ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2023 года по МПК F23C1/10 F23L7/00 

Горелочное устройство относится к теплоэнергетике и может быть использовано для сжигания топлива в энергетических установках малой мощности в вихревых горелочных устройствах с паровой газификацией продуктов горения.

Известно горелочное устройство (патент РФ № 2684300, F23L 7/00, F23D 5/04, 09.02.2018), содержащее цилиндрический корпус в виде стакана, паровую форсунку, вмонтированную в дно корпуса, воздухоподводящие отверстия, выполненные на цилиндрическом корпусе вблизи дна, паропровод и топливоподающую трубку, конец которой расположен в непосредственной близости от входного отверстия паровой форсунки для создания паромасляной струи, а на верхнем торце корпуса установлено сопло, для выхода факела, в виде крышки с отверстием по центру, диаметр которого меньше диаметра паромасляной струи для образования тороидального вихря, образуемого перед соплом, состоящего из легкоиспаряющихся фракций жидкого топлива, способных легко воспламеняться при пуске и стабилизировать воспламенение паромасляной струи при работе устройства.

Недостаток этого устройства - отложение присадок на внутренних поверхностях горелочного устройства при сжигании отработанного моторного масла. Такой недостаток выявлен в результате эксперимента. Наслоение присадок беспредельное и особенно сильное на поверхностях наиболее раскаленных. Для удаления этих отложений необходимо устройство остановить, остудить, а потом удалить скребком. Отложения снимаются довольно легко.

Известно горелочное устройство (патент РФ № 2450207, F23C 99/00, F23G 7/05, F23D 11/20, F23L 7/00, 28.10.2010), содержащее цилиндрический корпус в виде стакана, паровую форсунку для подачи перегретого водяного пара, вмонтированную в дно корпуса, воздухоподводящие отверстия, выполненные на цилиндрической стенке корпуса, топливопровод и камеру газогенерации, которая содержит дополнительные паровые форсунки, закрепленные на держателе форсунок, имеющем форму кольцевой камеры, и установленные внутри корпуса с возможностью подачи перегретого водяного пара в камеру газогенерации, а также содержит камеру распыла жидкого топлива, образованную внутренними поверхностями корпуса и держателя форсунок. Топливопровод вмонтирован в стенку камеры распыла с возможностью подачи жидкого топлива сверху на струю пара из паровой форсунки, установленной в дне корпуса.

Недостаток этого устройства - отложение присадок на внутренних раскаленных поверхностях камеры паровой газификации при сжигании отработанного моторного масла. Наслоение в данном устройстве препятствует процессу теплообмена.

Известно также горелочное устройство (патент РФ № 2647172, F23D 11/20, F23C 99/00, F23L 7/00, 29.05.2017), содержащее цилиндрический корпус, пароперегреватель, установленный на корпусе, распылительную паровую форсунку, топливопровод, камеру паровой газификации, дополнительные (завихрительные) паровые форсунки, сопло для выхода продуктов горения. Распылительная паровая форсунка с паропроводом, топливопроводом, иглой и патрубком, на котором они установлены, являются распылительно-зажигательным блоком, а зажигание производится бытовой газовой горелкой. С обеих сторон цилиндрического корпуса, являющегося камерой паровой газификации, установлены крышки, левая и правая, в центре которых вмонтированы патрубки для естественной подачи воздуха в камеру газификации. Распылительная паровая форсунка установлена под углом к оси цилиндрического корпуса на патрубке левой крышки с возможностью подачи струи перегретого водяного пара в камеру газификации, дополнительные (завихрительные) паровые форсунки установлены тангенциально на цилиндрическом корпусе вблизи левой крышки и расположены так, что оси форсунок лежат в одной плоскости, а сопло для выхода продуктов горения в виде факела установлено тангенциально на цилиндрическом корпусе вблизи провой крышки. На конец топливопровода в месте его соединения с патрубком левой крышки установлена игла, имеющая внутреннюю полость с отверстием на конце, причем острие иглы расположено в непосредственной близости от входного отверстия паровой распылительной форсунки таким образом, что жидкое топливо подается на струю пара из паровой форсунки в область с максимальной температурой пара и скоростью потока.

