RU2277202C2 - Топка для сжигания при высоких температурах - Google Patents
Топка для сжигания при высоких температурах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2277202C2 RU2277202C2 RU2003124083/06A RU2003124083A RU2277202C2 RU 2277202 C2 RU2277202 C2 RU 2277202C2 RU 2003124083/06 A RU2003124083/06 A RU 2003124083/06A RU 2003124083 A RU2003124083 A RU 2003124083A RU 2277202 C2 RU2277202 C2 RU 2277202C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- furnace
- cooling medium
- opening
- oxidizing agent
- fuel
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
- F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
- F23D14/78—Cooling burner parts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2214/00—Cooling
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/30—Technologies for a more efficient combustion or heat usage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к топке для сжигания материалов при высоких температурах. Способ сжигания материалов содержит топку, включающую полую трубу топки, имеющую конец, на котором происходит сжигание, открытый конец для выпуска и внутреннюю стенку, крышку топки, размещенную на конце полой трубы топки, на котором происходит сжигание, средство для подачи топлива в крышку топки, имеющую отверстие для выпуска топлива во внутреннюю часть полой трубы топки, причем отверстие для выпуска топлива размещено вблизи продольной оси полой трубы топки, средство для подачи окислителя в крышку топки, имеющую отверстие для выпуска окислителя во внутреннюю часть полой трубы топки, причем отверстие для выпуска окислителя размещено между продольной осью полой трубы топки и внутренней стенкой полой трубы топки, а также средство для подачи охлаждающей среды в крышку топки, имеющую отверстие для выпуска охлаждающей среды во внутреннюю часть полой трубы топки, причем отверстие для выпуска охлаждающей среды размещено между отверстием для выпуска окислителя и внутренней стенкой полой трубы топки. Топливо подают в средство для подачи топлива и окислитель в средство для подачи окислителя, инициируют реакцию сжигания между топливом и окислителем для производства горячих отходящих продуктов, и подают газообразную охлаждающую среду в средство для подачи охлаждающей среды, и создают поток газообразной охлаждающей среды между реакцией сжигания и внутренней стенкой полой трубы топки. Газообразная охлаждающая среда представляет собой главным образом либо водяной пар, либо смесь водяного пара и двуокиси углерода, либо частично состоит из горячих отходящих продуктов реакции сжигания. Способ сжигания материалов, кроме того, заключается в том, что направляют горячие отходящие продукты в теплообменник и передают часть тепла от горячих отходящих продуктов охлаждающей среде. Окислитель представляет собой обогащенный воздух, имеющий, по меньшей мере, 28% газообразного кислорода. Изобретение позволяет снизить количество энергии, передаваемой стенкам топки, для обеспечения сжигания при высоких температурах и снизить образование оксидов азота в продуктах сгорания. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
Это изобретение относится к топке и, более конкретно, к топке для сжигания при высоких температурах, в которой внутренняя стенка топки защищена от теплоты сгорания посредством, главным образом, газового экрана, и в которой газовый экран, в основном, составлен из водяного пара или двуокиси углерода, или сочетания водяного пара и двуокиси углерода.
Реакции сжигания при высоких температурах являются целесообразными, потому что они содействуют превращению окиси углерода в двуокись углерода, сжиганию относительно больших органических молекул и сжиганию "сажи". Реакция сжигания при высоких температурах приводит в результате к меньшему образованию загрязнений, чем сжигание при более низких температурах, при одном и том же источнике топлива.
Использование топок для того, чтобы производить или содержать реакции сжигания при высоких температурах, хорошо известно, и различные способы были внедрены для того, чтобы создать возможность сжигания при высоких температурах. Когда температура реакции сжигания возрастает, что происходит, когда окислитель представляет собой обогащенный воздух (воздух, имеющий большее содержание кислорода, чем встречается в природе) или почти чистый кислород, становится необходимым либо изготовлять топку из термостойких материалов, таких как огнеупоры (или так называемые огнеупорные металлы), или предусмотреть средство для охлаждения стенок топки, то есть отвести тепловую энергию, которая передается стенкам топки посредством реакции сжигания.
Огнеупорные материалы, как керамические, так и металлические, имеют тенденцию повышать стоимость как исходного материала, так и изготовления, по сравнению с обычно изготавливаемыми материалами, такими как низколегированные стали.
В то время как охлаждающая рубашка обеспечивает средство для охлаждения стенок топки, конструкция охлаждающей рубашки повышает стоимость изготовления, поэтому она может быть желательной, но не является необходимой на практике по настоящему изобретению.
