СПОСОБ ЭФФЕКТИВНОГО СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК F23C99/00 F23N5/20 F23K5/08 

Изобретение относится к теплоэнергетике, огневым технологиям и может найти широкое применение в теплоэнергетических установках (котельные, домны и т.д.), а также в реактивных и газотурбинных двигателях, использующих также топливные горелки для преобразования тепловой энергии горения топлива в реактивную кинетическую энергию струи пламени и отходящих газов.

Известны способы и устройства сжигания топлива путем подачи и взаимосвязанного регулирования топлива и окислителя в топку с последующим воспламенением топливной смеси, ее сжиганием и отводом отходящих газов в атмосферу через вытяжную трубу [1]

Известные аналоги не обеспечивают высокого качества сгорания топлива и имеют низкие экологические показатели отходящих газов.

Известны различные способы и устройства интенсификации сжигания топлива путем его предварительного подогрева (термического за счет тепла отходящих газов или электротермического), лучшего распыления и смешивания и завихрения смеси путем использования в качестве окислителя кислорода [2].

Применение всех этих способов и устройств позволяет экономить до 20% топлива, улучшить экологию сжигания топлива, однако по-прежнему не обеспечивает полного сгорания топлива и глубокой экологической очистки отходящих газов в связи с неполным взаимодействием топлива с окислителем, из-за двойного электрического слоя на границе фронта пламени, недостаточной интенсивностью протекания разветвленных цепных реакций горения, особенно низкокалорийных топлив (мазутов, угля, торфа).

Наиболее близким к заявляемому способу является способ сжигания топлива в сильном электрическом поле [3], по которому в камеру сгорания одновременно поступают распыленное жидкое топливо и окислитель, которые перемешивают и поджигают электроискровым способом.

Устройство, реализующее способ-прототип [3], выполнено в виде горелки, содержащей воздуховод, топливопровод, топливный насос, топливную форсунку, камеру сгорания, расходомеры, датчики параметров отходящих газов и вытяжную трубу для отвода продуктов сгорания.

Недостатки прототипа (способа и устройства для его осуществления) состоят в том, что топливо сгорает не полностью и часть его в виде отходов выбрасывается в атмосферу, за счет чего снижается КПД сжигания топлива и возрастают затраты на экологическую очистку отходящих из пламени газов. Все это приводит к низкой эффективности способа-прототипа и устройства-прототипа.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности сжигания топлива.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе сжигания топлива, заключающемся во взаимосвязанной подаче топлива и окислителя в камеру сгорания, в приготовлении топливной смеси путем их перемешивания, воспламенении смеси электроискровым способом, в измерении расхода топлива и степени очистки отходящих газов, дополнительно частицы топлива и окислителя электростатически заряжают путем пропускания упомянутых частиц вдоль поверхности индуцирующего электрода, после чего смесь воспламеняют и создают внутри камеры сгорания поперечное вращающееся магнитное поле, затем изменяют величину электростатического заряда на частицах топлива и окислителя, путем изменения напряженности электрического поля в области индуцирующего электрода, а также амплитуду и частоту вращающегося магнитного поля.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для сжигания топлива, содержащее топливную горелку, выполненную в виде трубы с фланцем, к которому прикреплена крышка, камеру сгорания, воздуховод, топливопровод, топливную форсунку, датчики расхода топлива и окислителя (воздуха), регуляторы расхода топлива и окислителя (воздуха), датчики параметров отходящих газов, дополнительно введен проходной изолятор, высоковольтный источник постоянного напряжения, рабочий электрод, устройство перемещения рабочего электрода, шаговый двигатель, источник питания шагового двигателя, электромагнит, узел охлаждения электромагнита, теплозащитная камера электромагнита, источник трехфазного переменного тока с регулируемой частотой и амплитудой и оптимизатор режимов, причем топливный насос электроизолирован от топливной магистрали, рабочий электрод расположен внутри камеры сгорания и выполнен, например, в виде кольца, устройство перемещения рабочего электрода выполнено в виде винта, на одном конце которого закреплена шестеренка, которая входит в зацепление с шестеренкой, жестко закрепленной на оси шагового двигателя, а другой конец винта выполнен в виде цилиндра и жестко соединен с внутренним кольцом шарикоподшипника, наружное кольцо шарикоподшипника жестко присоединено к держателю рабочего электрода, винт вкручен в гайку, неподвижно закрепленную в крышке, которая крепежными деталями присоединена к фланцу топливной горелки, электромагнит выполнен из набора пластин из ферримагнитного материала, например электротехнической стали или пермаллоя, в виде круглого полого цилиндрического тела, при этом на внутренней цилиндрической образующей поверхности магнитного сердечника выполнены пазы, внутри которых размещены катушки электромагнита в количестве не менее двух, например три намагничивающие катушки, расположенные под углом 120° друг относительно друга, при этом катушки электромагнита выполнены из проводящих, например, медных, полых трубок с форсированным охлаждением, покрытых теплостойким электроизоляционным материалом, концы обмоток через проходной изолятор, выполненный из жаростойкой керамики, выведены через корпус горелки и герметично присоединены через диэлектрические, например, через керамические трубки, к системе подачи охладителя, к внешней стороне выведенного конца намагничивающих катушек подключена одна из фаз источника трехфазного напряжения с регулируемой амплитудой и частотой, узел охлаждения электромагнита состоит из змеевика и системы подачи охладителя, причем змеевик выполнен из трубы из теплопроводного немагнитного материала, например меди, труба изогнута в виде двух цилиндрических спиралей, одна из которых охватывает внешнюю цилиндрическую поверхность электромагнита и контактирует с ней, а вторая спираль входит во внутренний цилиндр электромагнита и контактирует с ним, при этом электромагнит совместно с узлом охлаждения электромагнита размещен внутри теплозащитной камеры, выполненной, например, в виде двух коаксиальных цилиндров из немагнитного жаропрочного коррозионно-стойкого материала, например, керамики, на внешнем цилиндре теплозащитной камеры выполнены полые выводы для подсоединения к намагничивающим катушкам выходов фаз источника трехфазного напряжения, выводы имеют патрубки, сообщающиеся с внутренней полостью катушек электромагнита, к выводам патрубков через электроизоляционные трубки подключена система подачи охладителя, теплозащитная камера с торцов заглушена кольцеобразными крышками, выполненными из того же немагнитного жаропрочного коррозионно-стойкого материала, что и теплозащитная камера, в одной из крышек выполнены два отверстия, через которые выходят концы трубы узла охлаждения электромагнита, внутри камеры вокруг электромагнита и под торцевыми крышками проложен слой теплоизоляционного материала, например асбеста, центральная ось симметрии теплозащитной камеры совпадает с центральной осью симметрии камеры сгорания, выходы источника питания шагового двигателя присоединены к входам катушек статора шагового двигателя, один выход высоковольтного источника постоянного напряжения присоединен через проходной изолятор к форсунке, а другой выход высоковольтного источника постоянного напряжения присоединен к рабочему электроду и заземлен, выходы всех перечисленных выше датчиков расхода топлива и окислителя, параметров отходящих газов и тока присоединены к входам оптимизатора режима, а выходы оптимизатора присоединены к входу управления высоко-вольтного источника постоянного напряжения, к входу управления источника трехфазного переменного тока, к входу управления источником питания шаговым двигателем, к входу регуляторов расхода топлива и окислителя (воздуха).