Недостаток этого устройства - отложение присадок на внутренних раскаленных поверхностях при сжигании отработанного моторного масла. Наслоение отложений в данном устройстве препятствует процессу теплообмена.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является паромасляное горелочное устройство (патент РФ № 2740722, F23D 11/20, F23L 7/00, 20.01.2021), содержащее цилиндрический корпус, состоящий из двух частей, основания и цилиндрического корпуса, соединенных через теплоизоляционную прокладку. В дно основания установлены паровая форсунка с паропроводом, трубка топливоподачи, патрубок подачи сжатого воздуха во внутреннее пространство горелочного устройства, а также патрубок с датчиком наличия пламени и свеча зажигания. Первая часть устройства является распылительно-зажигательным блоком. Цилиндрический корпус выполнен с полыми стенками в виде спирального канала для охлаждения корпуса. Сопло выполнено полым из двух наложенных дисков. Во внешнем диске просверлены отверстия для подачи согретого в стенках корпуса сжатого воздуха в корень факела. Вторая часть устройства является камерой паровой газификации. Горелочное устройство позволяет подавать факел в зону с избыточным давлением.

Недостатком такого устройства является высокая скорость сжатого воздуха, попадающего внутрь устройства через патрубок малого сечения. Высокоскоростные воздушные потоки приводят к срыву пламени при пуске устройства и нестабильному горению во время работы устройства. Кроме того, на внутренних раскаленных поверхностях происходит отложение присадок при сжигании отработанного моторного масла. Наслоение отложений в данном устройстве препятствует процессу теплообмена.

В основу изобретения положена задача создания горелочного устройства, самоочищающегося прямо в процессе работы при сжигании отработанного моторного масла от отложений на внутренних раскаленных рабочих поверхностях присадок, содержащихся в моторном масле.

Поставленная задача решается тем, что горелочное устройство, содержащее распылительно-зажигательный блок и камеру паровой газификации, соединенных посредством крышки,

где распылительно-зажигательный блок состоит из цилиндрического корпуса и основания, в которое вмонтирована паровая распылительная форсунка, трубка топливоподачи и свеча зажигания, а камера паровой газификации состоит из цилиндрического корпуса, в стенках которого размещен теплообменник для получения перегретого водяного пара, с одной стороны которого установлена крышка с размещенными в ней завихрительными паровыми форсунками, а с другой (противоположной) стороны сопло для выхода раскаленных газов,

Согласно изобретению, в основание распылительно-зажигательного блока установлено такое количество распылительных форсунок, которое необходимо для получения требуемой мощности горелочного устройства, как для подачи жидкого топлива в виде паромасляной аэрозоли, так и для подачи пылеугольного топлива, в виде аэросмеси, а с противоположной стороны от основания распылительно-зажигательного блока на цилиндрическом корпусе установлены коллектор для сжатого воздуха и кольцевой диффузор, соединенный с коллектором кольцевым каналом,

Согласно изобретению, распылительные форсунки установлены таким образом, что их оси направлены под углом к центральной оси устройства и пересекаются в зоне действия паровых завихрительных форсунок камеры паровой газификации, а угол раскрытия потока аэросмеси таков, что диаметр струи в зоне кольцевого диффузора больше внутреннего диаметра кольцевого диффузора,

При сжигании отработанного моторного масла в горелочных устройствах с паровой газификацией продуктов сгорания экспериментально выявлена проблема отложений присадок, содержащихся в отработанном моторном масле. Наслоение присадок на внутренних раскаленных поверхностях нарастает довольно быстро и достигает большой толщины. Для удаления этих отложений устройство необходимо остановить, остудить, а потом удалить наслоения механическим способом.

Таким образом, для решения проблемы отложений на внутренних рабочих поверхностях присадок в заявленном устройстве предлагается совместить паромасляные аэрозоли с пылеугольными струями (аэросмеси), вводя в устройство кроме жидкотопливных распылительных форсунок ещё и пылеугольные форсунки. Причём количество тех и других зависит от мощности горелочного устройства. Угольные частицы сгорают медленнее, чем мелкодисперсные частицы жидкого топлива. Поэтому в вихревом потоке камеры паровой газификации продуктов сгорания абразивные свойства угольных частиц будут совершать очистку камеры газификации прямо во время работы устройства.

Кроме того, для предотвращения неустойчивости в работе устройства из-за срыва пламени от высокоскоростных воздушных потоков в распылительно-зажигательный блок введён кольцевой диффузор, уменьшающий скорость воздушного потока, поступающего из коллектора сжатого воздуха через кольцевой канал в зону подачи струй распыленного топлива.

Сущность технического решения поясняется рисунками:

Фиг. 1 - общий вид устройства (продольное сечение).

