×
27.12.2014
216.013.14ae

СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В ВИХРЕВОЙ ТОПКЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к теплоэнергетике, а более конкретно, к способу устойчивости и эффективности процесса сжигания топлива в вихревой топке энергетической установки. Способ включает формирование и стабилизацию вихревого потока. Формирование вихревого потока осуществляют за счет симметричного и зеркального расположения горелок на противоположных стенках вихревой топки и направленного выхода горячего газа, а стабилизацию осуществляют за счет разделения основного вихревого потока, как минимум, на два сопряженных вихря, которые образуют за счет изменения угла наклона внутренней поверхности нижнего пода и смещения выпускных отверстий верхнего пода вихревой топки, при этом векторы вращательной и поступательной скоростей движения сопряженных вихрей относительно продольной оси вихревой топки выполняют по траектории двойной спирали в одном направлении, в то время как векторы угловых скоростей вращения сопряженных вихрей вокруг их собственных осей направляют в противоположные стороны друг относительно друга. Изобретение позволяет повысить устойчивость и эффективность сжигания топлива в вихревой топке энергетической установки, исключает использование дорогостоящего и сложного в эксплуатации оборудования. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к теплоэнергетике, а более конкретно, к способу устойчивости и эффективности процесса сжигания топлива в вихревой топке энергетической установки. Изобретение может быть использовано в других областях промышленности, в частности в установках по глубокой переработке угля в другие виды топлива или при утилизации промышленных и бытовых отходов.

Эффективность процесса горения связана со временем удержания частиц топлива в реакционной зоне - чем больше частички топлива находятся при высокой температуре внутри топки, тем более эффективно используется его теплотворная способность. Время удержания можно увеличивать как за счет турбулизации потока, так и за счет его стабилизации внутри замкнутого пространства. Известен способ стабилизации вихревого потока путем регулирования его параметров [патент РФ №2174875, 2001 г., B04C 5/04; B01D 45/12], включающий ввод газа через тангенциальные щелевые каналы с изменяемой геометрией. При регулировании параметров вихревого потока изменениям подвергают тангенциальную составляющую скорости движения вихревого потока и его сечение, оптимальные значения которых достигаются за счет изменения пропускной способности тангенциальных щелевых каналов.

Данный способ эффективен для камер сгорания ракетных двигателей, но он практически неприемлем для установок большой и малой энергетики, в которых устойчивость и эффективность процесса сжигания топлива выходит на первый план, а недожог и пережог топлива напрямую связан с их рентабельностью. В известном способе стабилизации вихревого потока турбулизация струи способствует повышению ее эффективности, но не решает вышеуказанных проблем большой и малой энергетики. К тому же он весьма трудоемок и дорог в процессе реализации.

Известен другой способ и устройство для сжигания угля в вихревой топке [патент РФ №2339874, 2008 г., F23B 7/00; F23K 1/00; F23C 5/24], включающий тангенциальный ввод газа и использование повторного возврата несгоревших частиц топлива в реакционную зону за счет воздействия на них двух вихревых потоков, располагаемых последовательно друг за другом по ходу движения горючего газа. При этом для эффективного возврата несгоревших частиц в реакционную зону используется инертный материал, циркулирующий по замкнутому контуру - первая вихревая камера, вторая вихревая камера, центробежный ловитель для несгоревших частиц топлива, циклон и узел ввода угольного топлива.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа относится то, что известный способ весьма трудоемок в реализации и малоэффективен в процессе эксплуатации ввиду необратимых потерь, которые неизбежны при высокотемпературном рециклинге инертного материала и несгоревших частиц топлива.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому способу является способ сжигания угольной пыли в вихревой топке [патент РФ №2418237, 2010 г., F23C 5/24; F23K 1/00], в котором дожег несгоревших частиц топлива осуществляется при помощи дополнительной горелки, использующей механоактивированный уголь микропомола, и установки ее в зоне взаимодействия двух вихревых потоков, вращающихся в противоположных направлениях относительно друг друга.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что он также как и ранее описанные способы, весьма трудоемок в реализации и малоэффективен в процессе эксплуатации. Установка дезинтегратора и дополнительной горелки для подсветки непосредственно возле вихревой топки накладывает дополнительные требования по безопасности и весьма сильно усложняет процесс регулирования при резком изменении параметров внешней среды и поступления неконденсационного вида топлива.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков регулирования процесса сжигания топлива в вихревой топке энергетической установки.

