of drawings
[30] Объект притязаний по настоящей заявке описан по пунктам и четко заявлен в формуле изобретения. Упомянутые выше задачи, признаки и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания, в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых показано:[30] The subject matter of this application is described point by point and clearly stated in the claims. The above-mentioned objects, features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
[31] На Фиг. 1 показана структурная схема коаксиальной ступенчатой горелки факельного сжигания топливовоздушной смеси.[31] In FIG. Figure 1 shows a block diagram of a coaxial staged burner for flaring a fuel-air mixture.
[32] Указанные чертежи поясняются следующими позициями: Первая ступень горелки - 1; Вторая ступень горелки - 2; Реакционная камера первой ступени - 3; Первичный канал подачи окислителя - 4; Первичный канал подачи топливовоздушной смеси - 5; Устройство нагрева топливовоздушной смеси - 6; Устройство активации окислителя - 7; Завихритель - 8; Дополнительный канал подачи окислителя в первую ступень - 9; Реакционная камера второй ступени - 10; Вторичный канал подачи топливовоздушной смеси - 11; Вторичный канал подачи окислителя - 12; Вторичное устройство активации окислителя - 13; Теплоизоляционный кожух - 14; Дополнительный канал подачи окислителя во вторую ступень - 15.[32] These drawings are illustrated by the following positions: First burner stage - 1; Second burner stage - 2; First stage reaction chamber - 3; Primary oxidizer supply channel - 4; Primary channel for supplying the air-fuel mixture - 5; Air-fuel mixture heating device - 6; Oxidizer activation device - 7; Whirlpool - 8; Additional channel for supplying oxidizer to the first stage - 9; Second stage reaction chamber - 10; Secondary channel for supplying the air-fuel mixture - 11; Secondary oxidizer supply channel - 12; Secondary oxidizer activation device - 13; Thermal insulating casing - 14; Additional channel for supplying oxidizer to the second stage - 15.
Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention
[33] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.[33] The following detailed description of the invention sets forth numerous implementation details designed to provide a clear understanding of the present invention. However, it will be apparent to one skilled in the art how the present invention can be used with or without these implementation details. In other cases, well-known methods, procedures and components are not described in detail so as not to unduly obscure the features of the present invention.
[34] Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.[34] In addition, from the above discussion it is clear that the invention is not limited to the above implementation. Numerous possible modifications, alterations, variations and substitutions, while retaining the spirit and form of the present invention, will be apparent to those skilled in the art.
[35] На Фиг. 1 показана структурная схема одного из вариантов выполнения коаксиальной ступенчатой горелки факельного сжигания топливовоздушной смеси. Первая ступень горелки факельного сжигания топливовоздушной смеси 1 содержит реакционную камеру 3, первичный канал подачи окислителя 4, первичный канал подачи топливовоздушной смеси 5, устройство нагрева топливовоздушной смеси 6, устройство активации окислителя 7 и завихритель 8. Реакционная камера 3 сообщена с первичным каналом подачи окислителя 4 и первичным каналом подачи топливовоздушной смеси 5, устройство нагрева топливовоздушной смеси 6 и устройство активации окислителя 7 расположены внутри реакционной камеры 3, а завихритель 8 расположен на внешней поверхности реакционной камеры 3. [35] In FIG. Figure 1 shows a block diagram of one of the embodiments of a coaxial staged burner for flaring a fuel-air mixture. The first stage of the air-fuel mixture flare burner 1 contains a reaction chamber 3, a primary oxidizer supply channel 4, a primary air-fuel mixture supply channel 5, a fuel-air mixture heating device 6, an oxidizer activation device 7 and a swirler 8. The reaction chamber 3 communicates with the primary oxidizer supply channel 4 and the primary channel for supplying the fuel-air mixture 5, the fuel-air mixture heating device 6 and the oxidizer activation device 7 are located inside the reaction chamber 3, and the swirler 8 is located on the outer surface of the reaction chamber 3.
[36] В качестве топливовоздушного топлива может выступать, например, пылеугольная смесь с различным соотношением влажности, летучих компонентов и зольного остатка, и другое. В качестве окислителя может выступать, например, кислород, воздух или другая смесь газов, поддерживающая горение частиц топлива.[36] The fuel-air fuel can be, for example, a pulverized coal mixture with a different ratio of humidity, volatile components and ash residue, and more. The oxidizing agent can be, for example, oxygen, air or another mixture of gases that supports the combustion of fuel particles.
