RU2740240C1 - Counterflow vortex burner - Google Patents
Counterflow vortex burner Download PDFInfo
- Publication number
- RU2740240C1 RU2740240C1 RU2020124083A RU2020124083A RU2740240C1 RU 2740240 C1 RU2740240 C1 RU 2740240C1 RU 2020124083 A RU2020124083 A RU 2020124083A RU 2020124083 A RU2020124083 A RU 2020124083A RU 2740240 C1 RU2740240 C1 RU 2740240C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion chamber
- vortex
- combustion
- swirler
- front wall
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C1/00—Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
- F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Incineration Of Waste (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для сжигания газообразного или жидкого топлива и может быть использовано для обезвреживания газообразных отходов.The invention relates to a device for burning gaseous or liquid fuels and can be used to neutralize gaseous waste.
Из уровня техники известна вихревая горелка, описанная в патенте на изобретение RU 2310794 C1, опубл. 20.11.2007. Известная горелка содержит вихревую камеру, сопло, свечу зажигания, форсунку, обечайку, полусферическую крышку, резьбовой штуцер сжатого воздуха, завихритель, внутренняя оболочка корпуса вихревой камеры состоит из двух участков: цилиндрического и конического. Обечайка имеет один конический участок. Также она имеет диффузор, сопряженный с полусферической крышкой, а сопло выполнено профилированным, внешняя поверхность которого выполнена в виде шнекового закручивающего устройства. Данная вихревая горелка предназначена для розжига камер сгорания ГТУ и стабилизации пламени в них.A vortex burner described in the patent for invention RU 2310794 C1, publ. 20.11.2007. The known burner contains a vortex chamber, a nozzle, a spark plug, a nozzle, a shell, a hemispherical cover, a threaded connection for compressed air, a swirler, the inner shell of the vortex chamber housing consists of two sections: cylindrical and conical. The shell has one tapered section. It also has a diffuser coupled with a hemispherical cover, and the nozzle is profiled, the outer surface of which is made in the form of a screw swirling device. This vortex burner is designed to ignite the combustion chambers of GTU and stabilize the flame in them.
Указанная вихревая горелка является наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению и была использована в качестве прототипа.The specified vortex burner is the closest in technical essence to the claimed invention and was used as a prototype.
Недостатком горелки является ее сложность изготовления, наличие большого гидравлического сопротивления внутри вихревой камеры, препятствующее движению сжатого воздуха, вызванное его прохождением через щелевые отверстия внутри обечайки. Также эта горелка неэффективна при ее использовании для обезвреживания газообразных отходов, поскольку часть подаваемого воздуха уходит между соплом и охлаждающей рубашкой, не подвергаясь термическому воздействию.The disadvantage of the burner is its manufacturing complexity, the presence of a large hydraulic resistance inside the vortex chamber, which prevents the movement of compressed air caused by its passage through the slotted holes inside the shell. Also, this burner is ineffective when used for the disposal of gaseous waste, since part of the supplied air leaves between the nozzle and the cooling jacket without being subjected to thermal effects.
Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение конструкции горелки вихревой противоточной, расширения области применения и повышение эффективности и рентабельности обезвреживания газообразных отходов при ее работе.The technical result of the claimed invention is to simplify the design of the vortex counterflow burner, expand the scope and increase the efficiency and profitability of neutralizing gaseous waste during its operation.
Горелка вихревая противоточная для обезвреживания газообразных отходов содержит камеру сгорания, имеющую цилиндрическую или конусообразную форму внутреннего корпуса, сопло, расположенное на передней стенке камеры сгорания, устройство подачи топлива, через которое подается топливо в камеру сгорания, запальное устройство и завихритель, расположенный на боковой поверхности камеры сгорания у ее передней стенке, при этом на передней стенке камеры сгорания имеются перекрыши.A vortex counter-current burner for neutralizing gaseous waste contains a combustion chamber having a cylindrical or conical shape of the inner body, a nozzle located on the front wall of the combustion chamber, a fuel supply device through which fuel is supplied to the combustion chamber, an ignition device and a swirler located on the side surface of the chamber combustion at its front wall, while there are overlaps on the front wall of the combustion chamber.