В патенте США 4416613, выданном на имя Barisoff, описана топка с трубкой для подвода сжатого воздуха (трубчатая), в которой пламя содержится в трубчатой топке, и топка включает рубашку, в которой проходит воздух как охлаждающая среда. Воздух из окружающей среды проходит через рубашку в противоточном направлении, и весь охлаждающий воздух выпускается через процесс сжигания. Часть охлаждающего воздуха используется в процессе сжигания, и остаток охлаждающего воздуха "удаляется через кольцевой конец (27) как кольцевой газовый экран (32) между наружной стенкой внутреннего трубчатого экрана (25) и центральным пламенем (33)" (см. Barisoff, колонка 9, строка 23).
Кольцевой газовый экран по настоящему изобретению отличается от того, что был описан в патенте США 4416613 на имя Barisoff, важными аспектами. Например, в изобретении на имя Barisoff используется только воздух как охлаждающая среда, в то время как в настоящем изобретении используется газ, который составлен главным образом из водяного пара или двуокиси углерода, в отличие от несущественных количеств водяного пара или двуокиси углерода, присутствующих в окружающем воздухе.
В патенте США 5372857 на имя Browning описана трубчатая топка, в которой процесс сжигания протекает во внутренней трубе и в которой предусмотрена рубашка, причем охлаждающая среда внутри рубашки охарактеризована как пар. Изобретатель отмечает, что охлаждение достигается посредством испарения воды, проходящей поверх (снаружи) трубы, в которой содержится реакция сжигания (колонка 1, строка 39 и колонка 3, строки 8-11 и строки 21-23).
В патенте США 4931013 на имя Brahmbatt и др. описана топка, которая имеет концентрические проходы для поступления воздуха, топлива и кислорода. Эти проходы предназначены для облегчения смешения этих трех компонентов на конце или торце топки, на котором имеет место реакция сжигания. Описана концентрическая конструкция, и в основной части описания охарактеризован эффект охлаждения при проходе воздуха для горения через топку для того, чтобы устранить необходимость в дополнительном охлаждении топки. Хотя в этом устройстве не содержится пламени или процесса сжигания, охлаждение является желательным для защиты самого конца топки.
В патенте США 5217363 на имя Brais и др. описана топка, которая имеет концентрические проходы для поступления воздуха, топлива и кислорода. По-видимому, патент имеет те же главные цели, что и патент '013, и имеет рубашку, которая расположена так, чтобы охлаждать наружную стенку топки потоком воздуха.
В патенте США 5454712 на имя Yap описана топка, при этом топка защищена от самой высокой теплоты пламени посредством наличия завихрения потока воздуха, которое объединяет горение на расстоянии от топки.
В патенте США 4642047 на имя Gitman описана топка, имеющая охлаждающую рубашку, заполненную жидкостью.
В патенте США 4666397 на имя Wenning и др. описана топка, которая имеет полое сопло, которое может охлаждаться путем прохода среды внутрь полой части сопла, снаружи объема, который занимает реакция сжигания.
В патенте США 4887800 на имя Hotta и др. описано сопло для сжигания угля, в котором сопло охлаждается водяной рубашкой.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении рассматривается блок трубчатой топки (обычно полой цилиндрической формы), который имеет средства для введения топлива и окислителя в центральную область на одном конце топки и может быть снабжен средством для воспламенения топлива. Блок топки в соответствии с настоящим изобретением также имеет отверстия около или вблизи конца топки, на котором начинается сжигание, для введения газообразной среды, которая проходит в виде завесы вблизи внутренней стенки топки. Подаваемая газообразная среда состоит из вещества, которое имеет относительно высокую теплоемкость (т.е. требует относительно высокого количества тепловой энергии, чтобы повысить температуру единицы массы), как, например, водяной пар или двуокись углерода, в отличие от использования смеси типа воздуха для передачи некоторого количества тепловой энергии.
Температура сжигания имеет тенденцию к повышению, когда окислитель становится более концентрированным, т.е. когда процентное содержание кислорода в окислителе повышается, то повышается и температура сжигания. Когда используется почти чистый кислород, создается очень высокая температура, в ряде случаев такая высокая, как примерно 5000 градусов по Фаренгейту. Использование высоких концентраций кислорода требуется для того, чтобы свести к минимуму образование оксидов азота, но в результате создается пламя, которое является очень ярким и излучающим.
Настоящее изобретение основано на том, что кольцевой поток или завеса, состоящие главным образом из водяного пара или двуокиси углерода, или смеси водяного пара и двуокиси углерода, размещается между реакцией сжигания и внутренней стенкой топки. Кольцевой поток охлаждающей среды действует так, чтобы перехватывать и абсорбировать часть тепла сжигания перед тем, как оно будет передано стенке топки посредством излучения, теплопроводности и передачи конвекцией тепловой энергии реакции сжигания. Водяной пар и двуокись углерода являются желательными для этого процесса, потому что эти соединения являются относительно эффективными и готовыми поглотителями энергии, излучаемой раскаленными добела продуктами реакции сжигания при высоких температурах.
