Горелочное устройство для сжигания жидкого некондиционного углеводородного топлива методом паровой газификации Российский патент 2024 года по МПК F23L7/00 F23K5/22 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим в процессе горения перегретый водяной пар.

Известно горелочное устройство, использующее для горения перегретый водяной пар [Патент РФ №2219435, 20.12.2003 г., F23C 11/00, F23L 7/00], содержащее корпус в виде стакана, паровую форсунку, вмонтированную в дно корпуса над топливником, топливопровод, вмонтированный в топливник, паропровод, соединенный с паровой форсункой и камеру газогенерации.

Данный аналог обладает рядом недостатков: перегретый водяной пар подводится от постороннего источника, что требует специального отдельного устройства вырабатывающего перегретый водяной пар.

Известно горелочное устройство [Патент РФ №2373458, кл. F23C 99/00, F23L 7/00, опубл. 20.11.2009 г., Бюл.32], содержащее корпус, встроенный парогенератор водяного пара с паровой форсункой и камеру газогенерации. В корпусе, сбоку, установлено сопло для выхода факела, а паровая форсунка расположена в камере газогенерации соосно с соплом и соединена с пароперегревателем. Встроенный парогенератор состоит из трех отдельных блоков, причем пароперегреватель выполнен в виде кольцевой камеры, а паросепаратор расположен внутри пароперегревателя. Бачок-испаритель расположен сверху паросепаратора и пароперегревателя. Все три блока парогенератора и паровая форсунка соединены трубками и не имеют общих стенок.

Недостатком данного аналога является длительное время пуска. Во время запуска горелочного устройства горящее топливо выделяет сажу, которая откладывается на холодные стенки паросепаратора и пароперегревателя и в дальнейшем превращается в кокс, забивая зазоры между паросепаратором и пароперегревателем, и препятствует теплоотдаче от зеркала горения к бачку-испарителю, создавая экранный эффект. Несмотря на то, что баланс процессов (тепловых и гидродинамических) в таком устройстве имеет место, время пуска из-за указанного экранного эффекта здесь увеличенное. Изделие является сложным в изготовлении, обслуживании и эксплуатации.

Прототипом заявленного технического решения является «горелочное устройство» (патент на изобретение патент РФ 2523591 опубл. 20.07.2014 г. F23C 99/00). включающий корпус, парогенератор водяного пара, установленный в корпусе и состоящий из бачка-испарителя, паросепаратора, пароперегревателя, выполненного в виде трубки с полыми стенками, и паровой форсунки, соединенных между собой трубками, отличающееся тем, что бачок-испаритель и паросепаратор выполнены в виде кольцевых камер, пароперегреватель установлен внутри бачка-испарителя, а паровая форсунка установлена снизу пароперегревателя с возможностью подачи пара и вместе с ним горящей смеси сквозь пароперегреватель, причем корпус, бачок-испаритель, паросепаратор, пароперегреватель и паровая форсунка расположены соосно.

Недостатком данного устройства является его конструктивная сложность, при этом у устройства отсутствует возможность непрерывной работы т.е. работа осуществляется в цикличном режиме.

В период перезапуска устройство работает в переходном режиме со значительным временем выхода на стабильную работу, что сопровождается:

- пониженным уровнем температуры в топочной камере, что приводит к сажеотложению на поверхностях, расположенных в объеме топки;

- повышенным выбросам вредных веществ и увеличенным удельным расходом топлива.

Также недостатком прототипа является:

цикличность работы устройства, что не позволяет его использовать для выработки тепловой энергии для нужд теплоснабжения, где необходима длительная стабильная подача теплоносителя в сеть.

Сложность конструкции устройства практически исключает ремонтопригодность и даже частичное обслуживание в целях продления срока эксплуатации, что является серьезным препятствием при его использовании в системах теплоснабжения с большим непрерывным циклом в течение отопительного сезона.

Также данные устройства не предназначены для использования в нем более вязких топлив как мазуты и отработанные масла.

Недостатки данных аналогов и прототипа ставят задачу разработки технического решения исключающего прерывистость его работы, снижение выбросов вредных веществ с продуктами сгорания, обеспечение длительной работы конструкции с возможностью ее обслуживания в межсезонный период, а также обеспечение его работы на различных видах топлива - отработанные масла, высоковязкие мазуты.

Поставленная задача достигается тем, что в горелочном устройстве, содержащем корпус с топкой, парогенератор водяного пара, установленный в корпусе и состоящий из бачка-испарителя, пароперегревателя, выполненного в виде трубки, проходящей через факел, где в нижней части пароперегревателя в топочном пространстве установлены паровые форсунки с двух сторон, распылительными отверстиями направленные под углом вверх по направлению движения факела, трубопроводы подачи топлива и пара выполнены в виде труба в трубе, изогнуты под углом и направлены сверху вниз топочного пространства.

Положительный экологический и технико-экономический эффект достигается за счет процесса газификации топлива при нагреве и испарение в трубопроводе подачи топлива, в том числе высоковязких фракций жидких углеводородных топлив с последующим поступлением в зону горения, при этом появляется возможность существенного уменьшения коэффициента избытка воздуха в зоне горения, а поступающий в зону горения перегретый пар повышает качество горения углеводородов в факеле, что приводит к уменьшению в продуктах сгорания монооксида углерода и других продуктов неполного горения.

Техническим результатом заявленного изобретения является конструкция горелочного устройства, обеспечивающая непрерывную и надежную его работу, а также возможность экономичного сжигания различных видов топлива (отработанные масла, высоковязкие мазуты) с пониженным выходом вредных веществ с продуктами сгорания в атмосферу в результате высокоэффективного смешивания продуктов газификации топлива и закрученного потока перегретого пара, создающих высокотемпературный факел, обладающий так же высокой турбулентностью.