Развитие изобретения-устройства состоит в том, что теплозащитная камера электромагнита помещена внутри корпуса горелки и своим внутренним цилиндром охватывает область факела пламени.

Развитие изобретения-устройства состоит в том, что корпус горелки выполнен из немагнитного жаропрочного коррозионно-стойкого материала, например керамики, теплозащитная камера электромагнита размещена вне камеры сгорания и своей внутренней цилиндрической образующей поверхностью охватывает корпус горелки.

На фиг.1 представлена схема устройства, реализующего заявляемый способ, при которой электромагнит находится внутри камеры сгорания.

На фиг.2 представлена схема устройства, реализующего заявляемый способ, при которой электромагнит охватывает камеру сгорания.

На фиг.3 приведена схема высоковольтного источника постоянного напряжения.

На фиг.4, фиг.5, фиг.6, фиг.7, фиг.8 и фиг.9 схематически пояснен принцип создания магнитного вращающегося поля внутри горелки.

Устройство для осуществления способа сжигания топлива изображено на фиг.1 и фиг.2. Все обозначения на фиг.1 и фиг.2 идентичны, а отличие заключается только в вариантах расположения электромагнита: на фиг.1 - теплозащитная камера электромагнита находится внутри корпуса горелки, а на фиг.2 теплозащитная камера электромагнита находится снаружи корпуса горелки и своим внутренним образующим цилиндром охватывает корпус горелки, причем в этом случае корпус горелки выполнен из немагнитного жаропрочного коррозионно-стойкого материала, например керамики. Принцип работы и физические процессы в обоих вариантах одинаковы. Поэтому в дальнейшем мы ограничимся описанием устройства, изображенного на фиг.1.

Устройство для осуществления способа сжигания топлива содержит воздуховод 1, топливопровод 2, врезанный герметично в воздуховод 1 с топливным насосом 3, корпус 4 горелки, диффузор 5, внутри которого размещен расширительный воздуховод 6, укрепленный на диффузоре 5 и проходящий внутри второго конического диффузора 7, который механически прикреплен на диффузоре 5 фланцевым соединением на крышке 8. Внутренний топливопровод 2 имеет на конце топливную форсунку 9. Устройство содержит также датчики 10 расхода топлива и окислителя, регуляторы 11 подачи топлива и окислителя, датчики 12 параметров отходящих газов. В устройство введен проходной изолятор 13, размещенный коаксиально снаружи воздуховода 1 и жестко удерживающий его внутри наружного диффузора 5, высоковольтный источник 14 постоянного напряжения, рабочий электрод 15, шаговый двигатель 16, источник питания 17 шагового двигателя, электромагнит 18. В устройство введен также источник 19 трехфазного переменного тока с регулируемой частотой и амплитудой, устройство перемещения рабочего электрода, которое выполнено в виде винта 20, на одном конце которого жестко закреплена шестерня 21. Шестерня 21 входит в зацепление с шестерней 22, жестко закрепленной на оси шагового двигателя 17.

Другой конец винта 20 выполнен в виде цилиндра и жестко соединен с внутренним кольцом шарикоподшипника 23, наружное кольцо шарикоподшипника 23 жестко присоединено к держателю 24 рабочего электрода, винт 20 вкручен в гайку, неподвижно закрепленную в крышке 8, станина шагового двигателя 16 жестко закреплена на платформе 25.

Электромагнит 18 выполнен из набора пластин из ферримагнитного материала, например пермаллоя или электротехнической стали, в виде круглого полого цилиндрического тела. На внутренней цилиндрической образующей поверхности магнитного сердечника выполнены пазы, внутри которых размещены катушки 26 электромагнита 18 в количестве не менее двух, например три намагничивающие катушки, расположенные под углом 120° друг относительно друга, причем каждая из намагничивающих катушек подключена к одной из фаз источника 19 трехфазного напряжения с регулируемой амплитудой и частотой. Узел охлаждения электромагнита состоит из змеевика 27 и системы охлаждения. Змеевик 27 выполнен из теплопроводного немагнитного материала, например меди, в виде трубы. При этом труба изогнута в виде двух цилиндрических спиралей 28 и 29, одна из которых охватывает внешнюю цилиндрическую поверхность электромагнита 18 и контактирует с ней. Вторая спираль 29 входит во внутренний цилиндр электромагнита 18 и контактирует с ним. Система охлаждения узла охлаждения представляет собой водопровод, состоящий из труб с водопроводным краном. Электромагнит 18 совместно с узлом охлаждения электромагнита размещен внутри теплозащитной камеры, выполненной, например, в виде двух коаксиальных цилиндров 30 и 31 из немагнитного жаропрочного коррозионно-стойкого материала, например керамики. Теплозащитная камера с торцов заглушена кольцеобразными крышками 32 и 33, выполненными из того же немагнитного жаропрочного коррозионно-стойкого материала, что и теплозащитная камера. На крышках 32 и 33 теплозащитной камеры выполнены трубчатые выводы 34, которые через проходной изолятор 35 и корпус 4 горелки выведены наружу, для подвода внутрь витков обмоток форсированного охлаждения, и для подсоединения к намагничивающим катушкам выходов фаз источника 19 трехфазного напряжения. В одной из крышек выполнены два отверстия, через которые выходят концы трубы 36 и 37 узла охлаждения электромагнита 18. Внутри камеры вокруг электромагнита и под торцевыми крышками проложен слой 38 теплоизоляционного материала, например асбеста. В устройство введен также оптимизатор 39 режима. Центральная ось симметрии теплозащитной камеры совпадает с центральной осью симметрии камеры сгорания. При этом топливный насос 3 электроизолирован от топливной магистрали, рабочий электрод 15 расположен внутри камеры сгорания горелки и выполнен, например, в виде кольца. Выходы источника 16 питания шагового двигателя присоединены к входам катушек статора шагового двигателя. Один выход высоковольтного постоянного источника 14 высоковольтного напряжения присоединен через проходной изолятор 13 к форсунке 9, а другой выход источника 14 высоковольтного постоянного напряжения присоединен к рабочему электроду 15 и заземлен. Выходы всех перечисленных выше датчиков: датчики 10 подачи топлива и окислителя, датчики 12 параметров отходящих газов, присоединены к входам оптимизатора 39 режима, а выходы оптимизатора 39 режима присоединены к входу управления источника 14 высоковольтного постоянного напряжения, к входу управления источника 19 трехфазного переменного тока, к входу управления источника питания 17 шаговым двигателем, к входам регуляторов 11 подачи топлива и окислителя (воздуха).

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа на примере топливной горелки, показанной в упрощенном виде на фиг.1.