Возможно регулировать или модулировать температуру стенки топки путем изменения массового расхода и состава охлаждающей среды, например путем изменения отношения водяного пара к двуокиси углерода, или путем введения других компонентов в поток охлаждающей среды, или путем регулирования температуры на входе газообразной охлаждающей среды, или путем сочетания этих факторов.
В связи с тем, что можно поддерживать температуру трубы топки кольцевым потоком охлаждающей среды, нет необходимости обеспечивать охлаждение трубы топки снаружи. Топка в соответствии с настоящим изобретением может иметь трубу топки, которая эффективно изолирована (как, например, вакуумной рубашкой или другой теплоизоляционной средой) и создает унос теплоты сгорания газообразной охлаждающей средой.
Задачей настоящего изобретения является уменьшение количества энергии, передаваемой стенкам топки, так чтобы данная топка могла работать при более высокой температуре сжигания, чем это было бы возможно без газовой завесы.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства низкой стоимости для осуществления сжигания при высоких температурах.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение сжигания топлива с использованием почти чистого кислорода для того, чтобы свести к минимуму образование оксидов азота.
Настоящее изобретение относится к топке для сжигания при высоких температурах, которая может быть приспособлена и отрегулирована для того, чтобы оптимизировать реакцию сжигания. Отличительные признаки изобретения будут ясными из вышеизложенного и из последующего описания показанных конструктивных исполнений, которые рассматриваются вместе с прилагаемыми чертежами и пунктами формулы изобретения.
В итоге и в соответствии с приведенным выше описанием вышеупомянутые задачи достигаются в следующих конструктивных исполнениях.
Высокотемпературная топка содержит
полую трубу топки, имеющую конец, на котором происходит сжигание, открытый конец для выпуска и внутреннюю стенку;
крышку топки, размещенную на конце полой трубы топки, на котором происходит сжигание;
средство для подачи топлива в крышку топки, имеющую отверстие для выпуска топлива во внутреннюю часть полой трубы топки, причем отверстие для выпуска топлива размещено вблизи продольной оси полой трубы топки;
средство для подачи окислителя в крышку топки, имеющую отверстие для выпуска окислителя во внутреннюю часть полой трубы топки, причем отверстие для выпуска окислителя размещено между продольной осью полой трубы топки и внутренней стенкой полой трубы топки;
средство для подачи охлаждающей среды в крышку топки, имеющую отверстие для выпуска охлаждающей среды во внутреннюю часть полой трубы топки, причем отверстие для выпуска охлаждающей среды размещено между отверстием для выпуска окислителя и внутренней стенкой полой трубы топки.
Причем полая труба топки может быть изготовлена из керамического материала или из карбида кремния.
В топке отверстие для выпуска окислителя представляет собой ряд отверстий, расположенных по кольцу с промежутками, и отверстие для выпуска охлаждающей среды представляет собой ряд отверстий, расположенных по кольцу с промежутками, или отверстие для выпуска окислителя представляет собой отверстие в форме кольца и отверстие для выпуска охлаждающей среды представляет собой отверстие в форме кольца.
Способ сжигания материалов содержит следующие стадии:
обеспечивают топку, включающую полую трубу топки, имеющую конец, на котором происходит сжигание, открытый конец для выпуска и внутреннюю стенку;
крышку топки, размещенную на конце полой трубы топки, на котором происходит сжигание;
средство для подачи топлива в крышку топки, имеющую отверстие для выпуска топлива во внутреннюю часть полой трубы топки, причем отверстие для выпуска топлива размещено вблизи продольной оси полой трубы топки;
средство для подачи окислителя в крышку топки, имеющую отверстие для выпуска окислителя во внутреннюю часть полой трубы топки, причем отверстие для выпуска окислителя размещено между продольной осью полой трубы топки и внутренней стенкой полой трубы топки;
средство для подачи охлаждающей среды в крышку топки, имеющую отверстие для выпуска охлаждающей среды во внутреннюю часть полой трубы топки, причем отверстие для выпуска охлаждающей среды размещено между отверстием для выпуска окислителя и внутренней стенкой полой трубы топки;
подают топливо в средство для подачи топлива и окислитель в средство для подачи окислителя;
начинают реакцию сжигания между топливом и окислителем для производства горячих отходящих продуктов;
подают газообразную охлаждающую среду в средство для подачи охлаждающей среды и создают поток газообразной охлаждающей среды между реакцией сжигания и внутренней стенкой полой трубы топки.