[37] Реакционная камера первой ступени 3 представляет собой магистраль, в которой осуществляется начальное смешение топливовоздушной смеси и окислителя, а также ее розжиг и перемещение факела в последующие части горелки, в том числе во вторую ступень 2, что напрямую обеспечивает сжигание топливовоздушной смеси. Для этого реакционная камера 3 сообщена с первичным каналом подачи топливовоздушной смеси 5 и с первичным каналом подачи окислителя 4, а также в ней установлены устройство нагрева топливовоздушной смеси 6 и устройство активации окислителя 7. Соединение камеры 3 с каналами 4, 5 и 9 может быть выполнено как разъемным, в том числе фланцевым, так и неразъемным, в том числе сварным, или иначе. В одном из вариантов технической реализации первой ступени 1 реакционная камера 3 дополнительно сообщена с дополнительным каналом подачи окислителя в первую ступень 9. Наличие канала 9 позволяет улучшить смешение частиц топлива с газом-окислителем за счет присутствия дополнительного потока окислителя в камере 3. Смешение благотворно влияет на качество сгорания топлива, поскольку оно обеспечивает более равномерный теплообмен между потоками воздушной среды, что приводит к более равномерному нагреву и сгоранию горючих частиц. Равномерность нагрева позволяет исключить возникновение локальных скоплений несгоревших частиц или частиц, воспламеняющихся после основного массива, гарантируя тем самым более равномерное воспламенение частиц во второй ступени 2, а, следовательно, и высокую эффективность безопасного сжигания топливовоздушной смеси в целом, т.е. достижение технического результата. Соединение дополнительного канала 9 с основным каналом 3 может быть выполнено таким образом, что они расположены тангенциально друг другу, способствует более интенсивному закручиванию потока с частицами и его смешению, улучшая тем самым эффективность безопасного сжигания топливовоздушной смеси по описанному ранее механизму. Тангенциальное направление канала 9 означает его ориентацию по касательной к внутренней стенке камеры 3. Геометрические характеристики камеры 3, в том числе ее длина, ширина, высота, форма сечения и другие, а также материал стенок известны из уровня техники.[37] The reaction chamber of the first stage 3 is a line in which the initial mixing of the air-fuel mixture and oxidizer is carried out, as well as its ignition and movement of the torch to subsequent parts of the burner, including the second stage 2, which directly ensures combustion of the air-fuel mixture. For this purpose, the reaction chamber 3 communicates with the primary supply channel of the fuel-air mixture 5 and with the primary supply channel of the oxidizer 4, and also a device for heating the fuel-air mixture 6 and a device for activating the oxidizer 7 are installed in it. The connection of the chamber 3 with channels 4, 5 and 9 can be made both detachable, including flanged, and one-piece, including welded, or otherwise. In one of the variants of the technical implementation of the first stage 1, the reaction chamber 3 is additionally connected with an additional channel for supplying the oxidizer to the first stage 9. The presence of channel 9 makes it possible to improve the mixing of fuel particles with the oxidizer gas due to the presence of an additional oxidizer flow in chamber 3. Mixing has a beneficial effect on quality of fuel combustion, since it provides more uniform heat exchange between air flows, which leads to more uniform heating and combustion of combustible particles. The uniformity of heating makes it possible to eliminate the occurrence of local accumulations of unburned particles or particles that ignite after the main mass, thereby guaranteeing more uniform ignition of particles in the second stage 2, and, consequently, high efficiency of safe combustion of the air-fuel mixture as a whole, i.e. achieving a technical result. The connection of the additional channel 9 with the main channel 3 can be made in such a way that they are located tangentially to each other, promoting more intense swirling of the flow with particles and its mixing, thereby improving the efficiency of safe combustion of the air-fuel mixture according to the previously described mechanism. The tangential direction of the channel 9 means its orientation tangential to the inner wall of the chamber 3. The geometric characteristics of the chamber 3, including its length, width, height, cross-sectional shape and others, as well as the wall material are known from the prior art.
[38] Первичный канал подачи топливовоздушной смеси 5 осуществляет подачу топливовоздушной смеси в реакционную камеру 3 для непосредственного осуществления ее воспламенения. В предпочтительной реализации ступени 1 горелки первичный канал подачи топливовоздушной смеси 5 тангенциально сообщен с реакционной камерой 3. Тангенциальный ввод обеспечивает закручивание потока топливовоздушной смеси в спираль, что увеличивает время нахождения частиц в реакционной камере 3, обеспечивает эффективное перемешивание топлива и воздуха, исключает оседание частиц на дно камеры 3 за счет повышения скорости движения частиц по спирали при сохранении средней горизонтальной скорости всего потока. Увеличение времени нахождения частицы в камере 3 повышает вероятность ее воспламенения, более лучшее перемешивание топлива и воздуха способствует более равномерному нагреву и сгоранию частиц, а исключение оседания частиц на дно камеры 3 позволяет более эффективно использовать подаваемое топливо. В результате совокупность этих факторов, обеспеченная тангенциальным вводом, повышает эффективность безопасного сжигания топливовоздушной смеси. Тангенциальное направление канала 5 означает его ориентацию по касательной к внутренней стенке камеры 3. Взаимное расположение камеры 3 и канала 5 таким образом улучшает смешение окислителя и топливовоздушной смеси, обеспечивая таким образом повышение эффективности сжигания топлива. Геометрические характеристики канала 5, в том числе его длина, ширина, высота, форма сечения и другие, а также материал стенок также известны из уровня техники.[38] The primary air-fuel mixture supply channel 5 supplies the air-fuel mixture to the reaction chamber 3 to directly ignite it. In the preferred implementation of stage 1 of the burner, the primary channel for supplying the fuel-air mixture 5 is tangentially connected to the reaction chamber 3. The tangential input ensures that the flow of the air-fuel mixture is twisted into a spiral, which increases the residence time of particles in the reaction chamber 3, ensures effective mixing of fuel and air, and eliminates sedimentation of particles on the bottom of chamber 3 by increasing the speed of particle movement in a spiral while maintaining the average horizontal speed of the entire flow. Increasing the time a particle remains in chamber 3 increases the likelihood of its ignition, better mixing of fuel and air contributes to more uniform heating and combustion of particles, and eliminating the settling of particles to the bottom of chamber 3 allows for more efficient use of the supplied fuel. As a result, the combination of these factors, provided by tangential input, increases the efficiency of safe combustion of the air-fuel mixture. The tangential direction of channel 5 means its orientation tangential to the inner wall of chamber 3. The relative position of chamber 3 and channel 5 thus improves the mixing of the oxidizer and the air-fuel mixture, thereby increasing the efficiency of fuel combustion. The geometric characteristics of channel 5, including its length, width, height, cross-sectional shape and others, as well as the wall material are also known from the prior art.