Предложенная конструкция горелки имеет простую конструкцию, что обеспечивает высокую надежность в эксплуатации из-за отсутствия дополнительных элементов для ее функционирования, наличие меньшего гидравлического сопротивления, позволяющее применять менее мощные вентиляторы для подачи газов в завихритель, а также повышение эффективности обезвреживания газообразных отходов благодаря отсутствию утечки газов из завихрителя в сопло за счет применения перекрыши.The proposed burner design has a simple design, which ensures high reliability in operation due to the absence of additional elements for its operation, the presence of a lower hydraulic resistance, which allows the use of less powerful fans for supplying gases to the swirler, as well as an increase in the efficiency of neutralizing gaseous waste due to the absence of gas leakage from the swirler to the nozzle through the use of overlap.
К газообразным отходам относятся газы, выделяющиеся в процессе хозяйственной деятельности человека, имеющие неприятный запах, большую концентрацию вредных веществ, канцерогенов и т.д, например СО и NOx. На основе высокотемпературной переработки / сжигания всех компонентов газообразных отходов происходит значительное их обезвреживание. При этом продукты переработки становятся соответствующими экологическим нормам - предельно допустимым концентрациям вредных веществ в атмосфере, исчезает характерный запах дыма и прочие запахи.Gaseous wastes include gases emitted in the course of human economic activity, which have an unpleasant odor, a high concentration of harmful substances, carcinogens, etc., for example CO and NO x . On the basis of high-temperature processing / incineration of all components of gaseous waste, their significant neutralization occurs. At the same time, processed products become consistent with environmental standards - the maximum permissible concentrations of harmful substances in the atmosphere, the characteristic smell of smoke and other odors disappear.
В одном из вариантов изобретения, горелка вихревая противоточная может быть оснащена дополнительным завихрителем, расположенным на задней стенке камеры сгорания.In one embodiment of the invention, the vortex counterflow burner can be equipped with an additional swirler located on the rear wall of the combustion chamber.
На фиг. 1 показана схема заявленной вихревой противоточной горелки с направлением движения газов внутри камеры сгорания.FIG. 1 shows a diagram of the claimed vortex counterflow burner with the direction of movement of gases inside the combustion chamber.
На фиг. 2 изображен вариант конструкции горелки с установкой дополнительного завихрителя.FIG. 2 shows a variant of the burner design with the installation of an additional swirler.
Далее будет более подробно описано заявленное изобретение с примером его выполнения.Next, the claimed invention will be described in more detail with an example of its implementation.
Вихревая противоточная горелка (фиг. 1) содержит камеру сгорания 1, сопло 2, завихритель 3, устройство подачи топлива и запальное устройство (на фигурах не показаны).A vortex counterflow burner (Fig. 1) contains a
Камера сгорания 1 имеет цилиндрическую или конусообразную форму внутреннего корпуса, содержащего переднюю и заднюю стенки. В случае с конусообразным корпусом, задней стенкой является стенка, расположенная в основании конуса. На фиг. 1 показана горелка с конусообразным корпусом камеры сгорания.The
На боковой поверхности корпуса камеры сгорания вблизи его передней стенки располагается завихритель 3, представляющее собой цилиндрическое кольцо, соосное камере сгорания. Он обеспечивает поступление смеси газов, содержащей газообразные отходы и окислитель (кислород), внутрь камеры сгорания. Благодаря своей конструкции завихритель создает внутри камеры сгорания вращательно-поступательное движение газов от передней стенке к задней. В качестве завихрителя могут быть использованы завихритель улиточного типа или завихритель лопаточного типа.On the side surface of the combustion chamber housing near its front wall there is a
На передней стенке камеры сгорания установлено сопло 2, через которое выходят продукты сгорания.A
Также на передней стенке с внутренней стороны камеры сгорания имеются перекрыши 4, представляющее собой кольцо, соосное камере сгорания, образуя выступающую часть внутри камеры сгорания. Перекрыши препятствуют прямой утечке газов из завихрителя в сопло, минуя термообработку, что обеспечивает эффективность их обработки. В одном из вариантов выполнения, перекрыши могут быть образованы корпусом сопла путем его углубления внутрь камеры сгорания. Оптимальной длиной перекрыши (размер выступающей части) является величина, соответствующая внутреннему радиусу сопла.Also on the front wall on the inner side of the combustion chamber there are
Устройство подачи топлива обеспечивает поступление топлива внутрь камеры сгорания.The fuel supply device provides the flow of fuel into the combustion chamber.