Газообразная охлаждающая среда представляет собой главным образом водяной пар или смесь водяного пара и двуокиси углерода.
Способ сжигания материалов согласно изобретению может дополнительно содержать следующие стадии:
направляют горячие отходящие продукты в теплообменник;
передают часть тепла от горячих отходящих продуктов охлаждающей среде.
Окислитель представляет собой обогащенный воздух, имеющий, по меньшей мере, 28 процентов газообразного кислорода.
В способе сжигания материалов газообразная охлаждающая среда частично состоит из горячих отходящих продуктов реакции сжигания. В этом случае способ сжигания материалов дополнительно содержит следующие стадии:
направляют горячие отходящие продукты в теплообменник;
передают часть тепла от горячих отходящих продуктов охлаждающей среде через теплообменник.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой вид в частичном вертикальном разрезе блока топки по одному конструктивному исполнению по настоящему изобретению.
Фиг.2 представляет собой вид в разрезе, выполненном по направлению линии "II-II" по фиг.1, и показывает вид с торца одного конструктивного исполнения крышки топки в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3 представляет собой вид в разрезе, выполненном по направлению линии "III-III" по фиг.2.
Фиг.4 представляет собой вид в разрезе альтернативной конструкции крышки топки.
Фиг.5 представляет собой блок-схему способа сжигания топлива с использованием топки по настоящему изобретению.
Фиг.6 представляет собой вид в разрезе, выполненном по направлению линии "VI-VI" по фиг.4.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ИСПОЛНЕНИЙ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном конструктивном исполнении топка по настоящему изобретению содержит полую цилиндрическую трубу топки и крышку для выпуска топлива, окислителя и газообразной охлаждающей среды во внутреннюю часть полой трубы топки.
Нет необходимости, чтобы труба топки была цилиндрической, и преимущества различных форм могут быть доказаны в зависимости от материалов и способов изготовления, которые приемлемы для этих материалов, а также подходят для различных реакций сжигания.
Фиг.1 представляет собой вид в частичном вертикальном разрезе блока топки по одному конструктивному исполнению в соответствии с настоящим изобретением.
Топка состоит из полой цилиндрической трубы 10 топки, в которой будет осуществляться реакция сжигания, и крышки 20 топки, которая имеет отверстия для ввода топлива, окислителя и охлаждающей среды внутрь трубы топки. Крышка 20 топки содержит средство 30 для подачи топлива 83, средства 40, 42 для подачи окислителя 84 и средства 50, 52 для подачи охлаждающей среды 85.
Реакция сжигания между топливом 83 и окислителем 84 представлена как пламя 90 на фиг.1. Часть тепла от реакции сжигания излучается по направлению к внутренней стенке 12 трубы 10 топки. Охлаждающая среда 85 образует кольцевой газовый экран 85', который размещен между реакцией сжигания 90 и внутренней стенкой 12 трубы 10 топки.
Простая форма трубы 10 топки дает возможность изготавливать ее экономически эффективно из огнеупорных материалов, таких как карбид кремния. Характеристика топки в соответствии с настоящим изобретением улучшается путем изготовления внутренних стенок 12 гладкими или отражающими. Внутренние стенки 12 с высокой отражательной способностью направляют обратно энергию сжигания на кольцевой газовый экран 85' и дополнительно уменьшают передачу тепловой энергии к трубе 10 топки.
В предпочтительном конструктивном исполнении труба топки имеет длину примерно 1200 миллиметров, имеет наружный диаметр примерно 450 миллиметров и имеет толщину стенки примерно 10 миллиметров.
Фиг.2 представляет собой вид в разрезе, выполненном по направлению линии "II-II" по фиг.1, и показывает вид с торца одного конструктивного исполнения крышки топки в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3 представляет собой вид в разрезе, выполненном по направлению линии "III-III" по фиг.2.
В конфигурации крышки топки, показанной на фиг.2 и 3, окислитель и охлаждающая среда выпускаются в зону сжигания через ряд отверстий, разделенных промежутками и образующих конфигурацию в форме кольца.
В конструкции крышки топки, показанной на фиг.2 и 3, топливо 83 вводится в крышку 20 топки через отверстие 31 и средства 30 (30а) для подачи топлива. Топливо выходит из крышки топки через центрально размещенное отверстие 23 для выпуска топлива. Размер и форма выпуска топлива изменяются, чтобы соответствовать расходуемому топливу. Например, отверстие 23 для выпуска топлива может иметь такую форму, чтобы создать высокую скорость топлива или распыление, может быть расположено снаружи от поверхности 29 крышки 20 топки или может состоять из множества отверстий.