Указанная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в получении более эффективного и простого способа повышения устойчивости и эффективности процесса сжигания топлива в вихревой топке энергетической установки, исключающего использование дорогостоящего и сложного в эксплуатации оборудования.

Согласно изобретению в способе повышения устойчивости и эффективности процесса сжигания топлива в вихревой топке энергетической установки, включающем формирование и стабилизацию вихревого потока, формирование вихревого потока осуществляют за счет симметричного и зеркального расположения горелок на противоположных стенках вихревой топки и направленного выхода горячего газа, а стабилизацию осуществляют за счет разделения основного вихревого потока, как минимум, на два сопряженных вихря, которые образуют за счет изменения угла наклона внутренней поверхности нижнего пода и смещения выпускных отверстий верхнего пода вихревой топки относительно продольной оси вихревой топки. При этом векторы вращательной и поступательной скоростей движения сопряженных вихрей относительно продольной оси вихревой топки выполняют по траектории двойной спирали в одном направлении, в то время как векторы угловых скоростей вращения сопряженных вихрей вокруг их собственных осей направляют в противоположные стороны друг относительно друга, при их проекции на плоскость перпендикулярную продольной оси вихревой топки.

Указанный технический результат по объекту-способу достигается также тем, что при прямоугольном поперечном сечении вихревой топки предпочтение отдают образованию только одной пары сопряженных вихрей, в то время, как при ее квадратном сечении основной вихревой поток делят уже на две пары сопряженных вихрей, а при круглом ее сечении вихревой поток делят на три и более пар сопряженных вихрей. При этом оси вращения сопряженных вихрей располагаются на равноудаленном расстоянии от близлежащих стенок вихревой топки.

Указанный технический результат по объекту-способу достигается также тем, что направленный выход горячего газа обеспечивают с помощью направляющих управляемых решеток, которые устанавливают в отверстиях верхнего пода вихревой топки.

На фигуре 1 схематично представлен способ формирования и стабилизации вихревого потока при прямоугольном поперечном сечении вихревой топки, где: 1 - продольная ось вихревой топки; 2 - выпускные отверстия для выхода горячего газа; 3 - верхний под вихревой топки; 4 - одна пара сопряженных вихрей; 5 - нижний под; 6 - отклоняющие пластины; , - векторы угловых скоростей вращения сопряженных вихрей вокруг своих осей; . - вектор угловой скорости вращения пары сопряженных вихрей вокруг продольной оси вихревой топки; , - векторы поступательных скоростей движения пары сопряженных вихрей вдоль продольной оси вихревой топки; δ1, δ2 - смещения осей отверстий для выхода газа; - вектор поступательной скорости движения пары сопряженных вихрей.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с помощью указанного технического результата, состоят в следующем. Заявленный способ повышения устойчивости и эффективности процесса сжигания топлива в вихревой топке энергетической установки в большей степени предназначен для нужд большой и малой энергетики, но это не исключает его использование в других отраслях промышленности. Действующие котловые агрегаты обходятся пока без применения таких технологий и современных средств управления, однако ужесточение норм по экологии и их рентабельности вынуждают эксплуатационников обращать внимание на эти проекты. Основным показателем, определяющим рентабельность, сегодня принято считать соотношение «топливо-воздух». От того насколько грамотно будет выбрано это соотношение зависит и экология, и экономичность процесса сжигания. Недостаток воздуха при горении вызывает неполное сгорание и, как следствие, ведет к перерасходу топлива. В то время как избыток воздуха также приводит к перерасходу топлива на нагрев лишнего воздуха в составе отходящих газов. В обоих случаях сжигание топлива сопровождается повышением выбросов в атмосферу высокотоксичных газов. Другой путь к решению данной проблемы лежит в интенсификации процесса сжигания топлива за счет увеличения времени удержания частиц топлива в реакционной зоне. Турбулизация потока способствует не только увеличению времени удержания частиц топлива в реакционной зоне, но и существенно увеличивает поверхность горения, а, следовательно, исключает химический недожог топлива. Однако простые методы турбулизации потока не всегда приносят ожидаемый эффект и, поэтому, отодвигаются на второй план.