В качестве устройства подачи топлива могут использоваться различные устройства, обеспечивающие поступление топлива внутрь камеры сгорания. Примером такого устройства являются разнообразные форсунки для жидкого или газообразного топлива.As a fuel supply device, various devices can be used to supply fuel inside the combustion chamber. An example of such a device is a variety of nozzles for liquid or gaseous fuels.
Для поджигания образованной топливной смеси горелка содержит запальное устройство. В качестве запального устройства могут применяться свеча или пьезоэлемент. Поджег смеси выполняется вблизи задней стенки камеры сгорания. Обычно поджег требуется только вначале запуска работы горелки, в дальнейшем она функционирует за счет самовоспламенения.To ignite the formed fuel mixture, the burner contains an ignition device. A candle or piezoelectric element can be used as an ignition device. The mixture is ignited near the rear wall of the combustion chamber. Usually, ignition is required only at the beginning of the burner start-up, later it functions due to self-ignition.
В качестве топлива, используемого в топливном устройстве, может применяться газообразное (например, метан или пропан) или жидкое (например, дизельное или керосин) высококалорийное топливо.As the fuel used in the fuel device, gaseous (for example, methane or propane) or liquid (for example, diesel or kerosene) high-calorific fuel can be used.
В одном из вариантов применения, горелка вихревая противоточная работает следующим образом.In one of the applications, the vortex counterflow burner operates as follows.
Газообразные отходы, подлежащие термической обработке, подаются в завихритель 3, который обеспечивает необходимую закрутку потока газов внутри камеры сгорания 1, образуя периферийный вихрь. Использование перекрыши 4 внутри камеры препятствует утечке газообразных отходов напрямую в сопло 2 горелки.The gaseous waste to be thermally treated is supplied to the
Закрученный поток газов, движущийся вдоль внутренней поверхности корпуса камеры, достигает задней стенки камеры сгорания 1 и перемешивается с топливом, подаваемым устройством подачи топлива из задней стенке камеры сгорания, образуя горючую смесь. Эта смесь воспламеняется (при начале работы процедура осуществляется с помощью запального устройства) в зоне стабилизации пламени у задней стенки и, образуя вихревой приосевой поток (центральный вихрь), движется от задней стенке камеры сгорания и выходит через сопло 2.The swirling stream of gases moving along the inner surface of the chamber body reaches the rear wall of the
В центральном вихре/зоне горения происходит нагрев и термический распад газообразных отходов в безопасные для здоровья элементы. В зависимости от скорости вращательного и поступательного движения периферийного и центрального вихрей, которое зависит от мощности подачи воздуха и газов в завихритель, меняется время пребывания газообразных отходов в зоне горения и дополнительно от соотношения расходов топлива и воздуха их температура, тем самым изменяется качество процесса термической деструкции для многих типов газообразных отходов. Процесс утилизации газообразных отходов завершается образованием продуктов сгорания, содержащих двуокись углерода СО2 и водяные пары Н2О, а также низкие и контролируемые концентрации вредных выбросов СО и NOx. Продукты сгорания с высокой температурой выбрасываются из камеры 1 через сопло 2.In the central vortex / combustion zone, heating and thermal decomposition of gaseous waste into elements safe for health occurs. Depending on the speed of rotational and translational movement of the peripheral and central vortices, which depends on the power of air and gases supply to the swirler, the residence time of gaseous waste in the combustion zone and additionally on the ratio of fuel and air consumption, their temperature changes, thereby changing the quality of the thermal destruction process for many types of gaseous waste. The process of utilization of gaseous waste ends with the formation of combustion products containing carbon dioxide CO 2 and water vapor H 2 O, as well as low and controlled concentrations of harmful emissions of CO and NO x . Combustion products with a high temperature are ejected from
На фиг. 1 стрелками показана схема движения газов внутри камеры сгорания, согласно вышеприведенному примеру работы горелки.FIG. 1, the arrows show a diagram of the movement of gases inside the combustion chamber, according to the above example of the burner operation.
Стоит отметить, что вращающийся периферийный вихрь также предотвращает проникновение горячих продуктов сгорания к внутреннему корпусу камеры сгорания, обеспечивая его конвективное охлаждение.It should be noted that the rotating peripheral vortex also prevents the penetration of hot combustion products to the inner casing of the combustion chamber, providing convective cooling.