Окислитель 84 вводится в крышку 20 топки через отверстие 41 и средства 40, 42 (42а) для подачи окислителя. Окислитель входит в пространство 43а, заполненное окислителем, и выходит из крышки топки через множество отверстий 24 для выпуска окислителя. Размер, форма и направление размещения отверстий для выпуска топлива и окислителя могут изменяться для того, чтобы соответствовать различным сочетаниям топлива и окислителя. Например, отверстия для выпуска окислителя могут быть повернуты так, чтобы передавать закручивающее движение реакции сжигания, могут быть направлены так, чтобы образовать коническую форму (т.е. каждый поток окислителя встречается в общей вершине, расположенной на некотором расстоянии от поверхности 29 крышки топки), могут быть направлены так, чтобы образовать цилиндрическую конфигурацию (т.е. каждый поток окислителя направлен параллельно оси трубы 10 топки) или могут быть направлены в виде расходящейся конфигурации.
Охлаждающая среда 85 вводится в крышку 20 топки через отверстие 51 и средства 50, 52 (52а) для подачи охлаждающей среды. Охлаждающая среда входит в пространство 53а, заполненное охлаждающей средой, и выходит из крышки топки через отверстия 25 для выпуска охлаждающей среды. Как и в случае с отверстиями для окислителя, отверстия для охлаждающей среды могут быть расположены таким образом, чтобы создать оптимальный газовый экран, который может изменяться в зависимости от конкретного топлива и окислителя, которые подаются в реакцию сжигания. Вогнутая форма конца 29 крышки 20 топки, на котором начинается сжигание, служит для того, чтобы уменьшить унос газообразной охлаждающей среды в связи с турбулентностью сжигания.
Пространство 53а, заполненное охлаждающей средой, может быть расположено так, чтобы охлаждать крышку 20 топки перед тем, как охлаждающая среда будет выпущена через отверстия 25. Таким образом, пространство 53а, заполненное охлаждающей средой, может содержаться частично внутри средств 52а для подачи охлаждающей среды и частично внутри крышки 20 топки, или даже целиком внутри крышки 20 топки. Пространство 53а, заполненное охлаждающей средой, может также включать канал в виде змеевика или другой формы для того, чтобы отводить тепло от любых горячих точек в крышке топки.
Фиг.4 представляет собой вид в разрезе альтернативной конструкции "крышки" топки.
В конфигурации крышки топки, показанной на фиг.4, окислитель и охлаждающая среда выпускаются в область сжигания через кольцевые отверстия.
Фиг.6 представляет собой вид в разрезе, выполненном по направлению линии "VI-VI" по фиг.4.
В конструкции крышки, показанной на фиг.4 и 6, топливо 83 вводится в реакцию сжигания 90 через отверстие 31' и средство 30b для подачи топлива. Топливо выходит из крышки топки через центрально расположенное отверстие 23' для выпуска топлива.
Окислитель 84 вводится в реакцию сжигания через отверстие 41' и средство 42b для подачи окислителя. Окислитель входит в пространство 43b, заполненное окислителем, и выходит из крышки топки через кольцевое отверстие 26 для выпуска. Размер, форма и направление расположения отверстий для выпуска топлива и окислителя могут изменяться, чтобы соответствовать различным сочетаниям топлива и окислителя.
Охлаждающая среда 85 вводится во внутреннюю часть трубы 10 топки через отверстие 51' и средство 52b для подачи охлаждающей среды. Охлаждающая среда входит в пространство 53b, заполненное охлаждающей средой, и выходит из крышки топки через кольцевое отверстие 27 для выпуска. Как в случае с кольцевым отверстием для окислителя, кольцевое отверстие для охлаждающей среды может быть расположено таким образом, чтобы создать оптимальный газовый экран, который изменяется в зависимости от конкретного топлива и окислителя, которые подаются в реакцию сжигания. Вогнутая форма конца 29' крышки топки, на котором начинается сжигание, показанного на фиг.4, составляется посредством различных форм средств для подачи топлива, окислителя и охлаждающей среды.
Фиг.5 представляет собой блок-схему способа сжигания топлива с использованием топки по настоящему изобретению.
Топливо 83 и окислитель 84 подаются в топку 100. Также предусмотрена газообразная охлаждающая среда 85с. Топливо и окислитель вовлекаются в реакцию сжигания, и продукты этой реакции в сочетании с нагретой охлаждающей средой выходят из топки 100 как горячие отходящие газы 91а. Горячие отходящие газы проходят через теплообменник 101, который используется для того, чтобы повысить тепло любой входящей рабочей текучей среды 110а. Нагретая рабочая текучая среда 110b может быть использована для различных целей.
