СПОСОБ КАТАЛИЗА ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F23K5/08 

Изобретение относится к области энергетики, транспортного машиностроения и может быть использовано в тепловых машинах различного вида и назначения - топках котлов, теплогенераторах, тепловых двигателях и т.п.

Известен способ катализа процессов горения, включающий каталитическую обработку и подачу в камеру сгорания по каналам горючего, окислителя, их смешивание и воспламенение полученной смеси (см. Большая Советская энциклопедия словарь, М., "Советская энциклопедия, 1972 г., с. 80, "Горение").

Этому способу присущ ряд недостатков. Во-первых, во время горения из-за неоднородности смеси горючего с окислителем возникают локальные зоны перегрева, повышающие образование вредных оксидов азота. Во-вторых, большое количество топлива расходуется на непроизводительные виды работы.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение - повышение эффективности катализа процессов горения.

Технический результат - снижение расхода топлива и уменьшение вредных продуктов горения за счет электромагнитного катализа процессов горения.

Технический результат достигается тем, что в способе катализа процессов горения, включающем каталитическую обработку, подачу в камеру сгорания по каналам горючего, окислителя, их смешивание и воспламенение полученной смеси, каталитическую обработку производят электромагнитным полем, для чего с электромагнитного генератора подают на излучатели модулированные сигналы с несущей частотой от 100 до 2000 кГц, частотой модуляции от 1 до 200 кГц и девиацией с частотой 1 Гц, а излучатели генерируют электромагнитное поле, электрическая составляющая которого не превышает 0,02 В/м, а магнитная - не превышает 0,00002 А/м.

В зависимости от необходимости, производят обработку электромагнитным полем канала горючего, канала окислителя, камеры сгорания или всего оборудования.

Обработка того или иного узла зависит от типа тепловой машины и конкретных решаемых задач. Для работы в стабильном режиме производят предварительную обработку электромагнитным полем до начала горения, исходя из условия 0,06-0,0002 час/кг.

В указанную совокупность включены все существенные признаки, каждый из которых необходим, а все достаточны для достижения технического результата.

Осуществление способа поясняется на примере работы газотурбинного двигателя.

Излучатель устанавливают на патрубке подачи горючего. Включают электромагнитный генератор и подают на излучатель модулированный сигнал. Сигнал с несущей частотой от 100 до 2000 кГц модулируют сигналом с частотой от 1 до 200 кГц, а модулированный сигнал подвергают девиации с частотой 1 Гц. Излучатель генерирует модулированное электромагнитное поле, магнитная составляющая которого не превышает 0,00002 А/м. Это поле воздействует на материал, из которого изготовлен трубопровод, и на горючее. В результате изменяются свойства как вещества трубопровода, так и горючего. В зависимости от диапазона выбранных частот, свойства могут меняться как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Для максимальной оптимизации процесса излучатель устанавливают также перед компрессором на магистрали подачи окислителя (воздуха).

Оптимизация процесса горения достигается за счет изменения свойств горючего и воздуха. Горючее и воздух, подаваемые в камеру сгорания под действием модулированного электромагнитного поля, меняют свои вязкостные свойства - внутреннее трение газа, трение газа о стенку трубопровода или элементы конструкции трубопровода (лопаточный аппарат осевых компрессоров, центробежный нагнетатель технологического газа). В результате изменения совокупных вязкостных свойств газа и воздуха и их вторичного проявления - диффузия, взаимодиффузия, смесь газа с воздухом становится более однородной по составу. В результате этого уменьшается количество зон локального перегрева, следствием которых является образование оксидов азота. Сужение эффективного профиля температуры горения (повышение нижней температурной границы пламени) уменьшает образование оксида углерода.

Снижение вязкостных характеристик подаваемого в камеру сгорания воздуха, уменьшение коэффициента сопротивления (трения), облегчение десорбции воздуха с элементов турбинного аппарата компрессоров воздуха снижает отбор мощности на привод.