Предложенная конструкция вихревой противоточной горелки является простой и эффективной для утилизации газообразных отходов путем их термообработки.The proposed design of a vortex counterflow burner is simple and effective for utilizing gaseous waste by heat treatment.
Для устойчивого горения (окисления) топлива, газообразные отходы, поступающие в завихритель, содержат окислитель (воздух) и при этом не должны превышать 20-30% по массе от массового расхода воздуха на горение. Предельно допустимые концентрации дыма или отходов в воздушно-дымовой смеси могут регулироваться до подачи их в завихритель.For stable combustion (oxidation) of fuel, gaseous waste entering the swirler contains an oxidizer (air) and should not exceed 20-30% by mass of the mass flow rate of combustion air. The maximum permissible concentration of smoke or waste in the air / smoke mixture can be adjusted before they are fed into the swirler.
За счет применения вихревого противоточного эффекта в вихревой противоточной горелке достигается хорошее перемешивание газообразных отходов (вредных газов) и окислителя (кислорода) с топливом из топливного устройства в камере горелке, образуя надежную и устойчивую зону горения, обеспечивающую на основе высокотемпературной переработки значительное обезвреживание газообразных отходов, приводя их к соответствующим экологическим нормам и устраняя неприятный запах.Due to the use of a vortex counterflow effect in a vortex counterflow burner, good mixing of gaseous waste (harmful gases) and an oxidizer (oxygen) with fuel from the fuel device in the burner chamber is achieved, forming a reliable and stable combustion zone, which provides, on the basis of high-temperature processing, significant neutralization of gaseous waste, bringing them to the appropriate environmental standards and eliminating unpleasant odors.
Заявленная горелка может быть использована в устройстве для обезвреживания газообразных отходов, раскрытом в заявке на изобретение RU 2020108527, приоритет 27.02.2020, и включенным в состав этой заявки путем отсылки.The claimed burner can be used in a device for the disposal of gaseous waste disclosed in the application for invention RU 2020108527, priority 27.02.2020, and included in this application by reference.
В одном из вариантов выполнения заявленной горелки, устройство подачи топлива располагается на передней стенке и подает топливо через переднюю стенку в периферийный вихрь, выходящий их завихрителя. В этом случае происходит более эффективное перемешивание топлива с газообразными отходами и окислителем, образуя топливно-воздушную смесь.In one embodiment of the claimed burner, the fuel supply device is located on the front wall and delivers fuel through the front wall into the peripheral vortex leaving the swirler. In this case, there is a more efficient mixing of fuel with gaseous waste and an oxidizer, forming a fuel-air mixture.
На фиг. 2 показан один из вариантов изобретения, в котором на задней стенке камеры сгорания 1 устанавливается дополнительный завихритель 5, соосно с камерой сгорания. В этом случае в один из завихрителей подаются газообразные отходы, а в другой - «чистый» воздух (окислитель), обеспечивающий необходимое соотношения воздух-топливо для эффективного горения смеси. При этом топливо может подаваться и непосредственно в дополнительный завихритель для его лучшего перемешивания с газами - для этого устройство подачи топлива устанавливается в дополнительный завихритель.FIG. 2 shows one of the variants of the invention, in which an
Предлагаемая вихревая противоточная горелка может быть использована также для сжигания газообразных низкокалорийных горючих отходов, которые подаются в завихрители и после смешивания с топливом подвергаются воспламенению. Газообразные низкокалорийные горючие отходы могут быть получены в результате пиролиза углеродосодержащих продуктов. В этом случае повышается рентабельность процесса сжигания или обезвреживания газообразных отходов.The proposed vortex counterflow burner can also be used for burning gaseous low-calorific combustible waste, which is fed to the swirlers and, after mixing with fuel, is ignited. Gaseous low-calorie combustible waste can be obtained as a result of pyrolysis of carbon-containing products. In this case, the profitability of the process of incineration or disposal of gaseous waste increases.
Для охлаждения сопла горелки и выходящих продуктов горения, возможна установка воздушного смесителя после передней стенки камеры сгорания, в который будет подаваться окружающий воздух.To cool the burner nozzle and the outgoing combustion products, it is possible to install an air mixer after the front wall of the combustion chamber, into which ambient air will be supplied.