Охлажденные отходящие газы 91b проходят через теплообменник 103, где тепло передается составленной охлаждающей среде 85а. Как отмечено выше, охлаждающая среда представляет собой предпочтительно водяной пар, двуокись углерода или сочетание этих двух веществ. Теплообменник 103 может быть использован для превращения жидкой воды 85а в газообразную форму 85b, что требуется для того, чтобы не дать возможности теплу достичь стенок топки. Однако нет необходимости, чтобы теплообменник 103 использовался для превращения жидкой воды в газообразную воду. Предварительный нагрев двуокиси углерода или смеси водяного пара и двуокиси углерода также могут применяться на практике. Предварительно нагретая охлаждающая среда 85b выходит из теплообменника 103, как и дополнительно охлажденные отходящие газы 91с.
Часть фракции 91е из отходящих газов может быть откачана из потока 91с посредством насоса или компрессора 105. Остаток отходящих газов 91d выпускается из цикла. Смесительный клапан 107 используется для соединения фракции отходящих газов 91d и предварительно нагретой охлаждающей среды 85b для того, чтобы создать общий входящий поток охлаждающей среды 85с, используемый для поглощения теплоты сгорания перед тем, как она достигнет стенок топки 100.
Когда окислитель, используемый в топке по настоящему изобретению, становится более обогащенным кислородом, продукты сжигания имеют тенденцию соединяться с водяным паром и двуокисью углерода, так что смешение охлажденных отходящих продуктов с некоторым количеством свежей охлаждающей среды приводит в результате к охлаждению среды, которая предварительно была составлена из водяного пара и двуокиси углерода. Результат в виде низких загрязнений достигается посредством реакции при высоких температурах.
Различные регулирующие контуры могут использоваться для модулирования различных аспектов вышеописанного цикла и для поддержания оптимальной работы блока топки и теплового цикла.
Отличительные черты настоящего изобретения приведены в прилагаемых пунктах формулы изобретения. Чертежи, которые приведены здесь, являются необходимыми для изображения конструктивных отличительных признаков и конструктивных исполнений топки для сжигания при высоких температурах, полезных в практическом применении настоящего изобретения.
Однако для специалистов в данной области техники понятно, что настоящее изобретение может иметь применение на практике в различных альтернативных формах, пропорциях и конфигурациях. Кроме того, предшествующие подробные описания предпочтительных конструктивных исполнений настоящего изобретения представлены только для четкого понимания, и никакие излишние ограничения не должны при этом подразумеваться. В конце концов, все подходящие механические и функциональные эквиваленты вышеупомянутого, которые могут быть очевидными для специалистов в этой области техники, которые имеют к этому отношение, считаются входящими в объем пунктов формулы настоящего изобретения.
Claims (10)
1. Способ сжигания материалов, содержащий следующие стадии:
обеспечивают топку, имеющую
полую трубу топки, имеющую конец, на котором происходит сжигание, открытый конец для выпуска и внутреннюю стенку;
крышку топки, размещенную на конце полой трубы топки, на котором происходит сжигание;
средство для подачи топлива в крышку топки, имеющую отверстие для выпуска топлива во внутреннюю часть полой трубы топки, причем отверстие для выпуска топлива размещено вблизи продольной оси полой трубы топки;
средство для подачи окислителя в крышку топки, имеющую отверстие для выпуска окислителя во внутреннюю часть полой трубы топки, причем отверстие для выпуска окислителя размещено между продольной осью полой трубы топки и внутренней стенкой полой трубы топки, и
средство для подачи охлаждающей среды в крышку топки, имеющую отверстие для выпуска охлаждающей среды во внутреннюю часть полой трубы топки, причем отверстие для выпуска охлаждающей среды размещено между отверстием для выпуска окислителя и внутренней стенкой полой трубы топки;
подают топливо в средство для подачи топлива и окислитель в средство для подачи окислителя;
инициируют реакцию сжигания между топливом и окислителем для производства горячих отходящих продуктов и
подают газообразную охлаждающую среду в средство для подачи охлаждающей среды и создают поток газообразной охлаждающей среды между реакцией сжигания и внутренней стенкой полой трубы топки.
2. Способ сжигания материалов по п.1, в котором газообразная охлаждающая среда представляет собой главным образом водяной пар.
3. Способ сжигания материалов по п.1, в котором газообразная охлаждающая среда представляет собой главным образом смесь водяного пара и двуокиси углерода.
4. Способ сжигания материалов по п.2, дополнительно содержащий стадии:
направляют горячие отходящие продукты в теплообменник и
передают часть тепла от горячих отходящих продуктов охлаждающей среде.
5. Способ сжигания материалов по п.1, в котором окислитель представляет собой обогащенный воздух, имеющий, по меньшей мере, 28% газообразного кислорода.
6. Способ сжигания материалов по п.5, в котором газообразная охлаждающая среда представляет собой главным образом водяной пар.