Предлагаемый способ сжигания топлива заключается во взаимосвязанной подаче топлива и окислителя в камеру сгорания, в приготовлении топливной смеси путем их турбулентного перемешивания, воспламенении смеси электроискровым способом, в измерении расхода топлива и степени очистки отходящих газов. В предлагаемом способе, с целью повышения эффективности сгорания топлива и интенсификации горения факела пламени, частицы топлива и окислителя электростатически заряжают. В настоящее время для электростатической зарядки частиц используют три способа [4]:

путем осаждения на поверхность частицы ионов из объема газа, окружающего частицу;

путем электростатической индукции, которая происходит в результате разделения зарядов при контакте частиц с электродом, находящимся под потенциалом;

путем механической, химической и тепловой электризации.

Реализация первого способа электростатической зарядки частиц, как правило, осуществляется в зоне горения коронного разряда, что не приемлемо в условиях сжигания топлива.

Реализация третьего способа электростатической зарядки частиц не дает ощутимого эффекта и требует создания дополнительных условий для осуществления этого способа.

В заявляемом способе использован второй (индукционный) способ электростатической зарядки частиц, который достаточно эффективен и относительно просто реализуется на практике.

Поэтому в заявляемом способе поток частиц топливно-воздушной смеси пропускают вдоль поверхности индуцирующего электрода, после чего смесь воспламеняют. В качестве окислителя чаще всего используют воздух, хотя иногда применяют кислород или озон. Электростатическая зарядка частиц топлива и окислителя (воздуха) необходима для того, чтобы заряженные частицы топлива и окислителя (воздуха), попадая в продольное, направленное вдоль факела пламени электрическое поле, приобретали дополнительную кинетическую энергию, которая способствует повышению эффективности взаимодействия частиц между собой, преобразованию тепловой энергии горящего топлива в реактивную кинетическую энергию струи пламени и газов. При попадании электростатически заряженных частиц в продольное поле происходит упорядочивание теплового движения ионизированных и поляризованных частиц топлива и отходящих газов силовым кулоновским воздействием на них, направленным вдоль вектора поля. Знак заряда частиц можно изменять путем изменения знака потенциала на индуцирующем электроде. При положительном потенциале на индуцирующем электроде, относительно заземленного рабочего электрода, частицы топлива и окислителя (воздуха) воздуха приобретают положительный электростатический заряд. При отрицательном знаке потенциала на индуцирующем электроде, относительно заземленного рабочего электрода, частицы топлива и окислителя (воздуха) приобретают отрицательный электростатический заряд. Величину заряда частиц топливно-воздушной смеси можно изменять путем изменения напряженности электрического поля вблизи индуцирующего электрода. Упомянутую напряженность электрического поля можно изменять либо изменением абсолютной величины потенциала на индуцирующем электроде, либо изменением расстояния между индуцирующим и рабочим электродами, либо одновременным и взаимосогласованным изменением обеих этих величин.

Для более эффективного сгорания топлива в камере сгорания создают поперечное вращающееся магнитное поле. Электростатически заряженные частицы топлива и окислителя, перемещаясь в камере сгорания вдоль вектора электрического поля, попадая в поперечное магнитное поле, отклоняются под действием силы Лоренца от прямолинейной траектории в ту или иную сторону, в зависимости от знака заряда частиц, направления напряженности магнитного поля и направления их первоначального движения. В поперечном магнитном поле струя потока этих электростатически заряженных частиц изгибается, и, если магнитное поле вращается, то и изогнутая струя потока заряженных частиц также начинает вращаться. В процессе горения топлива пламя представляет собой плазму и состоит из положительно и отрицательно заряженных частиц топлива и окислителя (воздуха). В пламени, при отсутствии внешних электрических и магнитных полей, возникают двойные электрические слои, которые препятствуют интенсивному сжиганию топлива. Во вращающемся поперечном магнитном поле происходит разрушение этих двойных электрических слоев. За счет изгиба и вращения потоков заряженных частиц горючего и окислителя (воздуха) путь каждой из частиц потока значительно увеличивается, происходит их более эффективное перемешивание, увеличивается количество актов взаимодействия частиц топлива с частицами окислителя, и эти процессы приводят к существенному повышению эффективности сжигания топлива. Кроме того, частицы горючего и окислителя имеют разную массу, различные потенциалы ионизации и другие характеристики. Это приводит к тому, что частицы топлива и окислителя (воздуха), проходя вдоль индуцирующего электрода, приобретают различные электростатические заряды, и, имея различные массы, начинают двигаться с разными скоростями. Разный заряд, приобретенный частицами, прошедшими вблизи индуцирующего электрода, разные массы и скорости движения частиц также существенно увеличивают количество актов взаимодействий между ними, что приводит к повышению эффективности горения.

Топливная горелка работает следующим образом.

Вначале подают окислитель (воздух) в воздуховод 1 и топливо от топливного насоса 3 через топливопровод 2 и форсунку 9, затем предварительно смешивают их и воспламеняют полученную топливовоздушную смесь, например, электроискровым способом. Затем измеряют расход топлива и воздуха датчиками 10 расхода топлива и окислителя (воздуха) и параметры отходящих газов, датчиками 12 параметров отходящих газов, и регулируют подачу топлива и окислителя (воздуха регуляторами 11 подачи топлива и окислителя (воздуха), в зависимости от сигналов, поступивших от оптимизатора 39 режима, например, по критерию минимального расхода топлива при заданных параметрах отходящих газов. Затем включают высоковольтный источник 14 постоянного напряжения, подают через проходной изолятор 13 к форсунке 9 высоковольтный потенциал, а второй выход высоковольтного источника постоянного напряжения 14 подключают к рабочему электроду 15, который заземляют. Знак потенциала на выходе высоковольтного источника постоянного напряжения 14 можно изменять, в зависимости от вида топлива, с положительного на отрицательный, путем переключения полярности этого источника. Схема высоковольтного источника 14 постоянного напряжения изображена на фиг.3. Высоковольтный источник 14 напряжения состоит из регулируемого преобразователя 40 и коммутатора 41 выходного напряжения. Позицией 42 обозначен источник постоянного напряжения с выходным напряжением 12 В. Высоковольтный источник 14 постоянного напряжения позволяет изменять полярность выходного потенциала, подаваемого на форсунку 9, с положительного на отрицательный. Абсолютное значение потенциала на выходе высоковольтного регулируемого преобразователя 40 можно непрерывно изменять от 0 до 10 кВ, с оптимизатора режимов 39. Высоковольтный преобразователь напряжения работает следующим образом.

Регулируемый преобразователь 40 формирует регулируемое высоковольтное напряжение. Коммутатор 41 выходного напряжения осуществляет переключение полярности выходного потенциала. Коммутатор 41 выполнен на основе высоковольтных реле. Регулирование значения выходного потенциала осуществляется аналоговым сигналом с оптимизатора 39 режимов.

Оптимизатор 39 режимов выполнен на базе микропроцессора ATmega64-16AI. Оптимизатор 39 режимов позволяет изменять все режимы и параметры вручную, с панели управления режимов, либо автоматически, по определенной программе, зашитой в микропроцессор.