[39] Первичный канал подачи окислителя 4 осуществляет подачу окислителя в реакционную камеру 3 для непосредственного осуществления ее воспламенения, а также осуществляет перенос факела смеси по направлению к другим частям горелки, в том числе ко второй ступени 2 за счет мощности потока газа-окислителя и его направления в сторону ступени 2. В предпочтительной реализации ступени горелки первичный канал подачи окислителя 4 тангенциально сообщен с реакционной камерой 3. Преимущества использования тангенциального ввода были описаны выше. Тангенциальное направление канала 4 означает его ориентацию по касательной к внутренней стенке камеры 3. Взаимное расположение камеры 3 и канала 4 таким образом улучшает смешение окислителя и топливовоздушной смеси, обеспечивая таким образом повышение эффективности безопасного сжигания топлива. Геометрические характеристики канала 4, в том числе его длина, ширина, высота, форма сечения и другие, а также материал стенок также известны из уровня техники.[39] The primary oxidizer supply channel 4 supplies the oxidizer to the reaction chamber 3 to directly ignite it, and also transfers the mixture torch towards other parts of the burner, including the second stage 2 due to the power of the oxidizer gas flow and its direction towards stage 2. In the preferred implementation of the burner stage, the primary oxidizer supply channel 4 is tangentially connected to the reaction chamber 3. The advantages of using tangential input have been described above. The tangential direction of channel 4 means its orientation tangential to the inner wall of chamber 3. The relative position of chamber 3 and channel 4 thus improves the mixing of the oxidizer and the air-fuel mixture, thereby increasing the efficiency of safe fuel combustion. The geometric characteristics of channel 4, including its length, width, height, cross-sectional shape and others, as well as the wall material are also known from the prior art.
[40] Как было сказано выше, в реакционной камере 3 установлено устройство нагрева топливовоздушной смеси 6. Устройство нагрева топливовоздушной смеси 6 представляет собой нагреватель, осуществляющий термическую активацию молекул топливных частиц и возрастание их реакционной способности. Таким образом, за счет активации частиц топлива достигается повышение эффективности его безопасного сжигания, поскольку снижается энергетический порог, требуемый для инициации процесса горения топлива и его поддержания. Безопасность в том числе обеспечивается за счет возможности контроля над процессом нагрева с помощью изменения мощности устройства 6. Расположение устройства 6 в камере 3, а также его мощность многовариантны и очевидны для специалиста.[40] As mentioned above, a device for heating the air-fuel mixture 6 is installed in the reaction chamber 3. The device for heating the air-fuel mixture 6 is a heater that thermally activates the molecules of fuel particles and increases their reactivity. Thus, by activating fuel particles, an increase in the efficiency of its safe combustion is achieved, since the energy threshold required to initiate the fuel combustion process and maintain it is reduced. Safety is also ensured by the ability to control the heating process by changing the power of device 6. The location of device 6 in chamber 3, as well as its power, are multivariable and obvious to a specialist.
[41] В реакционной камере первой ступени 3 также установлено устройство активации окислителя 7. Устройство активации окислителя 7 представляет собой устройство, осуществляющее возрастание реакционной способности газа-окислителя. За счет активации окислителя достигается повышение эффективности безопасного сжигания топлива, поскольку процесс горения топлива происходит более интенсивно. Интенсификация горения обеспечивается за счет того, что окислительные свойства газа-окислителя возрастают при переводе его молекул на более высокий энергетический уровень, диссоциации молекул на атомы, ионизации атомов. Данный эффект может быть достигнут, например, с помощью воздействия на газ переменным электрическим полем, которое инициирует диффузионный газовый разряд, реализованный в виде плазмы, или иначе. Безопасность в том числе обеспечивается за счет возможности контроля над процессом активации с помощью изменения мощности устройства 7. В одном из вариантов горелки устройство активации окислителя 7 расположено в непосредственной близи с местом сопряжения реакционной камеры 3 и дополнительного канала подачи окислителя 9, например, как показано на Фиг. 1, и выполнено в виде электродного блока диффузионного разряда. Такое выполнение дополнительно повышает эффективность безопасного сжигания топлива, поскольку взаимное расположение камеры 3 и устройства 7 позволяет подвергнуть активации большее число молекул окислителя перед их контактом с топливом, и обеспечить безопасность сжигания за счет контроля параметров электродного блока, в числе которых расстояние между электродами, подаваемое напряжение и другие. Кроме того, электродный блок за счет своей конструкции и расположения охлаждается поступающим через канал 9 потоком окислителя, что обеспечивает его стабильную работу и также повышает безопасность сжигания топлива. Другие возможные варианты расположения устройства 7 в камере 3, а также его мощность очевидны для специалиста.[41] An oxidizer activation device 7 is also installed in the reaction chamber of the first stage 3. The oxidizer activation device 7 is a device that increases the reactivity of the oxidizer gas. By activating the oxidizer, an increase in the efficiency of safe fuel combustion is achieved, since the fuel combustion process occurs more intensely. Intensification of combustion is ensured due to the fact that the oxidizing properties of the oxidizing gas increase when its molecules are transferred to a higher energy level, the dissociation of molecules into atoms, and the ionization of atoms. This effect can be achieved, for example, by exposing the gas to an alternating electric field, which initiates a diffusion gas discharge realized in the form of plasma, or otherwise. Safety is also ensured by the ability to control the activation process by changing the power of the device 7. In one of the burner options, the oxidizer activation device 7 is located in close proximity to the junction of the reaction chamber 3 and the additional oxidizer supply channel 9, for example, as shown in Fig. 1 , and is made in the form of a diffusion discharge electrode block. This implementation further increases the efficiency of safe fuel combustion, since the relative position of chamber 3 and device 7 allows a larger number of oxidizing molecules to be activated before their contact with the fuel, and ensures safe combustion by controlling the parameters of the electrode block, including the distance between the electrodes, the applied voltage and others. In addition, the electrode block, due to its design and location, is cooled by the oxidizer flow entering through channel 9, which ensures its stable operation and also increases the safety of fuel combustion. Other possible options for the location of device 7 in chamber 3, as well as its power, are obvious to a specialist.