7. Способ сжигания материалов по п.5, в котором газообразная охлаждающая среда представляет собой главным образом смесь водяного пара и двуокиси углерода.
8. Способ сжигания материалов по п.6, дополнительно содержащий стадии:
направляют горячие отходящие продукты в теплообменник и
передают часть тепла от горячих отходящих продуктов охлаждающей среде.
9. Способ сжигания материалов по п.7, в котором газообразная охлаждающая среда частично состоит из горячих отходящих продуктов реакции сжигания.
10. Способ сжигания материалов по п.9, дополнительно содержащий стадии:
направляют горячие отходящие продукты в теплообменник и
передают часть тепла от горячих отходящих продуктов охлаждающей среде через теплообменник.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/755,350 US6524096B2 (en) | 2001-01-05 | 2001-01-05 | Burner for high-temperature combustion |
| US09/755,350 | 2001-01-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003124083A RU2003124083A (ru) | 2005-01-10 |
| RU2277202C2 true RU2277202C2 (ru) | 2006-05-27 |
Family
ID=25038781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003124083/06A RU2277202C2 (ru) | 2001-01-05 | 2001-12-31 | Топка для сжигания при высоких температурах |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6524096B2 (ru) |
| EP (1) | EP1348093A1 (ru) |
| CA (1) | CA2432186C (ru) |
| MX (1) | MXPA03006073A (ru) |
| RU (1) | RU2277202C2 (ru) |
| WO (1) | WO2002063212A1 (ru) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10342692B4 (de) * | 2003-09-09 | 2006-01-12 | DAS-Dünnschicht Anlagen Systeme GmbH Dresden | Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Schadstoffe enthaltenden Prozessabgasen |
| US6884064B1 (en) | 2003-11-12 | 2005-04-26 | Khd Humboldt Wedag Ag | Burner mechanism for a rotary kiln |
| TWI381897B (zh) * | 2004-12-22 | 2013-01-11 | Taiyo Nippon Sanso Corp | 金屬超微粉之製造方法 |
| DE102006024574A1 (de) * | 2006-05-23 | 2007-11-29 | J. Eberspächer GmbH & Co. KG | Brenner und damit ausgestattetes Brennstoffzellensystem |
| GB0613044D0 (en) * | 2006-06-30 | 2006-08-09 | Boc Group Plc | Gas combustion apparatus |
| EP2014978A1 (de) * | 2007-07-10 | 2009-01-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Verwendung von Inertgasen zur Abschirmung von Oxidator und Brennstoff |
| US9194582B2 (en) * | 2008-07-14 | 2015-11-24 | Cake Energy, Llc | Energy recovery and transfer system and process |
| RU2473839C2 (ru) * | 2008-08-18 | 2013-01-27 | Андритц Ой | Устройство и способ очистки и/или охлаждения щелоковой форсунки |
| CN102439363B (zh) * | 2008-09-26 | 2017-05-03 | 气体产品与化学公司 | 带有再循环烟道气的预燃室的燃烧*** |
| US8454350B2 (en) * | 2008-10-29 | 2013-06-04 | General Electric Company | Diluent shroud for combustor |
| CN101776268A (zh) * | 2010-02-25 | 2010-07-14 | 华北电力大学 | 一种冷却高氢燃气轮机燃烧室燃料喷嘴的方法 |
| EP2703339A1 (en) * | 2012-09-04 | 2014-03-05 | Casale Chemicals S.A. | Burner for the production of synthesis gas |
| KR20180034598A (ko) * | 2015-07-31 | 2018-04-04 | 누베라 퓨엘 셀스, 엘엘씨 | 낮은 NOx 방출물을 갖는 버너 조립체 |
| CN108413436A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-08-17 | 烟台龙源电力技术股份有限公司 | 预燃室装置及燃烧*** |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI811309L (fi) | 1980-05-03 | 1981-11-04 | Stettner & Co | Tillaeggsanordning foer ugnar eller vaermepannor |
| US4416613A (en) * | 1980-08-05 | 1983-11-22 | Barisoff Leonard M | Blowpipe type of burner |
| US4385661A (en) | 1981-01-07 | 1983-05-31 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Downhole steam generator with improved preheating, combustion and protection features |
| US4642047A (en) | 1984-08-17 | 1987-02-10 | American Combustion, Inc. | Method and apparatus for flame generation and utilization of the combustion products for heating, melting and refining |