Предлагаемый способ трудоемок в процессе исследования, так как визуализация и расчет вихревых потоков для реальных систем практически невыполним, однако, после выявления определенных закономерностей, его использование не вызывает особых трудностей. К таким закономерностям в первую очередь следует отнести формирование и стабилизацию вихревого потока за счет образования сопряженных вихрей. Взаимовлияние сопряженных вихрей друг на друга непредсказуемо и в реальных условиях не всегда может быть выявлено расчетным путем, поэтому вопросы моделирования таких процессов являются первоочередными задачами. Проведенные в ИТ СО РАН модельные эксперименты показали, что при определенной конфигурации сопряженные вихри обладают повышенной устойчивостью к возмущающим факторам и легко поддаются расчету.

В предлагаемом способе вихревой поток формируют и стабилизируют с помощью определенного скейлинга приемов. Горелочные устройства в вихревой топке необходимо располагать симметрично и зеркально на противоположных ее стенках. При этом совершенно неважно, как будет выполнен ее внутренний объем. Он может быть выполнен как в виде прямоугольника, так и в виде квадрата или цилиндра из огнеупорной керамики или из другого материала, например, из жаростойкой высокопрочной листовой стали. Другими необходимыми условиями для образования вихревого потока являются смещение выпускных отверстий для горячего газа 2 на величины δ1 и δ2, относительно продольной оси 1 вихревой топки и наличие отклоняющих пластин 6 (лопаток) в нижнем поде 5 вихревой топки. Этот скейлинг уже позволяет формировать вихревой поток в виде сопряженных вихрей. Еще одним необходимым условием, обеспечивающим устойчивость образующихся сопряженных вихрей, является установка в отверстиях для горячего газа направляющих решеток. С их помощью можно заставить вращаться сопряженные вихри вокруг своих осей как по часовой стрелке, так и против нее, при проекции вектора угловой скорости . на плоскость перпендикулярную продольной оси вихревой топки. Однако при моделировании было обнаружено, что более предпочтительным вариантом для устойчивости сопряженных вихрей относительно друг друга является случай, когда векторы угловых скоростей вращения сопряженных вихрей вокруг их собственных осей, и , направлены в противоположные стороны. Особенно это было наглядно видно при одновременном запуске сразу нескольких пар сопряженных вихрей, когда каждая сопряженная пара вихрей мгновенно начинала взаимодействовать с другой примыкающей к ней парой сопряженных вихрей. В одном случае такое содружество приводило к их смыканию и помпажу, а в другом случае - к взаимному отталкиванию и образованию новой более устойчивой структуры их перемещения относительно продольной оси вихревой топки.

Предлагаемый способ позволяет вести процесс сгорания топлива при весьма малых расходах воздуха, так как уменьшение коэффициента избытка воздуха, помимо снижения потерь теплоты с уходящими газами, также является весьма эффективным средством подавления образования оксидов азота.

Технический эффект от использования предложенного изобретения состоит в следующем. Предложенный способ повышения устойчивости и эффективности процесса сжигания топлива в вихревой топке энергетической установки существенно улучшает как экономические его параметры, так и экологические. Автоматизация процесса сжигания при данном способе не требует ни сложного оборудования, ни дорогостоящих устройств для улучшения его экологических параметров. Его можно использовать как на уже существующих энергетических комплексах, так и на вновь создаваемых. Недожог и пережог топлива, как и выброс токсичных газов в данном способе сведены к минимуму.


СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В ВИХРЕВОЙ ТОПКЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 99 items.
10.06.2013
№216.012.4986

Устройство для утилизации тепла конденсации водяного пара и очистки уходящих газов энергетической установки

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а более точно - к устройству утилизации тепла конденсации водяного пара и очистки уходящих газов энергетической установки. Задачей изобретения является повышение эффективности утилизации и очистки выбросов газов. Сущность изобретения: газовый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484402
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.5916

Способ сепарации низкокипящего компонента из смеси паров и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к нефтяной, газовой отраслям промышленности и может быть использована при разделении углеводородных смесей и сжиженных газов. Согласно способу сепарации низкокипящего компонента из смеси паров смесь подают в состоянии пароконденсата и закручивают внутри вертикальной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488427
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.08.2013
№216.012.5dd6

Конденсационная котельная установка (варианты)

Изобретение относится к энергетике. Конденсационная котельная установка включает паровой котел с основным и байпасным газоходами, водяной экономайзер (ЭВ), конденсационный теплообменник-утилизатор теплоты продуктов сгорания топлива (КТУ), дымосос и дымовую трубу, а также поверхностный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489643
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.11.2013
№216.012.7f86

Способ бесконтактной оптико-лазерной диагностики нестационарных режимов вихревых течений и устройство для его реализации

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет исследовать потоки жидкости и газа. Изобретение основано на совместном использовании ЛДА и PIV. Устройство включает импульсный лазер с энергией импульса не менее 120 мДж, частотой срабатывания не менее 16 Гц, две CCD камеры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498319
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.12.2013
№216.012.8dee

Способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов и мусоросжигательный завод для его осуществления

Изобретение относится к области сжигания отходов или низкосортных топлив. Мусоросжигательный завод состоит из бункерного блока, блока сжигания ТБО во вращающейся печи барабанного типа, блока дымоочистки, блока водоподготовки и утилизации тепла, блока утилизации золы, который содержит плавильный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502017
Дата охранного документа: 20.12.2013
20.12.2013
№216.012.8def

Комплексная районная тепловая станция для экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов

Изобретение относится к области сжигания отходов или низкосортных топлив. Комплексная районная тепловая станция для экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов содержит 2 цеха: мусоросжигающий цех (МСЦ) и теплоцех, причем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502018
Дата охранного документа: 20.12.2013
27.01.2014
№216.012.9d33

Трансформаторный плазматрон низкого давления для ионно-плазменной обработки поверхности материалов

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к трансформаторным плазмотронам низкого давления, и может быть использовано в микроэлектронике для обработки полупроводниковых материалов (плазменное травление, оксидирование, очистка поверхности и т.д.), осаждения тонких пленок, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505949
Дата охранного документа: 27.01.2014
10.02.2014
№216.012.9f7d

Оптический способ измерения мгновенного поля толщины прозрачной пленки

Способ может быть использован для бесконтактных, непрерывных измерений толщин прозрачной пленки. Способ включает направленное воздействие лучей света на пленку, их полное внутреннее отражение на границе раздела сред и последующую обработку отраженного света. Источник света помещают над пленкой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506537
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.02.2014
№216.012.a2fb

Инжектор для криогенной жидкости

Изобретение относится к области криогенной и вакуумной техники и касается устройств дозированной выдачи криогенной жидкости в технологические зоны с высоким и сверхвысоким давлением. Инжектор криогенной жидкости включает узел ввода криогенной жидкости, криорезервуар и узел вывода криогенной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507438
Дата охранного документа: 20.02.2014
10.04.2014
№216.012.afd9

Система охлаждения светодиодного модуля

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании эффективных систем охлаждения модулей мощных светодиодов. Технический результат - обеспечение высокоэффективного отвода тепла от расположенных на поверхности модуля полупроводниковых светодиодов при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510732
Дата охранного документа: 10.04.2014
Showing 1-10 of 77 items.
10.06.2013
№216.012.4986