[42] Завихритель 8 представляет собой аэродинамический профиль, изменяющий траекторию движения газа и создающий его завихрения за счет своей формы. Он расположен на внешней поверхности реакционной камеры первой ступени 3 и служит для создания вихревых потоков окислителя, поданного через вторичный канал подачи окислителя горелки 12. Такое взаимное расположение завихрителя 8 и реакционной камеры 3 обеспечивает завихрение слоев окислителя, что позволяет интенсифицировать процесс переноса частиц топлива в топочное пространство, а также перемешивание потоков топливовоздушной смеси, повышая тем самым эффективность безопасного сжигания топлива за счет улучшенного теплообмена между слоями смеси, о чем было сказано выше.[42] The swirler 8 is an aerodynamic profile that changes the trajectory of the gas and creates turbulence due to its shape. It is located on the outer surface of the reaction chamber of the first stage 3 and serves to create vortex flows of the oxidizer supplied through the secondary oxidizer supply channel of the burner 12. This relative arrangement of the swirler 8 and the reaction chamber 3 ensures the vortex of the oxidizer layers, which makes it possible to intensify the process of transfer of fuel particles into the combustion chamber space, as well as mixing flows of the air-fuel mixture, thereby increasing the efficiency of safe fuel combustion due to improved heat transfer between the layers of the mixture, as mentioned above.
[43] Коаксиальная ступенчатая горелка факельного сжигания топливовоздушной смеси содержит первую ступень горелки 3, охарактеризованную выше, реакционную камеру второй ступени 10, вторичный канал подачи топливовоздушной смеси 11, вторичный канал подачи окислителя 12, вторичное устройство активации окислителя 13 и теплоизоляционный кожух 14. Первая ступень горелки 1, вторичный канал подачи окислителя 12 и вторичный канал подачи топливовоздушной смеси 11 сообщены с реакционной камерой второй ступени 10 горелки, вторичное устройство активации окислителя 12 расположено внутри второй ступени горелки 2, а теплоизоляционный кожух 14 расположен коаксиально первой ступени горелки 1. Возможны различные варианты выполнения ступени 1, но предпочтительным является вариант, раскрытый ранее на Фиг. 1 ввиду своих преимуществ, упомянутых выше.[43] A coaxial staged burner for flaring a fuel-air mixture contains a first burner stage 3, described above, a second stage reaction chamber 10, a secondary air-fuel mixture supply channel 11, a secondary oxidizer supply channel 12, a secondary oxidizer activation device 13 and a thermal insulation casing 14. First stage burner 1, the secondary oxidizer supply channel 12 and the secondary air-fuel mixture supply channel 11 are connected to the reaction chamber of the second burner stage 10, the secondary oxidizer activation device 12 is located inside the second stage of burner 2, and the heat-insulating casing 14 is located coaxially with the first stage of burner 1. Various options are possible step 1, but the preferred option is that previously disclosed in FIG. 1 due to its advantages mentioned above.
