Способ сжигания, включающий раздельное инжектирование топлива и окислителя, а также устройство для сжигания, предназначенное для осуществления данного способа - RU2003132461A

Реферат

1. Способ сжигания в печи, в которую раздельно инжектируют, по меньшей мере, один вид топлива и, по меньшей мере, один окислитель, при этом поток окислителя включает поток первичного окислителя и поток вторичного окислителя, поток первичного окислителя инжектируют рядом с топливом таким образом, чтобы осуществить первое неполное сжигание, газы, выделяющиеся в результате указанного первого сжигания, также содержат, по меньшей мере, часть указанного топлива, в то время как поток вторичного окислителя инжектируют на некотором расстоянии от потока топлива, большем, чем расстояние между потоком топлива и потоком первичного окислителя самого близкого к потоку топлива, таким образом, чтобы подвергнуться сжиганию вместе с частью топлива, особенно разбавляемого газами, выделяющимися в результате первого сжигания, и еще не вступившей во взаимодействие с окислителем, отличающийся тем, что поток первичного окислителя разделяют, по меньшей мере, на два первичных потока, а именно: по меньшей мере, один быстро смешивающийся первый поток первичного окислителя, инжектируемый в поток топлива таким образом, чтобы быстро подвергнуться реакции сжигания с окружающим его топливом, и, по меньшей мере, один медленно смешивающийся второй поток первичного окислителя, инжектируемый на расстоянии d₁ от первого потока первичного окислителя таким образом, чтобы смешиваться с потоком топлива медленнее, чем, по меньшей мере, один из быстро смешивающихся потоков первичного окислителя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расстояние d₁ равно или меньше 30 см, предпочтительно, 25 см.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что расстояние d₁ равно или меньше десятикратного диаметра d₃ медленно смешивающегося потока первичного окислителя.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что сумма потоков первичного окислителя и вторичного окислителя является приблизительно стехиометрической относительно потока топлива, предпочтительно в пределах ±15% относительно стехиометрического потока.

5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что поток вторичного окислителя состоит из множества потоков вторичного окислителя.

6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что количество вторичного окислителя составляет от 0 до 90%, предпочтительно от 10 до 90% от общего количества инжектируемого окислителя.

7. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что общее количество вторичного окислителя составляет от 50 до 90% от общего количества инжектируемого окислителя, при этом количество первичного окислителя составляет от 10 до 50% от общего количества окислителя.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что общее количество вторичного окислителя составляет от 60 до 80% от общего количества инжектируемого окислителя, при этом количество первичного окислителя составляет от 20 до 40% от указанного общего количества.

9. Способ по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что сумма площадей поперечных сечений отверстий для инжектирования вторичного окислителя равна или превышает 2,5 см².

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что расстояние между быстро смешивающимся потоком первичного окислителя и потоком вторичного окислителя равно d₂, где d₂> 5D и d₂ > d₁, предпочтительно 10D < d₂ < 50D, где D означает диаметр круга с такой же площадью, как и площадь вторичного инжектора, через который подают поток вторичного окислителя.

11. Способ по одному из пп.1-10, отличающийся тем, что быстро смешивающийся первый поток(и) первичного окислителя составляет (составляют) от 5 до 40 об.% от общего количества окислителя, в то время как медленно смешивающийся второй поток(и) первичного окислителя составляет (составляют) от 5 до 95 об.% от общего количества окислителя, при этом возможный баланс окислителя обеспечивают потоки вторичного окислителя.

12. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что медленно смешивающийся второй поток первичного окислителя состоит из множества потоков.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что второй поток первичного окислителя состоит из двух приблизительно одинаковых потоков, расположенных приблизительно на одинаковом расстоянии d₁ от быстро смешивающегося первого потока первичного окислителя, при этом три потока окислителя находятся приблизительно в одной плоскости.

14. Способ по одному из пп.1-13, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один медленно смешивающийся поток первичного окислителя не находится в плоскости, образованной первым потоком первичного окислителя и потоком вторичного окислителя.

15. Способ по одному из пп.1-14, отличающийся тем, что множество вторых потоков первичного окислителя располагают равномерно вокруг первого потока первичного окислителя.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что множество вторых потоков первичного окислителя располагают симметрично по отношению к плоскости, в которой находится первый поток первичного окислителя.

17. Способ по одному из пп.1-16, отличающийся тем, что скорость инжектирования топлива предпочтительно превышает 20 м/с, предпочтительно, равна или ниже Mach 2.

18. Способ по одному из п.17, отличающийся тем, что скорость инжектирования топлива составляет от 20 до 300 м/с.