После подключения высоковольтного источника 14 напряжения, независимо от того, какую полярность имеет выходной потенциал относительно заземленного рабочего электрода 15, приступают к предварительной оптимизации режимов, путем регулирования выходных параметров: абсолютного значения потенциала на выходе источника 14 высоковольтного постоянного напряжения, токов - входного и выходного, взаимосвязано с регулированием положения кольцевого рабочего электрода 15. Регулированием указанных выше параметров изменяют знак заряда и его величину на частицах топливно-воздушной смеси, скорость их движения и, следовательно, кинетическую энергию.

Изменение расстояние между форсункой 9 и рабочим электродом 15 осуществляют при помощи шагового двигателя 16 и устройства перемещения рабочего электрода. Перемещение рабочего электрода 15 в продольном направлении осуществляют следующим образом. Оптимизатор 39 режима вырабатывает импульсы положительной или отрицательной полярности. Полярность вырабатываемых импульсов зависит от того, в какую сторону следует перемещать рабочий электрод: к форсунке 9 или от нее. Выработанные в оптимизаторе 39 режима импульсы поступают на вход источника питания 17 шагового двигателя 16. Источник питания 17 преобразует эти импульсы в импульсное питание катушек статора шагового двигателя 16. Якорь шагового двигателя под воздействием магнитного поля катушек статора поворачивается на определенный угол, величина которого определяется количеством импульсов, поступивших от оптимизатора 39 режима. Ось якоря шагового двигателя 16 с насаженной на нее шестерней 22 также поворачивается на определенный угол. Вращение оси шагового двигателя передается на шестерню 21 винта 20. Шестерня 21 вместе с винтом 20 поворачиваются на определенный угол. Винт 20 начинает вкручиваться в гайку, жестко закрепленную на крышке 8, или выкручиваться из этой гайки, в зависимости от требуемого направления перемещения рабочего электрода 15. При этом происходит продольное перемещение винта 20 по направлению к форсунке 9 или от нее. Винт 20 свободно проворачивается в шарикоподшипнике 23, что позволяет исключить вращательное движение держателя 24 рабочего электрода и соответственно самого рабочего электрода 15. Под действием продольного перемещения держателя 24 рабочего электрода 15 происходит продольное перемещение рабочего электрода 15 к форсунке 9 или от нее. Выработка отрицательных или положительных импульсов с оптимизатора 39 режима зависит от того, повышается или снижается эффективность сжигания топлива в горелке. Выработка импульсов происходит следующим образом. Допустим, было решено оптимизировать процесс сжигания топлива по критерию минимизации выброса вредных веществ в струе отходящих газов. Для оптимизации по выбранному критерию вначале измеряют параметры отходящих газов без подачи на форсунку 9 высоковольтного потенциала.

После измерения параметров отходящих газов устанавливают на выходе источника высоковольтного напряжения некоторое фиксированное значение потенциала, отрицательной или положительной полярности относительно заземленного электрода, и задают перемещение рабочего электрода 15 в блоке оптимизации 39 режимов в ту или иную сторону, например, в сторону форсунки 9. В процессе перемещения рабочего электрода постоянно, при помощи датчика 12 параметров отходящих газов, измеряются параметры этих газов. Перемещение электрода 15 осуществляют до тех пор, пока происходит улучшение состава отходящих газов, под которым понимают снижение концентрации выбросов вредных веществ в атмосферу, например, окислов азота, окислов серы и др. Если это улучшение прекращается, то фиксируют (запоминают) в оптимизаторе режима то положение рабочего электрода 15 относительно форсунки 9, при котором достигнуто наилучшее значение параметров отходящих газов. Под наилучшим значением параметров отходящих газов понимают такое значение, при котором концентрация выбросов вредных веществ в атмосферу минимальна. После этого значение абсолютной величины потенциала на выходе регулируемого источника высокого напряжения изменяют на некоторую величину, и описанный выше процесс повторяют вновь. Такая процедура настройки режимов на сжигание топлива повторяется до тех пор, пока для используемого вида топлива не определены оптимальные режимы: знак и величина потенциала на выходе высоковольтного преобразователя напряжения и расстояние между форсункой и рабочим электродом.

Если при перемещении рабочего электрода 15 в сторону форсунки 9 происходит ухудшение параметров отходящих газов, то оптимизатор 39 режима начинает вырабатывать отрицательные импульсы, и электрод начнет удаляться от форсунки 9. Путем взаимосвязанного изменения значения напряжения на выходе регулируемого источника высоковольтного напряжения 14 и перемещения рабочего электрода в ту или иную сторону обеспечивают тем самым электрополевое "сжимание" пламени в вертикальной (продольной) плоскости и "растягивание", расширение его в горизонтальной (поперечной) плоскости.

Следует отметить, что шаговый двигатель 16 необходим только в процессе настройки горелки на оптимальные режимы при смене вида топлива, либо в некоторых иных случаях, например, после длительного простоя установки или после ее ремонта.

Критерием правильной настройки данной системы параметров электрического поля горелки, стимулирующего эффективность сжигания топлива, является достижение наилучшей степени экологической очистки отходящих газов при заданных параметрах по расходу топлива и электроэнергии. Все эти оптимизационные режимы достигают путем перенастройки оптимизатором 39 режима работы высоковольтного источника 14 электрического поля и изменения положения кольцевого рабочего электрода 15, относительно фронта пламени в топливной горелке.

После достижения оптимальных режимов горения топлива, достигнутого при воздействии на потоки топлива и окислителя (воздуха) высоковольтного электрического напряжения, приступают к дальнейшей, окончательной оптимизации режимов горения. Для этого устанавливают оптимальные значения параметров горения, достигнутые в предыдущей предварительной оптимизации: знак и величину потенциала на выходе высоковольтного преобразователя напряжения и значение расстояния между форсункой и рабочим электродом. После установления достигнутых в предварительной оптимизации параметров горения, через катушки электромагнита 26 пропускают ток, подключая к ним источник 19 трехфазного напряжения. Протекающий по катушкам ток создает в газовой камере поперечное магнитное вращающееся поле. Под воздействием этого поперечного вращающегося магнитного поля электростатически заряженные частицы топлива и окислителя отклоняются от той первоначальной траектории, которую они имели до воздействия на них поперечного магнитного поля. Струя потока заряженных частиц топлива и окислителя под воздействием поперечного магнитного поля изгибается и начинает вращаться. Степень изгиба струи потока заряженных частиц зависит от амплитуды вращающегося магнитного поля, массы и заряда этих частиц, а скорость и частота их вращения определяется частотой магнитного вращающегося поля. Оптимизатор режима 39 вырабатывает управляющие воздействия, которые поступают на вход источника переменного трехфазного напряжения 19. В зависимости от значений управляющих воздействий, поступающих на вход источника трехфазного напряжения 19, происходит плавное изменение амплитуды и частоты питающего тока подмагничивающих катушек 26 электромагнита, что изменяет амплитуду и частоту вращения магнитного поля. При изменении амплитуды вращающегося магнитного поля, как было сказано выше, изменяется угол изгиба струи потока заряженных частиц, что позволяет изменять степень «сжатия» факела пламени в продольном направлении и степень «расширения» факела пламени в поперечном направлении. Изменением частоты вращения электромагнитного поля добиваются значительного повышения интенсивности перемешивания заряженных частиц топлива и окислителя, существенно увеличивается количество актов их взаимодействия. Взаимосвязанным изменением амплитуды и частоты магнитного поля добиваются оптимального сжигания топлива по заданному критерию, используя для оптимизации датчики 10 подачи топлива и окислителя (воздуха), датчики 12 отходящих газов, регуляторы 11 подачи топлива и окислителя (воздуха), и оптимизатора 39 режимов. При нормальной работе горелки, для предотвращения перегрева обмоток электромагнита используют узел охлаждения, состоящий из змеевика, выполненного из медной трубки 27, теплозащитной камеры из немагнитного жаропрочного материала и слоя 38 теплоизоляционного материала, например асбеста. В зависимости от конструкции горелки и магнитного сердечника, магнитный сердечник с катушками, системой охлаждения и теплозащитным узлом может располагаться с внешней стороны корпуса горелки (см. фиг.1), охватывая этот корпус, либо внутри корпуса горелки (см. фиг.2).