[44] Реакционная камера второй ступени 10 представляет собой магистраль, в которой осуществляется последующее смешение первичных топливовоздушной смеси и окислителя со вторичными, а также перемещение факела в топливное пространство или другие части горелочной системы, что напрямую обеспечивает безопасное сжигание топливовоздушной смеси. Для этого реакционная камера 10 сообщена со вторичным каналом подачи топливовоздушной смеси 11 и со вторичным каналом подачи окислителя 12, а также в ней установлено вторичное устройство активации окислителя 13. Соединение камеры 10 с каналами 11, 12 и 15 может быть выполнено как разъемным, в том числе фланцевым, так и неразъемным, в том числе сварным, или иначе. В одном из вариантов технической реализации горелки реакционная камера 10 дополнительно сообщена с дополнительным каналом подачи окислителя в горелку 15. Наличие канала 15 позволяет улучшить смешение невоспламенившихся частиц топлива с газом-окислителем за счет присутствия дополнительного потока окислителя в камере 10. Смешение благотворно влияет на качество сгорания топлива, поскольку оно обеспечивает более равномерный теплообмен между потоками воздушной среды, что приводит к более равномерному нагреву и сгоранию горючих частиц. Равномерность нагрева позволяет исключить возникновение локальных скоплений несгоревших частиц или частиц, воспламеняющихся после основного массива, гарантируя тем самым более равномерное воспламенение частиц во второй ступени 2, а, следовательно, и высокую эффективность безопасность сжигания топливовоздушной смеси в целом, т.е. достижение технического результата. Соединение дополнительного канала 15 с реакционной камерой 10 может быть выполнено таким образом, что они расположены тангенциально друг другу, что способствует более интенсивному закручиванию потока с частицами и его смешению, улучшая тем самым эффективность сжигания топливовоздушной смеси по описанному ранее механизму. Тангенциальное направление канала 15 означает его ориентацию по касательной к внутренней стенке камеры 10. Геометрические характеристики камеры 10, в том числе ее длина, ширина, высота, форма сечения и другие, а также материал стенок известны из уровня техники. В одной из технических реализаций реакционная камера второй ступени горелки 10 расположена коаксиально первой ступени 1. Это обеспечивает возможность использования теплоизоляционного кожуха 14 для изоляции теплового излучения вовне, поступающего одновременно от обеих ступеней 1 и 2 вместе. Таким образом обеспечивается повышение безопасности за счет защиты персонала установки, а также увеличивается эффективность сжигания топлива ввиду уменьшения габаритов реакционных камер 3 и 10, что в совокупности с использованием потери тепла от первой ступени 1 для нагрева второй 2 позволяет сжигать топливо с меньшими затратами энергии.[44] The reaction chamber of the second stage 10 is a line in which the subsequent mixing of the primary air-fuel mixture and oxidizer with the secondary ones takes place, as well as the movement of the torch into the fuel space or other parts of the burner system, which directly ensures the safe combustion of the air-fuel mixture. For this purpose, the reaction chamber 10 communicates with the secondary supply channel of the fuel-air mixture 11 and with the secondary supply channel of the oxidizer 12, and also has a secondary activation device for the oxidizer 13 installed in it. The connection of the chamber 10 with channels 11, 12 and 15 can be made as detachable, including including flanged and one-piece, including welded, or otherwise. In one of the variants of the technical implementation of the burner, the reaction chamber 10 is additionally connected with an additional channel for supplying the oxidizer to the burner 15. The presence of channel 15 improves the mixing of unignited fuel particles with the oxidizer gas due to the presence of an additional oxidizer flow in the chamber 10. Mixing has a beneficial effect on the quality of combustion fuel, since it provides more uniform heat exchange between air flows, which leads to more uniform heating and combustion of combustible particles. The uniformity of heating makes it possible to eliminate the occurrence of local accumulations of unburned particles or particles that ignite after the main mass, thereby guaranteeing more uniform ignition of particles in the second stage 2, and, consequently, high efficiency and safety of combustion of the air-fuel mixture as a whole, i.e. achieving a technical result. The connection of the additional channel 15 with the reaction chamber 10 can be made in such a way that they are located tangentially to each other, which promotes more intense swirling of the flow with particles and its mixing, thereby improving the efficiency of combustion of the air-fuel mixture according to the previously described mechanism. The tangential direction of the channel 15 means its orientation tangential to the inner wall of the chamber 10. The geometric characteristics of the chamber 10, including its length, width, height, cross-sectional shape and others, as well as the wall material are known from the prior art. In one of the technical implementations, the reaction chamber of the second stage of the burner 10 is located coaxially with the first stage 1. This makes it possible to use a thermal insulating casing 14 to isolate thermal radiation to the outside, coming simultaneously from both stages 1 and 2 together. This ensures increased safety by protecting the installation personnel, and also increases the efficiency of fuel combustion due to the reduction in the dimensions of the reaction chambers 3 and 10, which, together with the use of heat loss from the first stage 1 to heat the second 2, allows fuel to be burned with less energy consumption.
[45] Вторичный канал подачи топливовоздушной смеси 11 осуществляет подачу топливовоздушной смеси в реакционную камеру второй ступени 10 для поддержания процесса горения. Обеспечение повторной подачи топлива и окислителя через каналы 11 и 12 позволяет осуществлять поддержку факела за счет воспламенения вторичного топлива теплом от первичного при небольших затратах энергии относительно альтернативного увеличения тепловой нагрузки на первую ступень 1, что повышает эффективность безопасного сжигания топливовоздушной смеси за счет дожигания возможных невоспламенившихся остатков из первой ступени 1 и топлива из второй ступени 2 при меньших затратах энергии. Кроме того, не требуется использование вторичного устройства активации топливовоздушной смеси ввиду теплообмена между первичным и вторичным горючим. В предпочтительной реализации горелки вторичный канал подачи топливовоздушной смеси 11 тангенциально сообщен с реакционной камерой 10. Тангенциальное направление канала 11 означает его ориентацию по касательной к внутренней стенке камеры 10. Взаимное расположение камеры 10 и канала 11 таким образом улучшает смешение окислителя и топливовоздушной смеси, обеспечивая тем самым повышение эффективности безопасного сжигания топлива. Геометрические характеристики канала 11, в том числе его длина, ширина, высота, форма сечения и другие, а также материал стенок также известны из уровня техники.[45] The secondary air-fuel mixture supply channel 11 supplies the air-fuel mixture to the reaction chamber of the second stage 10 to maintain the combustion process. Providing re-supply of fuel and oxidizer through channels 11 and 12 allows the flame to be supported by igniting the secondary fuel with heat from the primary at low energy costs relative to the alternative increase in the thermal load on the first stage 1, which increases the efficiency of safe combustion of the air-fuel mixture due to the afterburning of possible unignited residues from the first stage 1 and fuel from the second stage 2 at lower energy costs. In addition, the use of a secondary device for activating the air-fuel mixture is not required due to the heat exchange between the primary and secondary fuel. In the preferred implementation of the burner, the secondary channel for supplying the fuel-air mixture 11 is tangentially connected to the reaction chamber 10. The tangential direction of the channel 11 means its orientation tangential to the inner wall of the chamber 10. The relative position of the chamber 10 and channel 11 thus improves the mixing of the oxidizer and the fuel-air mixture, thereby ensuring thereby increasing the efficiency of safe fuel combustion. The geometric characteristics of the channel 11, including its length, width, height, cross-sectional shape and others, as well as the wall material are also known from the prior art.