| DE3440088A1 (de) | 1984-11-02 | 1986-05-07 | Veba Oel Entwicklungs-Gesellschaft mbH, 4650 Gelsenkirchen | Brenner |
| CN1007920B (zh) * | 1985-07-15 | 1990-05-09 | 美国氧化公司 | 烃类流体燃料燃烧、控制方法及装置 |
| DE3545524C2 (de) | 1985-12-20 | 1996-02-29 | Siemens Ag | Mehrstufenbrennkammer für die Verbrennung von stickstoffhaltigem Gas mit verringerter NO¶x¶-Emission und Verfahren zu ihrem Betrieb |
| JPS63171818A (ja) | 1987-01-09 | 1988-07-15 | Nkk Corp | 酸素高炉の羽口 |
| US4931013A (en) | 1989-07-06 | 1990-06-05 | Mg Industries | High-temperature burner |
| US5209656A (en) | 1991-08-29 | 1993-05-11 | Praxair Technology, Inc. | Combustion system for high velocity gas injection |
| US5178921A (en) * | 1991-09-03 | 1993-01-12 | Inland Steel Company | Burner block assembly and material |
| US5217363A (en) | 1992-06-03 | 1993-06-08 | Gaz Metropolitan & Co., Ltd. And Partnership | Air-cooled oxygen gas burner assembly |
| US5267850A (en) * | 1992-06-04 | 1993-12-07 | Praxair Technology, Inc. | Fuel jet burner |
| US5372857A (en) | 1992-12-17 | 1994-12-13 | Browning; James A. | Method of high intensity steam cooling of air-cooled flame spray apparatus |
| US5454712A (en) | 1993-09-15 | 1995-10-03 | The Boc Group, Inc. | Air-oxy-fuel burner method and apparatus |
| JP3486022B2 (ja) * | 1995-10-16 | 2004-01-13 | ジャパン・エア・ガシズ株式会社 | 排ガス処理装置 |
| US5823762A (en) * | 1997-03-18 | 1998-10-20 | Praxair Technology, Inc. | Coherent gas jet |
-
2001
- 2001-01-05 US US09/755,350 patent/US6524096B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-12-31 RU RU2003124083/06A patent/RU2277202C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2001-12-31 MX MXPA03006073A patent/MXPA03006073A/es active IP Right Grant
- 2001-12-31 CA CA2432186A patent/CA2432186C/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-12-31 EP EP01998127A patent/EP1348093A1/en not_active Withdrawn
- 2001-12-31 WO PCT/US2001/050796 patent/WO2002063212A1/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2432186A1 (en) | 2002-08-15 |
| US20020090587A1 (en) | 2002-07-11 |
| RU2003124083A (ru) | 2005-01-10 |
| EP1348093A1 (en) | 2003-10-01 |
| WO2002063212A1 (en) | 2002-08-15 |
| CA2432186C (en) | 2010-03-23 |
| US6524096B2 (en) | 2003-02-25 |
| MXPA03006073A (es) | 2005-02-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2277202C2 (ru) | Топка для сжигания при высоких температурах | |
| CA2627016C (en) | Process and apparatus for low-nox combustion | |
| US4797087A (en) | Method and apparatus for generating highly luminous flame | |
| EP0432153B1 (en) | Method and apparatus for generating highly luminous flame | |
| JP3836542B2 (ja) | 同軸の燃料および酸化剤出口を有するオキシ−燃料バーナー | |
| RU2003131181A (ru) | Способ и система для производства стекла в стекловаренной печи и горелка, предназначенная для использования в указанной печи | |
| EP0781962B1 (en) | Low NOx burner | |
| CA1159353A (en) | Recuperative burners | |
| JPH05141631A (ja) | 囲い内の加熱方法及びバーナ | |
| US5571006A (en) | Regenerative burner, burner system and method of burning | |
| JP2524025B2 (ja) | 低カロリ―ガスの燃焼バ―ナ構造およびその燃焼方法 | |
| US4021191A (en) | Reduction of pollutants in gaseous hydrocarbon combustion products | |
| KR0148590B1 (ko) | 파이프열교환식 가열로의 연소방법 및 장치 | |
| JP2642590B2 (ja) | ガスーバーナ | |
| RU2317499C2 (ru) | Способ и горелка для вращающихся печей | |
| RU2175666C1 (ru) | Установка для производства древесного угля | |
| EP0696707B1 (en) | A regenerative burner combustion system and method of combustion | |
| JPH02217302A (ja) | 吸熱反応のための反応室の中のプロセスガス流を間接的に加熱する方法及びこの方法を実施する装置 | |
| RU18709U1 (ru) | Установка для производства древесного угля | |
| SU1513313A1 (ru) | Горелочное устройство нагревательной печи | |
| JPH05272704A (ja) | 低ｎｏｘ ボイラの構造 | |
| JPS5862414A (ja) | 管状輻射ヒ−タ用のバ−ナ | |
| GB2226121A (en) | Burner with water supply |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150101 |