Пример конкретного выполнения. Для реализации заявляемого способа и реактора была собрана установка, изображенная на фиг.1.

Устройство для осуществления способа сжигания топлива было собрано на базе горелки асфальтобетонного завода марки ДС-117, содержит воздуховод 1, топливопровод 2, врезанный герметично в воздуховод 1 с топливным насосом 3, корпус 4 горелки, диффузор 5, внутри которого размещен расширительный воздуховод 6, укрепленный на диффузоре 5, и проходящий внутри второго конического диффузора 7, который механически прикреплен на диффузоре 5 фланцевым соединением на крышке 8. Внутренний топливопровод 2 имеет на конце топливную форсунку 9. Устройство содержит также датчики 11 расхода топлива и окислителя (воздуха), регуляторы 11 расхода топлива и окислителя (воздуха), датчики 12 параметров отходящих газов. В устройство дополнительно введен проходной изолятор 13, размещенный коаксиально снаружи воздуховода 1 и жестко удерживающий его внутри наружного диффузора 5, высоковольтный источник 14 постоянного напряжения, рабочий электрод 15, шаговый двигатель 16, источник питания 17 шагового двигателя, электромагнит 18, источник 19 трехфазного переменного тока с регулируемой частотой и амплитудой, причем топливный насос 3 электроизолирован от топливной магистрали.

Рабочий электрод 15 расположен внутри камеры сгорания и выполнен, например, в виде кольца, устройство перемещения рабочего электрода выполнено в виде винта 20, с резьбой М10. На одном конце винта жестко закреплена шестерня 21, диаметр которой был равен 24 мм. Шестерня 21 имела 12 зубьев. Высота каждого зуба была равна 4 мм. Толщина шестерни была равна 200 мм. Шестерня 21 входила в зацепление с шестерней 22, жестко закрепленной на оси шагового двигателя 16. Шестерня 22 была полностью идентична шестерне 21. Расстояние, на которое мог перемещаться в продольном направлении рабочий электрод 15, относительно форсунки 9, определялось совокупной толщиной шестерен 21 и 22 и равнялось 400 мм. Другой конец винта 20 выполнен в виде цилиндра и впрессован во внутреннее кольцо шарикоподшипника 23. Наружное кольцо шарикоподшипника 23 жестко присоединено к держателю 24 рабочего электрода, винт 20 вкручен в гайку М10, неподвижно закрепленную на крышке 8. Поверхности форсунки 9, рабочего электрода 15 и элементов устройства для перемещения рабочего электрода были выполнены из жаропрочного коррозионно-стойкого металла - титана.

Станина шагового двигателя 16 жестко закреплена на платформе 25, которая могла жестко фиксироваться крепежными прижимами к неподвижной станине. При ослаблении крепежных зажимов платформу можно было перемещать в горизонтальной плоскости. Магнитный сердечник электромагнита 18 был выполнен из листовой электротехнической стали. Пакет магнитного сердечника был набран из колец листовой электротехнической стали. Наружный диаметр этих колец был равен 48 см, а внутренний диаметр 28 см. На внутренней образующей колец, а следовательно, и магнитного сердечника, были выполнены 6 пазов под электромагнитные катушки 26 электромагнита. В пазы были расположены три одинаковые катушки под углом 120° друг относительно друга. Катушки были подключены соответственно к фазам трехфазного источника питания таким образом, чтобы токи были симметричны. Катушки были выполнены из полых медных проводов прямоугольного сечения с толщиной стенки, равной 1,5 мм. Катушки имели трубчатые медные выводы 34, которые через проходной изолятор 35, вмонтированный корпус 4 горелки, выводились наружу и использовались для форсированного внутрипроводникового охлаждения катушек электромагнита. Через выводы 34 внутрь полого провода катушек электромагнита можно было подводить через трубопровод, выполненный из неэлектропроводного материала, например из жаростойкой керамики, и выводить из витков охладитель, например воздух. К поверхности медных выводов 34 присоединялись электрические выводы, служащие для подсоединения катушек электромагнита к источнику 19 трехфазного напряжения. Прямоугольные провода катушек были изолированы двумя слоями безщелочной стеклоткани с применением теплостойких кремнийорганических лаков марки ПСДК. К концам катушек электромагнита были припаяны припоем ПСр-15 полые наконечники 34, которые имеют выводы для подсоединения к ним выходов фаз источника 19 трехфазного напряжения. Кроме того, полые наконечники имели трубчатые отводы, по которым через изоляционные термостойкие трубки подавался во внутренние полости проводников катушек охладитель, например воздух или вода, служащий для форсированного охлаждения обмоток. Каждая из намагничивающих катушек была подключена к одной из фаз источника 19 трехфазного напряжения с регулируемой амплитудой и частотой. В качестве источника 19 трехфазного напряжения использовался частотный преобразователь Danfoss FC51, 1.5 кВт, вх/вых 3×380 В с подключенным последовательно на выходе фильтром Sine-wave Filter 4,5A производства Danfoss. Управление частотным преобразователем осуществлялось оптимизатором 39 режима с помощью интерфейса RS 485. На выходе источника трехфазного напряжения частота выходного напряжения регулировалась от 5 Гц до 400 Гц, межфазное выходное напряжение регулировалось от 50 В до 380 В.