[46] Вторичный канал подачи окислителя 12 осуществляет подачу окислителя в реакционную камеру второй ступени 10 для поддержания процесса горения. Обеспечение повторной подачи топлива и окислителя через каналы 11 и 12 позволяет осуществлять поддержку факела за счет воспламенения вторичного топлива теплом от первичного, что повышает эффективность безопасного сжигания топливовоздушной смеси по указанной выше причине. В предпочтительной реализации горелки вторичный канал подачи окислителя 12 тангенциально сообщен с камерой 10. Тангенциальное направление канала 12 означает его ориентацию по касательной к внутренней стенке камеры 10. Взаимное расположение камеры 10 и канала 12 таким образом улучшает смешение окислителя и топливовоздушной смеси, обеспечивая тем самым повышение эффективности безопасного сжигания топлива. Геометрические характеристики канала 12, в том числе его длина, ширина, высота, форма сечения и другие, а также материал стенок также известны из уровня техники.[46] The secondary oxidizer supply channel 12 supplies the oxidizer to the reaction chamber of the second stage 10 to maintain the combustion process. Providing re-supply of fuel and oxidizer through channels 11 and 12 allows for flame support by igniting the secondary fuel with heat from the primary, which increases the efficiency of safe combustion of the air-fuel mixture for the reason stated above. In the preferred implementation of the burner, the secondary oxidizer supply channel 12 is tangentially connected to the chamber 10. The tangential direction of the channel 12 means its orientation tangential to the inner wall of the chamber 10. The relative position of the chamber 10 and channel 12 thus improves the mixing of the oxidizer and the air-fuel mixture, thereby ensuring increased efficiency of safe fuel combustion. The geometric characteristics of the channel 12, including its length, width, height, cross-sectional shape and others, as well as the wall material are also known from the prior art.
[47] В реакционной камере второй ступени 10 также установлено вторичное устройство активации окислителя 13. За счет активации окислителей достигается повышение эффективности безопасного сжигания топлива, поскольку процесс горения топлива происходит более интенсивно по описанному выше механизму. Безопасность сжигания топлива в том числе обеспечивается за счет возможности контроля над процессом активации с помощью изменения мощности устройства 13. В одном из вариантов горелки вторичное устройство активации окислителя 13 расположено вблизи сопряжения реакционной камеры 10 и дополнительного канала подачи окислителя 12, например, как показано на Фиг. 1, и выполнено в виде электродного блока диффузионного разряда. Такое выполнение дополнительно повышает эффективность сжигания топлива, поскольку взаимное расположение камеры 10 и устройства 13 позволяет подвергнуть активации большее число молекул окислителя перед их контактом с топливом и обеспечить безопасность сжигания за счет контроля параметров электродного блока, в числе которых расстояние между электродами, подаваемое напряжение и другие. Кроме того, электродный блок за счет своей конструкции и расположения охлаждается поступающим через канал 15 потоком окислителя, что обеспечивает его стабильную работу и также повышает безопасность сжигания топлива. Другие возможные варианты расположения устройства 13 в камере 10, а также его мощность очевидны для специалиста.[47] A secondary oxidizer activation device 13 is also installed in the reaction chamber of the second stage 10. By activating the oxidizers, an increase in the efficiency of safe fuel combustion is achieved, since the fuel combustion process occurs more intensively according to the mechanism described above. The safety of fuel combustion is also ensured by the ability to control the activation process by changing the power of the device 13. In one of the burner options, the secondary oxidizer activation device 13 is located near the interface of the reaction chamber 10 and the additional oxidizer supply channel 12, for example, as shown in Fig. . 1 , and is made in the form of a diffusion discharge electrode block. This implementation further increases the efficiency of fuel combustion, since the relative position of the chamber 10 and the device 13 allows a larger number of oxidizer molecules to be activated before their contact with the fuel and ensures the safety of combustion by controlling the parameters of the electrode block, including the distance between the electrodes, the applied voltage, and others . In addition, the electrode block, due to its design and location, is cooled by the oxidizer flow entering through channel 15, which ensures its stable operation and also increases the safety of fuel combustion. Other possible options for the location of the device 13 in the chamber 10, as well as its power, are obvious to a specialist.