Фиг. 2 - распылительно-зажигательный блок (продольное сечение, вид А-А).

Фиг. 3 - вид устройства со стороны распылительно-зажигательного блока.

Фиг. 4 - вид устройства со стороны сопла.

На рисунках обозначены: 1 - распылительно-зажигательный блок; 2 - камера паровой газификации; 3 - крышка; 4 - корпус распылительно-зажигательного блока; 5 - основание; 6 - трубка топливоподачи; 7 - свеча зажигания; 8 - корпус камеры паровой газификации; 9 - теплообменник; 10 - сопло; 11 - завихрительные паровые форсунки; 12 - распылительные паровые жидкотопливные форсунки; 13 - распылительные воздушные пылеугольные форсунки; 14 - диффузорный коллектор; 15, 16 - детали кольцевого диффузора; 17- кольцевой диффузор; 18 - кольцевой канал; 19 - штуцера подачи сжатого воздуха; 20, 21, 22, 23 - штуцера подачи перегретого пара, либо воздуха, в распылительные форсунки; 24 - штуцера подачи жидкого топлива; 25, 26 - спиралевидные каналы теплообменника; 27 - патрубок перехода из канала 25 в канал 26; 28 - штуцер подачи воды в теплообменник; 29 - штуцер выхода перегретого водяного пара в коллектор 31 крышки 3; 30 - штуцер; 31 - коллектор крышки 3; 32 - крышка.

Заявляемое устройство включает распылительно-зажигательный блок 1 и вихревую камеру паровой газификации 2, соединенные посредством крышки 3.

Распылительно-зажигательный блок 1 включает цилиндрический корпус 4 и основание 5.

В основание 5 вмонтированы распылительные форсунки 12, 13, где 12 паровые жидкотопливные форсунки, а 13 воздушные пылеугольные форсунки, и свеча зажигания 7. В основание распылительно-зажигательного блока установлены распылительные форсунки. Количество распылительных форсунок подбирают в соответствии с мощностью горелочного устройства требуемой, как для подачи жидкого топлива, преимущественно отработанного моторного масла, в виде паромасляной аэрозоли, так и для подачи пылеугольного топлива, в виде аэросмеси. Оси распылительных форсунок направлены под углом к центральной оси устройства и пересекаются в зоне действия паровых завихрительных форсунок камеры паровой газификации,

В цилиндрический корпус 4 установлены трубки топливоподачи жидкого топлива 6, а также установлен диффузорный коллектор 14. Кроме того, к цилиндрическому корпусу 4 присоединён кольцевой диффузор 17, состоящий из конических деталей 15 и 16, сообщенный с коллектором 14 кольцевым каналом 18. Подача сжатого воздуха в коллектор 14 производится через штуцера 19. Подача перегретого пара, либо воздуха, в распылительные форсунки осуществляется через штуцера 20, 21, 22, 23, а подача жидкого топлива через штуцера 24. Коллектор для сжатого воздуха и кольцевой диффузор служат для снижения скорости воздушного потока в зоне горения распыленного топлива в распылительно-зажигательном блоке.

Камера паровой газификации 2 состоит из установленного на крышку 3 цилиндрического корпуса 8, в стенках которого размещен теплообменник 9 для получения перегретого водяного пара. С другой стороны корпуса 8 установлено сопло 10 для выхода раскаленных газов.

Цилиндрический корпус 8 камеры паровой газификации 2 состоит из трёх труб, вмонтированных одна в другую, образующих теплообменник «труба в трубе». Каналы 25 и 26 выполнены на внешних цилиндрических поверхностях двух внутренних труб в виде спирали. Вход в канал 25 осуществляется через штуцер 28, далее канал 25 соединяется с каналом 26 через патрубок 27, а выход потока производится через штуцер 29.

Корпус камеры паровой газификации продуктов сгорания, выходящих из распылительно-зажигательного блока, представляет собой теплообменник для получения перегретого водяного пара, который используется для распыления жидкого топлива и завихрения горящего потока в камере паровой газификации паровыми завихрительными форсунками. Частицы угольной пыли, сгорающие медленнее частиц жидкого топлива, очищают внутренние раскаленные поверхности от отложений присадок, содержащихся в моторном масле.

В крышке 3 выполнен коллектор 31 в виде кольцевого паза и крышки 32. Из коллектора 31 просверлены отверстия, соединяющие полость коллектора 31 и резьбовые отверстия, в которые ввинчены паровые завихрительные форсунки 11.