Вращающееся магнитное поле внутри горелки создавалось посредством трехфазной системы токов. Процесс создания вращающегося магнитного поля внутри горелки поясним при помощи фиг.4 и фиг.5. Пусть три одинаковые катушки 43, 44 и 45 расположены в пазах под углом 120° друг относительно друга. На фиг.4 они показаны в поперечном разрезе. Подключим катушки 43, 44 и 45 соответственно к фазам источника питания таким образом, чтобы токи были симметричны (фиг.5) при принятых на фиг.4 положительных направлениях токов. Рассмотрим схематические картины магнитного поля для различных моментов времени, следующих друг за другом. Пусть первый из рассматриваемых моментов времени соответствует совпадению линии времени с вектором i₁ (фиг.5. позиция 46). При этом i₁>0, i₂<0 и i₃<0. Направления токов в катушках и схематическая картина магнитного поля показаны на фиг.6. Для момента времени, соответствующего положению линии времени, отмеченному цифрой 47, i₁>0, i₂=0 и i₃<0. Направления токов в катушках и схематическая картина поля даны на фиг.7. Далее на фиг.8 и 9 показаны направления токов, и схематические картины поля для моментов времени, соответствующих положениям линии времени 48 и 49. Сопоставление схематических картин магнитного поля, приведенных для различных, следующих друг за другом моментов времени, наглядно показывает вращение магнитного поля. Если продолжить анализ, можно убедиться, что в течение одного периода переменного тока магнитное поле таких катушек совершает один полный оборот.

Направление вращения магнитного поля зависит исключительно от последовательности фаз токов в катушках. Если сохранить подключение катушки 43 к фазе А источника питания, катушку 44 подключить к фазе С, а катушку 45 - к фазе В, то направление вращения поля меняется на противоположное. В этом можно убедиться, построив схематические картины магнитного поля для различных моментов времени, аналогично тому, как это было показано выше.

Змеевик, входящий в узел охлаждения электромагнита, был выполнен из медной цилиндрической трубки 27. Внешний диаметр трубки 27 был равен 7 мм, а внутренний диаметр трубки был равен 5 мм. Труба 27 была изогнута в виде двух цилиндрических спиралей 28, 29, одна из которых 28 охватывает внешнюю цилиндрическую поверхность электромагнита 18 и контактирует с ней, а вторая спираль 29 входит во внутренний цилиндр электромагнита 18 и также контактирует с ним. Внутренние полости спиралей 28 и 29 сообщаются между собой. Электромагнит 18 совместно с узлом охлаждения электромагнита размещен внутри теплозащитной камеры, выполненной в виде двух коаксиальных цилиндров 30 и 31 из немагнитной жаропрочной коррозионно-стойкой керамики. Теплозащитная камера с торцов заглушена кольцеобразными крышками 32 и 33, также выполненными из жаропрочной коррозионно-стойкой керамики, что и теплозащитная камера. На крышках 32 и 33 теплозащитной камеры выполнены выводы 34 для подсоединения к намагничивающим катушкам выходов фаз источника трехфазного напряжения 19 и, при необходимости, подвода внутрь полых проводов катушек электромагнита охладителя, например воздуха. В одной из крышек выполнены два отверстия, через которые и далее через проходной изолятор 35 выходят концы трубы 36 и 37 узла охлаждения электромагнита 18. Внутри камеры вокруг электромагнита и под торцевыми крышками проложен слой 38 теплоизоляционного материала, например асбеста. Центральная ось симметрии теплозащитной камеры совпадает с центральной осью симметрии камеры сгорания. Выходы источника питания шагового двигателя 16 присоединены к входам катушек статора шагового двигателя. Один (высоковольтный) выход высоковольтного источника 14 постоянного напряжения присоединен через проходной изолятор 13 к форсунке 9, а другой выход регулируемого преобразователя 14 напряжения присоединен к рабочему электроду 15 и заземлен. Выходы всех перечисленных выше датчиков: 10 - подачи топлива и окислителя, 12 - параметров отходящих газов, были присоединены к входам оптимизатора 39 режима, а выходы оптимизатора 39 режима были присоединены к входу управления высоковольтного источника 14 постоянного напряжения, к входу управления источника 19 трехфазного переменного тока, к входу управления источника 17 питания шагового двигателя и к регуляторам 11 подачи топлива и окислителя. В качестве датчика параметров отходящих газов использовался газоанализатор АДГ-304 производства ЗАО «ОПТЭК». Выдача информации с газоанализатора осуществлялась по интерфейсу RS 232.

Контроль расхода топлива осуществлялся с помощью расходомера UFM 005-15 ОАО «Старорусприбор» (Россия) с выходным интерфейсом RS-485.

Контроль расхода окислителя (воздуха) осуществлялся с помощью встроенного в воздуховод датчика потока воздуха 641RM фирмы Dwyer (США) с выходным сигналом 4-20 мА.

Регулируемый источник 14 высоковольтного постоянного напряжения выполнен по схеме, приведенной фиг.3. В качестве высоковольтного источника использовался источник с выходным регулируемым напряжением до +10 кВ, выполненный по схеме, приведенной на рис.1.19 в работе (Костиков В.Г., Никитин И.Е. Источники электропитания высокого напряжения РЭА. - М.: Радио и связь, 1986. - 200 с.: ил., стр.22).

Коммутацию высокого напряжения осуществляли реле G2 фирмы Gigavac (см. журнал «Современная электроника» №1, 2007 год, стр.18) К1-К4.

Регулирование подачи топлива и окислителя осуществлялось с помощью штатных регуляторов марки МЭО-40/63-0.25И-94, входящих в состав асфальтосмесительной установки.

Акты взаимодействия электростатически заряженных частиц топлива и окислителя (воздуха) расщепляют их молекулы до ионов и радикалов, озонируют воздух, повышая его окислительную способность. Электрически заряженные частицы топлива, вылетающие из форсунки 9, лучше дробятся под действием электростатических сил отталкивания, что приводит к увеличению угла раскрытия струи топлива в электрическом поле в 1,4-1,8 раза по сравнению с обычным способом, в обоих способах при одинаковом давлении топливного насоса 3.

Применение вращающегося магнитного поля дополнительно приводит к значительно большему увеличению угла раскрытия струи и может достигать 3-5 кратного увеличения, по сравнению с обычным способом при том же давлении топливного насоса 3.

Особенность заявляемого способа сжигания состоит в термическом нагреве пламени электрическим током от высоковольтного источника 14 напряжения и вращающегося магнитного поля, создаваемого электромагнитом, в интенсивной обработке топливно-воздушной смеси и пламени потоками высокоэнергетичных электростатически заряженных частиц, полученных индукционным способом при соприкосновении частиц воздуха и топлива с поверхностью высоковольтного электрода, роль которого в нашем случае выполняет форсунка 9. Электростатически заряженные частицы воздуха и окислителя в области между форсункой 9 и рабочим электродом 15, благодаря усилительному эффекту силового воздействия на них электрического поля ускоряются и приобретают высокие скорости. При попадании этих ускоренных электростатически заряженных частиц в область вращающегося магнитного поля, потоки частиц изменяют свою прямолинейную траекторию на изогнутую и начинают вращаться. Крутизна изгиба траектории заряженных частиц определяется амплитудой вращающегося магнитного поля, а частота и скорость их вращения зависит от частоты вращающегося магнитного поля, заряда частиц и их массы. Поэтому для правильной эффективной работы такого горения в совокупном продольном электрическом и вращающемся магнитном полях необходимо добиваться, с одной стороны, оптимальных параметров этих полей, с другой стороны, соблюдать условие предотвращения пробоя или газового разряда внутри горелки.