Материалом для изготовления завихрителей могут являться обычные стали, а камера сгорания и выходное сопло выполняются из жаропрочных сталей или сплавов.The material for the production of swirlers can be ordinary steels, and the combustion chamber and outlet nozzle are made of heat-resistant steels or alloys.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020124083A RU2740240C1 (en) | 2020-07-20 | 2020-07-20 | Counterflow vortex burner |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020124083A RU2740240C1 (en) | 2020-07-20 | 2020-07-20 | Counterflow vortex burner |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2740240C1 true RU2740240C1 (en) | 2021-01-12 |
Family
ID=74184018
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020124083A RU2740240C1 (en) | 2020-07-20 | 2020-07-20 | Counterflow vortex burner |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2740240C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1720355A1 (en) * | 1989-11-13 | 1994-01-30 | Рыбинский Авиационный Технологический Институт | Burner for combustion chamber firing |
RU2212003C1 (en) * | 2002-09-25 | 2003-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НОВАЯ ЭНЕРГИЯ" | Method and device for burning fuel |
RU2310794C1 (en) * | 2006-06-15 | 2007-11-20 | Рыбинская государственная авиационная технологическая академия им. П.А. Соловьева | Swirl burner |
RU2352864C1 (en) * | 2007-12-11 | 2009-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Альтернатива" | Method and device for burning fuel |
RU2647356C1 (en) * | 2017-05-05 | 2018-03-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Counterflow vortex burner for combustion of solid pulverised fuel |
RU2684763C1 (en) * | 2018-07-02 | 2019-04-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Counterflow vortex burner device for combustion of solid dust-like fuel |
-
2020
- 2020-07-20 RU RU2020124083A patent/RU2740240C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1720355A1 (en) * | 1989-11-13 | 1994-01-30 | Рыбинский Авиационный Технологический Институт | Burner for combustion chamber firing |
RU2212003C1 (en) * | 2002-09-25 | 2003-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НОВАЯ ЭНЕРГИЯ" | Method and device for burning fuel |
RU2310794C1 (en) * | 2006-06-15 | 2007-11-20 | Рыбинская государственная авиационная технологическая академия им. П.А. Соловьева | Swirl burner |
RU2352864C1 (en) * | 2007-12-11 | 2009-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Альтернатива" | Method and device for burning fuel |
RU2647356C1 (en) * | 2017-05-05 | 2018-03-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Counterflow vortex burner for combustion of solid pulverised fuel |
RU2684763C1 (en) * | 2018-07-02 | 2019-04-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Counterflow vortex burner device for combustion of solid dust-like fuel |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20090136406A1 (en) | Flameless thermal oxidation method | |
DE69520136D1 (en) | Raw gas burners and process for burning oxygen-containing components in a process gas | |
US6234092B1 (en) | Thermal treatment of incombustible liquids | |
WO1996036680A1 (en) | Underoxidized burner utilizing improved injectors | |
US2697910A (en) | Fluid fuel burner with self-contained fuel vaporizing unit | |
US5310334A (en) | Method and apparatus for thermal destruction of waste | |
JP4916311B2 (en) | Pilot combustion system that stabilizes combustion in gas turbine engines | |
RU2476770C2 (en) | Method of processing and destruction of solid wastes and device for its realisation | |
RU2306483C1 (en) | Method of burning liquid or gas fuel and air heater | |
RU2740240C1 (en) | Counterflow vortex burner | |
KR101133434B1 (en) | Low pollutant emission combustion using high-temperature fgr | |
RU81786U1 (en) | DEVICE FOR FUEL SUPPLY | |
KR100504390B1 (en) | Cyclonic combustor for low calorific gases | |
RU2738542C1 (en) | Device for neutralization of gaseous wastes | |
RU36135U1 (en) | MULTI-FUEL BURNER | |
RU2454605C1 (en) | Technological vortex ejection gas burner | |
RU2414649C2 (en) | Gas turbine engine combustion chamber | |
RU2779686C1 (en) | Ammonia burning device | |
RU2210030C2 (en) | Method and reactor for thermal decontamination of waste gases of commercial carbon production process | |
RU2219435C2 (en) | Method of sootless burning of fuel | |
KR100543958B1 (en) | combustion method of low calorific value gases combustor for having multi-inlet | |
JP2619973B2 (en) | Ultra low pollutant emission combustion method and equipment | |
RU2670641C9 (en) | Fuel combustion device | |
RU2262039C2 (en) | Method of combustion of hydrocarbon fuel and device for realization of this method (versions) | |
RU2256848C1 (en) | Furnace for burning waste |