[48] Теплоизоляционный кожух 14 представляет собой корпус, значительно снижающий тепловыделение горелки вовне. Он расположен коаксиально первой ступени горелки 1 и повышает безопасность эксплуатации горелки за счет сниженного теплового воздействия во внешнюю среду, а также повышает эффективность безопасного сжигания топлива, поскольку препятствует тепловым потерям в горелке. Коаксиальное расположение кожуха 14 и первой ступени горелки 1 позволяет теплоизолировать первую ступень горелки 1 и за счет этого использовать потери тепла первой ступени 1 для нагрева второй 2. Снижение потерь ведет к сохранению тепла в магистрали, а, значит, к более активному протеканию реакции горения горючего, что обеспечивает достижение технического результата. Материал кожуха 14, а также его форма и толщина очевидны для специалиста.[48] The thermal insulation casing 14 is a housing that significantly reduces the heat emission of the burner to the outside. It is located coaxially with the first stage of burner 1 and increases the safety of operation of the burner due to reduced thermal impact on the external environment, and also increases the efficiency of safe fuel combustion, since it prevents heat losses in the burner. The coaxial arrangement of the casing 14 and the first stage of the burner 1 makes it possible to thermally insulate the first stage of the burner 1 and thereby use the heat losses of the first stage 1 to heat the second 2. Reducing losses leads to the conservation of heat in the line, and, therefore, to a more active combustion reaction of the fuel , which ensures the achievement of a technical result. The material of the casing 14, as well as its shape and thickness, are obvious to one skilled in the art.
[49] В представленной наилучшей реализации коаксиальная ступенчатая горелка факельного сжигания топливовоздушной смеси работает следующим образом. С помощью источника питания на устройства активации окислителя 7 в виде электродного блока подается напряжение. После подачи напряжения на электроды от источника высокого напряжения переменного тока в межэлектродном пространстве возникает контролируемый электрический разряд, реализованный в виде плазмы. В области плазмы разряда происходит интенсивная диссоциация молекул на атомы и частичная ионизация атомов, что значительно увеличивает реакционную активность окислителя. Далее запускают устройство нагрева топливовоздушной смеси 6 и нагревают его поверхность до температур, позволяющих частицам топлива вступить в реакцию окисления в химически активной среде окислителя. По первичному каналу подачи окислителя 4 тангенциально подают газ-окислитель, например, воздух, по дополнительному каналу подачи окислителя в первую ступень 9 и по вторичному каналу подачи окислителя 12 также тангенциально подают окислитель. По первичному каналу подачи топливовоздушной смеси 5 тангенциально подают топливовоздушную смесь, например, пылеугольную смесь. Смесь контактирует с нагретой поверхностью устройства активации топливовоздушной смеси 6 и становится более реакционно способной. Окислитель и горючее движутся в основном канале 3 ступени 1, и часть из них оказывается вблизи устройства активации окислителя 7 с выходящей из него потоком плазмы. В потоке плазмы происходит интенсивная диссоциация молекул и частичная ионизация атомов смеси. Таким образом, высокая степень активации топлива и окислителя реализуется реакцией горения с выделением тепла и образованием факела. В результате наличия завихрителей 8, а также тангенциальной подачи окислителя и топливовоздушной смеси происходит интенсивное смешение частиц топлива и воздуха, что приводит к активному процессу горения и движения факела с более равномерным теплообменом между слоями. Наличие теплоизоляционного кожуха 14 обеспечивает безопасность эксплуатации горелки и препятствует тепловым потерям, поддерживая тем самым интенсивность воспламенения и горения. Постепенно факел увеличивается в объеме и движется из первой ступени 1 горелки во вторую ступень 2 под воздействием потоков воздуха. В это время по вторичному каналу подачи топливовоздушной смеси 11 тангенциально подают топливовоздушную смесь, а по дополнительному каналу подачи окислителя во вторую ступень 15 подают окислитель. Аналогичным образом происходит активация окислителя на вторичном устройстве активации 13, выполненным в виде электродного блока. Пылевоздушная смесь, поданная по каналу 11, воспламеняется в результате воздействия на нее факела из основного канала ступени 3, приводя к воспламенению топливовоздушной смеси в реакционной камере второй ступени 10, расположенной коаксиально ступени 1. В результате полностью воспламененная смесь подается в топочное пространство с последующим догоранием.[49] In the presented best implementation, a coaxial staged air-fuel mixture flare burner operates as follows. Using a power source, voltage is supplied to the oxidizer activation devices 7 in the form of an electrode block. After applying voltage to the electrodes from a high voltage alternating current source, a controlled electrical discharge occurs in the interelectrode space, realized in the form of plasma. In the region of the discharge plasma, intense dissociation of molecules into atoms and partial ionization of atoms occurs, which significantly increases the reactivity of the oxidizer. Next, the fuel-air mixture heating device 6 is started and its surface is heated to temperatures that allow fuel particles to enter into an oxidation reaction in a chemically active oxidizer environment. An oxidizer gas, for example, air, is tangentially supplied through the primary oxidizer supply channel 4, an oxidizer is also tangentially supplied through an additional oxidizer supply channel to the first stage 9, and an oxidizer is also tangentially supplied through the secondary oxidizer supply channel 12. Through the primary channel for supplying the air-fuel mixture 5, a fuel-air mixture, for example, a pulverized coal mixture, is supplied tangentially. The mixture comes into contact with the heated surface of the air-fuel mixture activation device 6 and becomes more reactive. The oxidizer and fuel move in the main channel 3 of stage 1, and some of them end up near the oxidizer activation device 7 with the plasma flow coming out of it. In the plasma flow, intense dissociation of molecules and partial ionization of the atoms of the mixture occur. Thus, a high degree of activation of the fuel and oxidizer is realized by the combustion reaction with the release of heat and the formation of a torch. As a result of the presence of swirlers 8, as well as the tangential supply of the oxidizer and air-fuel mixture, intensive mixing of fuel and air particles occurs, which leads to an active combustion process and torch movement with more uniform heat transfer between the layers. The presence of a heat-insulating casing 14 ensures safe operation of the burner and prevents heat losses, thereby maintaining the intensity of ignition and combustion. Gradually the torch increases in volume and moves from the first stage 1 of the burner to the second stage 2 under the influence of air flows. At this time, the fuel-air mixture is tangentially supplied through the secondary supply channel 11, and the oxidizer is supplied to the second stage 15 through the additional oxidizer supply channel. In a similar way, the oxidizer is activated on the secondary activation device 13, made in the form of an electrode block. The dust-air mixture supplied through channel 11 is ignited as a result of exposure to a torch from the main channel of stage 3, leading to ignition of the fuel-air mixture in the reaction chamber of the second stage 10, located coaxially to stage 1. As a result, the fully ignited mixture is fed into the combustion space with subsequent combustion .