Другая причина улучшения сгорания топлива в заявляемом способе и устройстве состоит в разрушении двойного электрического слоя по фронту обычного пламени, который возникает при реализации известных способов сжигания топлив, вследствие обеднения объема пламени свободными электронами, более легко улетающими из пламени, по сравнению со значительно более тяжелыми (в тысячи раз) положительно заряженными радикалами топлива, что не позволяет эффективно окислять топливо (мало электронов), замедляет цепные реакции горения и снижает его эффективность.

В заявляемом случае, благодаря увеличению скорости движения заряженных частиц, увеличению количества актов взаимодействия между этими частицами, за счет прохождения ими вращающего магнитного поля, при соударениях заряженных частиц образуется достаточно интенсивный поток вторичных электронов, под действием которых двойной слой разрушается, поскольку высокоэнергетичные электроны вторичной эмиссии, ускоренные полем, свободно проникают в зону пламени, преодолевая этот слой, и улучшают условия протекания цепных реакций деления более сложных радикалов топлива на все более мелкие, благодаря физико-химическому взаимодействию заряженных радикалов топлива, вторичных электронов и озона с выделением дополнительной энергии тепла и света. Еще один механизм интенсификации горения топлива состоит в резком сжатии по вертикали и расширении по горизонтали фронта пламени, возникающем под воздействием на электростатически заряженные частицы топлива и окислителя вращающимся магнитным полем. Изменяя параметры вращающегося магнитного поля (его амплитуду и частоту), можно в широких пределах изменять степень сжатия фронта пламени в вертикальном направлении и расширения его в горизонтальном направлении.

В установке для сжигания в качестве топлива была использована нефть.

Первоначально без подключения источника высокого напряжения и вращающегося магнитного топлива, варьируя скоростью подачи топлива и окислителя (воздуха) и анализируя состав отходящих газов после сжигания топлива, выявили оптимальный режим горения по критерию экологической чистоты отходящих газов. Было установлено (см. таблицу 1), что в оптимальном режиме степень очистки пыли и различных вредных веществ после выхода из циклона после дымососа лежала в диапазоне от 10 до 35%.

После подключения источника высоковольтного регулируемого преобразователя напряжения к форсунке и рабочему электроду и согласованного изменения величины напряжения и зазора между форсункой и рабочим электродом, при той же неизменной скорости подачи топлива и окислителя, что и в предыдущем опыте, было установлено, что оптимальный режим сжигания топлива в этих условиях наблюдался при напряжении между форсункой и рабочем электродом 10 кВ и зазоре между ними 20 см. Было установлено (см. таблицу 1.), что при указанных выше режимах сжигания топлива в оптимальном режиме степень очистки пыли и различных вредных веществ после выхода из горелки лежала в диапазоне от 50 до 75%.

После достигнутых результатов по критерию экологической чистоты отходящих газов приступили к третьему этапу исследований: оставив неизменными скорость подачи топлива и окислителя, напряжения и зазора между форсункой и рабочим электродом, создали внутри горелки поперечное вращающееся магнитное поле внутри горелки, для чего подключили к обмоткам трехфазное напряжение. Регулируя амплитуду тока в обмотках электромагнита и частоту питающего напряжения, достигли максимального снижения вредных выбросов в составе отходящих газов при амплитудном значении подмагничивающего тока в обмотках, равном 15 А, и частоте вращающегося магнитного поля 1,5 кГц.

В табл.1. Приведены результаты измерения скорости и расходов и отобраны пробы твердых и газообразных загрязняющих веществ для определения эффективности заявляемого способа и устройства.

Измерения проводились в соответствии с ГОСТ 17.2.4.06-90 «Охрана природы. Атмосфера. Методы определения скорости и расхода газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения».

Степень очистки С рассчитывается по формуле

где М.В._{обычн..реж} - Масс. выброс пыли или оксида на выходе асфальтосмесителя после оптимизации в обычном режиме, М.В._{заявляемый режим.} - Масс. выброс пыли или оксида на выходе асфальтосмесителя после оптимизации при подаче высокого напряжения на форсунку или при подаче высокого напряжения на форсунку и подключения продольного магнитного поля.

Характеристики источников выброса и условия измерений

Таблица 1 Параметры   Выход после дымососа От сушильного барабана От асфальтосмесителя После оптимизации в обычном режиме Сте
пень очист
ки С,% После оптимиза
ции при подключе
нии высокого напряжения Степень очистки С,% После оптимизации при подключении высокого напряжения и продольного магнитного поля Сте
пень очистки С, % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Диаметр газохода, м 0,54×0,54 D=0,24 0,8×0,34   0,8×0,34   0,8×0,34   Площадь сечения газохода, м² 0,2916 0,0452 0,2720   0,2720   0,2720   Напряжение между форсункой и рабочим электродом, кВ     0   20   20   Продольное магнитное поле. Ток подмагничивания, А     0   0   40   Температура газового потока, град. С     91   92   91,5   Скорость газа, м/с     12   12   12   Расход газа нм³/сек     3,1   3,1   3,1   Пыль концентрация (К), г/нм³     1,408   0,535   0,0408   Масс. выброс (М.В.), г/с     4,3648 0 1,6586 62,0 0,1266 97,1

Продолжение таблицы 1 Оксид углерода                 К, г/м³     6,791   2,506   0,3871   М.В., г./с     21,7312 0 8,019 63,1 1,2387 94,3 Диоксид серы                 К, г/м³     0,083   0,0310   0,0041   М.В., г./с     0,9125 0 0,3413 62,6 0,0447 95,1 Оксид азота                 К, г/м³     0,1932   0,0657   0,0073   М.В., г./с     0,6778 0 0,2304 66,0 0,0258 96,2 Диоксид азота                 К, г/м³     0,0121   0,0034   0   М.В., г./с     0,5825 0 0,1619 72,2 0 100

Было установлено (см. таблицу 1.), что при указанных выше режимах сжигания топлива в оптимальном режиме после подачи между форсункой и первым полым тором активатора высокого напряжения, равного 20 кВ, степень очистки пыли и различных вредных веществ после выхода из горелки лежала в диапазоне от 65 до 72,2%.

После достигнутых результатов по критерию экологической чистоты отходящих газов приступили к следующему этапу исследований: оставив неизменными скорость подачи топлива и окислителя, напряжения и зазора между форсункой и рабочим электродом, создали внутри горелки продольное магнитное поле внутри горелки, для чего подключили к электромагнитной катушке. Регулируя амплитуду тока в обмотках электромагнита, достигли максимального снижения вредных выбросов в составе отходящих газов при амплитудном значении подмагничивающего тока в обмотках, равном 40 А. Было установлено (см. табл.1), что при указанных выше режимах сжигания топлива в оптимальном режиме степень очистки пыли и различных вредных веществ после выхода из циклона после дымососа лежала в диапазоне от 80 до 96,5%.