Устройство работает следующим образом.

Сначала производится пуск. Для этого задействуют одну жидкотопливную распылительную форсунку 12.

Через штуцер 24 в топливоподающую трубку 6 подают легкоиспаряющееся топливо, а на форсунку 12 подают сжатый воздух. Воздушно-топливный аэрозоль поджигают свечёй зажигания 7.

После прогрева устройства, при достижении определенной температуры корпуса 8, на штуцер 28 насосом, под давлением, подают дистиллированную воду. Вода проходит по каналу 25, далее проходит через патрубок 27 в канал 26 и выходит из штуцера 29 в виде перегретого пара, а перегретый водяной пар по паропроводам (на рисунках не показаны) направляется на штуцер 30, и далее через коллектор 31 попадает на завихрительные форсунки 11.

Кроме того, перегретый водяной пар подают на паровые распылительные форсунки 12, воздух в это время отключают.

Устройство некоторое время работает на жидком топливе и при достижении устойчивого горения подключают пылеугольные распылительные форсунки 13.

Устройство начинает работать в штатном режиме, при этом угольные частицы производят абразивную очистку внутренних раскалённых поверхностей горелочного устройства от отложений присадок, находящихся в моторном масле, прямо во время работы устройства.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для сжигания топлива в энергетических установках малой мощности, в вихревых горелочных устройствах с паровой газификацией продуктов горения. Горелочное устройство содержит распылительно-зажигательный блок и камеру паровой газификации, соединенные посредством крышки, где распылительно-зажигательный блок состоит из цилиндрического корпуса и основания, в которое вмонтирована паровая распылительная форсунка, трубка топливоподачи и свеча зажигания, а камера паровой газификации состоит из цилиндрического корпуса, в стенках которого размещен теплообменник для получения перегретого водяного пара, с одной стороны которого установлена крышка с размещенными в ней завихрительными паровыми форсунками, а с другой стороны сопло для выхода раскаленных газов. В основание распылительно-зажигательного блока установлено такое количество распылительных форсунок, которое необходимо для получения требуемой мощности горелочного устройства, как для подачи жидкого топлива в виде паромасляной аэрозоли, так и для подачи пылеугольного топлива в виде аэросмеси, а с противоположной стороны от основания распылительно-зажигательного блока на цилиндрическом корпусе установлены коллектор для сжатого воздуха и кольцевой диффузор, соединенный с коллектором кольцевым каналом. При этом распылительные форсунки установлены таким образом, что их оси направлены под углом к центральной оси устройства и пересекаются в зоне действия паровых завихрительных форсунок камеры паровой газификации, а угол раскрытия потока аэросмеси таков, что диаметр струи в зоне кольцевого диффузора больше внутреннего диаметра кольцевого диффузора. Изобретение позволяет создать горелочное устройство самоочищающееся прямо в процессе работы при сжигании отработанного моторного масла от отложений на внутренних раскаленных рабочих поверхностях присадок, содержащихся в моторном масле. 4 ил.

Горелочное устройство, содержащее распылительно-зажигательный блок и камеру паровой газификации, соединенные посредством крышки, где распылительно-зажигательный блок состоит из цилиндрического корпуса и основания, в которое вмонтирована паровая распылительная форсунка, трубка топливоподачи и свеча зажигания, а камера паровой газификации состоит из цилиндрического корпуса, в стенках которого размещен теплообменник для получения перегретого водяного пара, с одной стороны которого установлена крышка с размещенными в ней завихрительными паровыми форсунками, а с другой стороны сопло для выхода раскаленных газов, отличающееся тем, что в основание распылительно-зажигательного блока установлено такое количество распылительных форсунок, которое необходимо для получения требуемой мощности горелочного устройства, как для подачи жидкого топлива в виде паромасляной аэрозоли, так и для подачи пылеугольного топлива, в виде аэросмеси, а с противоположной стороны от основания распылительно-зажигательного блока на цилиндрическом корпусе установлены коллектор для сжатого воздуха и кольцевой диффузор, соединенный с коллектором кольцевым каналом, при этом распылительные форсунки установлены таким образом, что их оси направлены под углом к центральной оси устройства и пересекаются в зоне действия паровых завихрительных форсунок камеры паровой газификации, а угол раскрытия потока аэросмеси таков, что диаметр струи в зоне кольцевого диффузора больше внутреннего диаметра кольцевого диффузора.