Устройство для утилизации тепла конденсации водяного пара и очистки уходящих газов энергетической установки

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а более точно - к устройству утилизации тепла конденсации водяного пара и очистки уходящих газов энергетической установки. Задачей изобретения является повышение эффективности утилизации и очистки выбросов газов. Сущность изобретения: газовый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484402
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.5916

Способ сепарации низкокипящего компонента из смеси паров и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к нефтяной, газовой отраслям промышленности и может быть использована при разделении углеводородных смесей и сжиженных газов. Согласно способу сепарации низкокипящего компонента из смеси паров смесь подают в состоянии пароконденсата и закручивают внутри вертикальной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488427
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.08.2013
№216.012.5dd6

Конденсационная котельная установка (варианты)

Изобретение относится к энергетике. Конденсационная котельная установка включает паровой котел с основным и байпасным газоходами, водяной экономайзер (ЭВ), конденсационный теплообменник-утилизатор теплоты продуктов сгорания топлива (КТУ), дымосос и дымовую трубу, а также поверхностный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489643
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.11.2013
№216.012.7f86

Способ бесконтактной оптико-лазерной диагностики нестационарных режимов вихревых течений и устройство для его реализации

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет исследовать потоки жидкости и газа. Изобретение основано на совместном использовании ЛДА и PIV. Устройство включает импульсный лазер с энергией импульса не менее 120 мДж, частотой срабатывания не менее 16 Гц, две CCD камеры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498319
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.12.2013
№216.012.8dee

Способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов и мусоросжигательный завод для его осуществления

Изобретение относится к области сжигания отходов или низкосортных топлив. Мусоросжигательный завод состоит из бункерного блока, блока сжигания ТБО во вращающейся печи барабанного типа, блока дымоочистки, блока водоподготовки и утилизации тепла, блока утилизации золы, который содержит плавильный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502017
Дата охранного документа: 20.12.2013
20.12.2013
№216.012.8def

Комплексная районная тепловая станция для экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов

Изобретение относится к области сжигания отходов или низкосортных топлив. Комплексная районная тепловая станция для экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов содержит 2 цеха: мусоросжигающий цех (МСЦ) и теплоцех, причем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502018
Дата охранного документа: 20.12.2013
27.01.2014
№216.012.9d33

Трансформаторный плазматрон низкого давления для ионно-плазменной обработки поверхности материалов

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к трансформаторным плазмотронам низкого давления, и может быть использовано в микроэлектронике для обработки полупроводниковых материалов (плазменное травление, оксидирование, очистка поверхности и т.д.), осаждения тонких пленок, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505949
Дата охранного документа: 27.01.2014
10.02.2014
№216.012.9f7d

Оптический способ измерения мгновенного поля толщины прозрачной пленки

Способ может быть использован для бесконтактных, непрерывных измерений толщин прозрачной пленки. Способ включает направленное воздействие лучей света на пленку, их полное внутреннее отражение на границе раздела сред и последующую обработку отраженного света. Источник света помещают над пленкой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506537
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.02.2014
№216.012.a2fb

Инжектор для криогенной жидкости

Изобретение относится к области криогенной и вакуумной техники и касается устройств дозированной выдачи криогенной жидкости в технологические зоны с высоким и сверхвысоким давлением. Инжектор криогенной жидкости включает узел ввода криогенной жидкости, криорезервуар и узел вывода криогенной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507438
Дата охранного документа: 20.02.2014
10.04.2014
№216.012.afd9

Система охлаждения светодиодного модуля

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании эффективных систем охлаждения модулей мощных светодиодов. Технический результат - обеспечение высокоэффективного отвода тепла от расположенных на поверхности модуля полупроводниковых светодиодов при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510732
Дата охранного документа: 10.04.2014
+ добавить свой РИД