[50] Таким образом, упомянутые элементы напрямую влияют на технический результат, заключающийся в повышении эффективности воспламенения и сжигания топливовоздушной смеси при обеспечении безопасности эксплуатации горелки, в том числе за счет выполнения горелки ступенчатой, что позволяет осуществлять воспламенение топливной смеси последующей ступени за счет розжига предыдущей. Обеспечение безопасности эксплуатации горелки достигается при этом за счет наличия теплоизолирующего кожуха, который в том числе обеспечивает возможность теплообмена между реакционной камерой первой ступени и потоком воздуха второй ступени.[50] Thus, the mentioned elements directly affect the technical result, which consists in increasing the efficiency of ignition and combustion of the air-fuel mixture while ensuring safe operation of the burner, including through the design of the burner in stages, which allows the fuel mixture of the next stage to be ignited by igniting the previous one . Ensuring safe operation of the burner is achieved due to the presence of a heat-insulating casing, which, among other things, ensures the possibility of heat exchange between the reaction chamber of the first stage and the air flow of the second stage.
[51] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки запрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов соответствующей области техники.[51] These application materials provide a preferred disclosure of the implementation of the claimed technical solution, which should not be used as limiting other, private embodiments of its implementation, which do not go beyond the scope of the requested scope of legal protection and are obvious to specialists in the relevant field of technology.
Claims (10)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2813936C1 true RU2813936C1 (en) | 2024-02-19 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100316966A1 (en) * | 2009-06-16 | 2010-12-16 | Boettcher Andreas | Burner arrangement for a combustion system for combusting liquid fuels and method for operating such a burner arrangement |
| RU2455569C1 (en) * | 2008-04-01 | 2012-07-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Burner |
| RU2613105C2 (en) * | 2012-07-05 | 2017-03-15 | Сермета | Surface combustion gas burner |
| RU2704178C1 (en) * | 2019-02-21 | 2019-10-24 | Общество с ограниченной ответственностью "КОТЭС Инжиниринг" | Flare combustion device |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2455569C1 (en) * | 2008-04-01 | 2012-07-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Burner |
| US20100316966A1 (en) * | 2009-06-16 | 2010-12-16 | Boettcher Andreas | Burner arrangement for a combustion system for combusting liquid fuels and method for operating such a burner arrangement |
| RU2613105C2 (en) * | 2012-07-05 | 2017-03-15 | Сермета | Surface combustion gas burner |
| RU2704178C1 (en) * | 2019-02-21 | 2019-10-24 | Общество с ограниченной ответственностью "КОТЭС Инжиниринг" | Flare combustion device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100927873B1 (en) | Staged combustion system with ignition-assisted fuel lances | |
| CA2195074C (en) | Low nox burner | |
| CN107420892A (en) | A kind of outer circulation smoke backflow formula all-premixing burner | |
| JPH0240923B2 (en) | ||
| RU2466331C1 (en) | Kindling coal burner | |
| US3825400A (en) | Gas fuel blowpipe for burning reaction gas mixtures | |
| RU2813936C1 (en) | Coaxial stepped burner of flare combustion of fuel-air mixture | |
| RU2294486C1 (en) | Pulverized-coal burner | |
| CN104132343A (en) | Radiant tube combustor | |
| RU2766193C1 (en) | Method for stepwise combustion of pulverised coal fuel and apparatus for implementing the method | |
| RU2731081C1 (en) | Method for flare combustion of a fuel-air mixture and device for realizing a method using an electro-ionization igniter | |
| RU2174649C2 (en) | Pulverized-coal lighting-up burner and method of its operation | |
| RU2731087C1 (en) | Method for flare combustion of fuel-air mixture and device for implementation of method | |
| KR890000328B1 (en) | Combustion of coal-water slurries | |
| RU2778593C1 (en) | Method for the ignition and flare combustion of an air-fuel mixture and apparatus for the implementation of the method | |
| RU2230991C2 (en) | Method of lighting-up and/or stabilization of pulverized coal flame in boiler units | |
| JP3680659B2 (en) | Combustion apparatus and combustion method | |
| RU2779675C1 (en) | Method for flare combustion of an air-fuel mixture and apparatus for the implementation of the method | |
| RU2180077C1 (en) | Method firing-up boiler unit provided with vortex burner and plant for realization of this method | |
| CN220269371U (en) | Heating furnace burner | |
| RU2821304C2 (en) | Burner, device and method of firing ceramic articles | |
| CN216281382U (en) | High-speed burner with integrated heat exchanger and heating function | |
| RU115869U1 (en) | CONCENTRATED DUST BURNER | |
| CN212565758U (en) | Low-heat value fuel gas burner | |
| RU2171429C1 (en) | Turbulent burner |