Эффективность способа подтверждается результатами многочисленных испытаний при работе различных двигателей.

При испытаниях дизельного двигателя излучатель был расположен на крышке топливного насоса высокого давления. Полученные результаты показывают, что обработка электромагнитным полем с заданными параметрами положительно воздействует на процесс впрыска топлива, смесеобразования и горения в двигателе, улучшая его экономику и уменьшая выбросы токсичных основных газообразных компонентов.

Испытания по электромагнитной обработке карбюраторного двигателя внутреннего сгорания проводились на базе автомобиля ГАЗ-24-10. Излучатель устанавливался непосредственно в контакте с кузовом автомобиля. Заряд от однократной обработки накапливался на внешних и внутренних поверхностях металлических частей автомобиля, в том числе на двигателе, топливопроводе и бензобаке. Обработка производилась в течение 48 часов, после чего заряд сохранялся до 10 дней.

Применительно к газотранспортным процессам с использованием электромагнитного катализа решаются задачи оптимизации процесса горения топливного газа, снижения токсичности выброса, облегчения газотранспортной работы.

Оптимизация процесса горения объясняется, в частности, тем, что топливный газ, воздух, подаваемые в камеру сгорания, под воздействием электромагнитного катализа меняют свои вязкостные свойства: внутреннее трение газа, трение газа о стенку трубопровода или элементы конструкции турбоагрегата - лопаточный аппарат осевых компрессоров, центробежного нагнетателя технологического газа. В результате изменения совокупных вязкостных свойств газа и воздуха и их вторичного проявления - диффузия, взаимодиффузия, смесь газа с воздухом становится более однородной по составу. В результате этого уменьшается количество зон локального перегрева, сужается эффективный профиль температуры горения (повышается нижняя граница температуры пламени), что благотворно сказывается на уменьшении вредных выбросов. Снижение вязкостных характеристик подаваемого в камеру сгорания воздуха, уменьшение коэффициента сопротивления трения, облегчение десорбции воздуха с элементов турбинного аппарата компрессоров воздуха снижает отбор мощности на привод компрессоров воздуха. Аналогичные явления под воздействием электромагнитного катализа имеют место и в газотранспортных процессах, что позволяет уменьшить отбор мощности, потребляемой центробежным нагнетателем, и дополнительно снизить потребление топливного газа.

Применение данного способа позволит значительно сократить расход горючего при работе различных тепловых машин, в том числе и двигателей внутреннего сгорания, а также положительно скажется на экологии, поскольку позволит уменьшить образование вредных продуктов горения, таких как оксиды азота, оксид углерода.

Изобретение относится к энергетике, транспортному машиностроению и может быть использовано в топках котлов, теплогенераторах, тепловых двигателях и т.п. для обеспечения снижения расхода горючего и уменьшения выброса вредных газов при работе тепловых машин, в том числе двигателей внутреннего сгорания, при этом производится обработка отдельных деталей или всего агрегата в целом модулированным электромагнитным сигналом, подвергнутым девиации с определенными частотными характеристиками. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ катализа процессов горения, включающий каталитическую обработку и подачу в камеру сгорания по каналам горючего, окислителя, их смешивание и воспламенение полученной смеси, отличающийся тем, что каталитическую обработку производят электромагнитным полем, для чего с электромагнитного генератора подают на излучатели моделированные сигналы с несущей частотой до 100 до 2000 КГц, частотой модуляции от 1 до 200 КГц и девиацией с частотой 1 КГц, а излучатели генерируют электромагнитное поле, электрическая составляющая которого не превышает 0,02 В/м, а магнитная - не превышает 0,0002 А/м. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят обработку электромагнитным полем канала подачи горючего. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят обработку электромагнитным полем канала подачи окислителя. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят обработку электромагнитным полем всего оборудования. 5. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что производят предварительную обработку электромагнитным полем до начала горения, исходя из условия 0,06 - 0,0002 ч/кг.