19. Способ по любому из пп.17 и 18, отличающийся тем, что перед инжектированием топливо может быть подвергнуто предварительному нагреванию.

20. Способ по одному из пп.17-19, отличающийся тем, что во время инжектирования топливо подвергают пульсации, при этом частота пульсации предпочтительно составляет от 0,1 до 3 Гц, более предпочтительно от 0,1 до 1 Гц.

21. Способ по одному из пп.1-20, отличающийся тем, что скорость инжектирования быстро смешивающегося первичного окислителя составляет от 20 м/с до Mach 2.

22. Способ по одному из пп.1-21, отличающийся тем, что скорость инжектирования медленно смешивающегося первичного окислителя составляет от 10 м/с до Mach 1.

23. Способ по одному из пп.1-22, отличающийся тем, что скорость инжектирования вторичного окислителя составляет от 20 м/с до Mach 2.

24. Способ по одному из пп.1-20, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из потоков окислителя перед инжектированием подвергают предварительному нагреванию, при этом скорость его инжектирования может максимально достигать Mach 2.

25. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из потоков окислителя инжектируют в виде пульсации, при этом частота пульсации составляет от 0,1 до 3 Гц, предпочтительно от 0,1 до 1 Гц.

26. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что вторичный окислитель состоит из смеси воздуха, предпочтительно предварительно нагретого воздуха, и кислорода.

27. Способ по п.26, отличающийся тем, что воздух обеспечивает от 5 до 80 об.% от общего содержания кислорода во вторичном окислителе, при этом баланс обеспечивает обогащенный кислородом воздух или по существу чистый кислород.

28. Способ по п.27, отличающийся тем, что воздух составляет от 15 до 40 об.% от общего содержания кислорода.

29. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что инжектируют один или несколько различных видов топлива.

30. Устройство для сжигания с раздельным инжектированием, образуемое блоком, имеющим, по меньшей мере, одно отверстие для инжектирования топлива и, по меньшей мере, одно отверстие для инжектирования окислителя, отличающееся тем, что отверстие для инжектирования топлива имеет, по меньшей мере, одну продольную ось симметрии в направлении потока топлива, при этом инжектор первого окислителя, также имеющий продольную ось симметрии, размещен в отверстии для инжектирования топлива, обе продольные оси симметрии приблизительно параллельны, отверстие для инжектирования второго окислителя расположено на расстоянии d₁от оси симметрии инжектора первого окислителя, где d₁ < 30 см.

31. Устройство по п.30, отличающееся тем, что оно включает, по меньшей мере, один второй блок, в котором предусмотрено отверстие для инжектирования третьего окислителя, имеющее диаметр D, при этом указанное отверстие расположено на расстоянии d₂ от оси симметрии инжектора первого окислителя, где: d₂> 5D и d₂ > d₁, предпочтительно 10D < d₂ < 50D.

32. Устройство по любому из пп.30 и 31, отличающееся тем, что d₁< 10d_3.

33. Устройство по п.31 или 32, отличающееся тем, что D > 0,5 см.

34. Устройство по одному из пп.30-33, отличающееся тем, что блок имеет множество отверстий для инжектирования топлива.

35. Устройство по одному из пп.30-34, отличающееся тем, что блок имеет множество инжекторов первого окислителя.

36. Устройство по одному из пп.30-35, отличающееся тем, что блок имеет множество отверстий для инжектирования второго окислителя.

37. Устройство по одному из пп.30-36, отличающееся тем, что в отверстии для инжектирования топлива размещен инжектор тяжелого жидкого топлива.

38. Устройство по одному из пп.30-37, отличающееся тем, что оно имеет несколько отдельных отверстий для инжектирования одного или более видов топлива.

39. Устройство по одному из пп.30-38, отличающееся тем, что оно включает клапан для разделения первого потока, предназначенный для разделения общего потока окислителя, подаваемого, с одной стороны, в трубопровод для первичного окислителя и, с другой стороны, в трубопровод для вторичного окислителя, соединенный с отверстием для инжектирования третьего окислителя, при этом трубопровод для первичного окислителя связан с клапаном, разделяющим второй поток, с одной стороны, связанный с инжектором для первичного окислителя, а с другой – с отверстием для инжектирования второго окислителя.

40. Устройство по одному из пп.30-39, отличающееся тем, что отверстие для инжектирования третьего вторичного окислителя представляет собой инжектор, имеющий два поперечных сечения, обеспечивая таким образом возможность варьирования скорости и момента окислителя без изменения давления окислителя вверху по его ходу в данном инжекторе.