Таким образом, реализация заявляемого способа и устройства показала, что по сравнению со способом-прототипом и устройством-прототипом количество выбросов вредных компонентов отходящих газов снижается более, чем на порядок.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство позволили, в совокупности, существенно повысить эффективность горения топлива и улучшить экологические параметры отходящих газов.

Источники информации

1. Политехнический словарь. - М.: "Советская энциклопедия", 1976 г., с.196.

2. (аналоги - из кн. Н.А.Федорова. "Техника и эффективность использования газа". - М.: "Недра", 1975 г, с.235).

3. (US N 4588372, МПК F23N 5/12, 1985 г. - прототип).

4. Электротехнический справочник. В 3-х т. Т.3. Кн.2. Использование электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г.Герасимова, П.Г.Грудинского, Л.А.Жукова и др. - 6-е изд., испр. и доп. - М.: Энергоиздат, 1982., стр.228.

Группа изобретений относится к теплоэнергетике, может найти применение в теплоэнергетических установках и обеспечивает при их использовании улучшение процесса сжигания топлива при снижении выбросов в атмосферу загрязняющих веществ. Указанный технический результат достигается тем, что устройство снабжено высоковольтным источником постоянного напряжения, выходной высоковольтный потенциал которого подключен к форсунке топливно-воздушной смеси. В горелку введен дополнительный электрод, который выполнен в виде кольца и заземлен. Электроду придана возможность перемещаться относительно форсунки. Форсунка в заявляемом способе выполняет роль индуцирующего электрода, служащего для электростатической зарядки частиц топлива и воздуха. В устройство введено вращающееся магнитное поле, воздействующее на потоки электростатически заряженных частиц окислителя (воздуха) и топлива. 2 н. и 2 з.п.ф-лы, 9 ил., 1 табл.

1. Способ сжигания топлива, заключающийся во взаимосвязанной подаче топлива и окислителя в камеру сгорания, приготовлении топливной смеси путем их перемешивания, воспламенении смеси электроискровым способом, измерении расхода топлива и степени очистки отходящих газов, причем частицы топлива и окислителя электростатически заряжают путем пропускания упомянутых частиц вдоль поверхности индуцирующего электрода в виде топливной форсунки, после чего смесь воспламеняют и создают внутри камеры сгорания поперечное вращающееся магнитное поле, затем изменяют величину электростатического заряда на частицах топлива и окислителя путем изменения напряженности электрического поля в области между форсункой и рабочим электродом, а также амплитуду и частоту вращающегося магнитного поля.

2. Устройство для сжигания топлива, содержащее топливную горелку, выполненную в виде трубы с фланцем, к которому прикреплена крышка, камеру сгорания, воздуховод, топливопровод, индуцирующий электрод в виде топливной форсунки, датчики расхода топлива и окислителя (воздуха), регуляторы расхода топлива и окислителя (воздуха), датчики параметров отходящих газов, причем в устройство дополнительно введены проходной изолятор, высоковольтный источник постоянного напряжения, рабочий электрод, устройство перемещения рабочего электрода, шаговый двигатель, источник питания шагового двигателя, электромагнит, узел охлаждения электромагнита, теплозащитная камера электромагнита, источник трехфазного переменного тока с регулируемой частотой и амплитудой и оптимизатор режимов, причем топливный насос электроизолирован от топливной магистрали, рабочий электрод расположен внутри камеры сгорания и выполнен, например, в виде кольца, устройство перемещения рабочего электрода выполнено в виде винта, на одном конце которого закреплена шестеренка, которая входит в зацепление с шестеренкой, жестко закрепленной на оси шагового двигателя, а другой конец винта выполнен в виде цилиндра и жестко соединен с внутренним кольцом шарикоподшипника, наружное кольцо шарикоподшипника жестко присоединено к держателю рабочего электрода, винт вкручен в гайку, неподвижно закрепленную в крышке, которая крепежными деталями присоединена к фланцу топливной горелки, электромагнит выполнен из набора пластин из ферримагнитного материала, например, электротехнической стали или пермаллоя, в виде круглого полого цилиндрического тела, при этом на внутренней цилиндрической образующей поверхности магнитного сердечника выполнены пазы, внутри которых размещены катушки электромагнита в количестве не менее двух, например, три намагничивающие катушки, расположенные под углом 120° относительно друг друга, при этом катушки электромагнита выполнены из проводящих, например, медных, полых трубок с форсированным охлаждением, покрытых теплостойким электроизоляционным материалом, концы обмоток через проходной изолятор, выполненный из жаростойкой керамики, выведены через корпус горелки и герметично присоединены через диэлектрические, например, керамические, трубки к системе подачи охладителя, к внешней стороне выведенного конца намагничивающих катушек подключена одна из фаз источника трехфазного напряжения с регулируемыми амплитудой и частотой, узел охлаждения электромагнита состоит из змеевика и системы подачи охладителя, причем змеевик выполнен из трубы из теплопроводного немагнитного материала, например, меди, труба изогнута в виде двух цилиндрических спиралей, одна из которых охватывает внешнюю цилиндрическую поверхность электромагнита и контактирует с ней, а вторая спираль входит во внутренний цилиндр электромагнита и контактирует с ним, при этом электромагнит совместно с узлом охлаждения электромагнита размещен внутри теплозащитной камеры, выполненной, например, в виде двух коаксиальных цилиндров из немагнитного жаропрочного коррозионно-стойкого материала, например, керамики, на внешнем цилиндре теплозащитной камеры выполнены полые выводы для подсоединения к намагничивающим катушкам выходов фаз источника трехфазного напряжения, выводы имеют патрубки, сообщающиеся с внутренней полостью катушек электромагнита, к выводам патрубков через электроизоляционные трубки подключена система подачи охладителя, теплозащитная камера с торцов заглушена кольцеобразными крышками, выполненными из того же немагнитного жаропрочного коррозионно-стойкого материала, что и теплозащитная камера, в одной из крышек выполнены два отверстия, через которые выходят концы трубы узла охлаждения электромагнита, внутри камеры вокруг электромагнита и под торцевыми крышками проложен слой теплоизоляционного материала, например, асбеста, центральная ось симметрии теплозащитной камеры совпадает с центральной осью симметрии камеры сгорания, выходы источника питания шагового двигателя присоединены к входам катушек статора шагового двигателя, один выход высоковольтного источника постоянного напряжения присоединен через проходной изолятор к форсунке, а другой выход высоковольтного источника постоянного напряжения присоединен к рабочему электроду и заземлен, выходы всех перечисленных выше датчиков расхода топлива и окислителя, параметров отходящих газов и тока присоединены к входам оптимизатора режима, а выходы оптимизатора присоединены к входу управления высоковольтного источника постоянного напряжения, к входу управления источника трехфазного переменного тока, к входу управления источником питания шаговым двигателем, к входу регуляторов расхода топлива и окислителя (воздуха).