Конструкция устройства обеспечивает длительную эксплуатацию изделия в течении отопительного сезона, что является непременным условием для возможности его установки в системах теплоснабжения.

Ограничительные признаки изобретения «горелочное устройство, содержащее корпус, топку, трубопровод подачи топлива, парогенератор перегретого водяного пара, установленный в корпусе и состоящий из бачка-испарителя, узла подачи воды, пароперегревателя, выполненного в виде трубки, проходящей через зону горения» описывают общие элементы прототипов и аналогов: «горелок», а также заявленного технического решения.

Отличительные признаки изобретения «трубопровод подачи топлива и пароперегреватель выполнены в виде труба в трубе, изогнуты под углом и направлены сверху вниз в топочном пространстве, при этом трубопровод подачи топлива размещен в пароперегревателе, который снабжен двумя паровыми форсунками, расположенными с двух сторон его нижней части, размещенной в нижней части топочного пространства, распылительные отверстия паровых форсунок направлены под углом вверх по направлению движения факела» позволят достигнуть заявленный технический результат, а именно непрерывную и надежную работу, а также возможность экономичного сжигания различных видов топлива (отработанные масла, высоковязкие мазуты) с пониженным выходом вредных веществ в атмосферу при смешивании в высокотемпературном факеле продуктов испарения топлива и перегретого пара.

Предложенная конструкция горелочного устройства поясняется чертежом на листе графического материала. На чертеже показан разрез горелочного устройства - вид сбоку.

Заявленное техническое решение состоит из корпуса 1, топки 2 с размещенной в ее нижней части зоной стабилизации из огнеупорного материала 3, парогенератора перегретого водяного пара 4, состоящего из бачка-испарителя 5, пароперегревателя 6, выполненного в виде трубки проходящей через зону горения, где в пароперегревателе 6 в нижней части топочного пространства установлены две паровые форсунки 7 и 8 на держателе 9 с двух сторон, распылительные отверстия которых направленны под углом вверх по направлению движения факела, сформированного закрученным воздушным потоком, образованным путем его тангенциальной подачи через слой огнеупорного материала, трубопроводы подачи топлива 10 и пароперегревателя 6 выполнены в виде труба в трубе, изогнуты под углом в нижнюю часть топочного пространства 2, узла подачи воздуха 12, узла подачи воды 13.

Устройство работает следующим образом. В бачок-испаритель 5, через узел подачи воды 13 непрерывно поступает вода, подаваемая питательным насосом в автоматическом режиме (питательный насос на узле подачи воды 13 на чертеже не показан), поддерживая постоянный уровень воды в бачке-испарителе 5. В топку 2 подается топливо, где оно поджигается ручным способом. Газообразные продукты испарения при термическом разложении жидкого топлива воспламеняются, что в процессе тепловыделения позволяет воде кипеть в бачке-испарителя 5, где образуется пар, который под давлением поступает в пароперегреватель 6 по трубке 11, в которой он перегревается, проходя через топочное пространство и подается в нижнюю часть топки 2. С помощью форсунок 7 и 8 перегретый пар поступает под углом вверх по направлению движения закрученного факела горения, при этом тангенциально закрученном факеле перемешивается с продуктами горения и испарения топлива, создавая разрежение в нижней части топки 2 за счет инжекционного эффекта. При выходе горелочного устройства на устойчивый режим парообразования производится регулировка подачи воздуха до минимально возможного уровня ( - коэффициент избытка воздуха). При установившемся режиме горения высоковязкое топливо принудительным способом подается сверху по трубопроводу 10, при этом проходя внутри пароперегревателя топливо нагревается посредством теплопередачи теплотой перегретого пара и продуктами сгорания в зоне горения и газификации, легкие фракции в трубопроводе 10 начинают испарятся, а тяжелые выпадают в нижнюю часть топки 2. Продукты горения и испарения смешиваются с паровой струей, что обеспечивает эффективнее участие в процессе горения водяных паров, повышая полноту выгорания топлива и увеличивая при этом температурный уровень в топочном пространстве. При смешивании перегретого водяного пара и продуктов разложения углеводородного топлива происходит химическая реакция паровой газификации с выделением водорода, при этом температура факела, истекающего из горелочного устройства, достигает 1500°С.

Тяжелые не испарившиеся фракции топлива выпадают в нижнюю часть горелки, где подвергаются излучающему воздействию факела сверху, испаряются и поступают вверх в зону горения, где выгорают.

Выше приведенная совокупность ограничительных и отличительных признаков заявленного горелочного устройства, а именно по отличительным признакам формулы на изобретения (в совокупности ее ограничительными признаками) не известна на данном уровне развития техники и не следует из общеизвестных правил конструирования таких устройств, а также способов (методов и технологий) их функционирования, что доказывает соответствию критерию «изобретательский уровень».

Заявленное устройство по конструктиву не выявлены из существующего уровня развития техники, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».

Конструктивная реализация заявленных технических решений с указанной совокупностью признаков не представляет никаких конструктивно - технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию «промышленное применение».

Изобретение относится к области энергетики, а именно к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим в процессе горения перегретый водяной пар. Горелочное устройство содержит корпус, топку, трубопровод подачи топлива, парогенератор перегретого водяного пара, установленный в корпусе и состоящий из бачка-испарителя, узла подачи воды, пароперегревателя, выполненного в виде трубки, проходящей через зону горения. Трубопровод подачи топлива и пароперегреватель выполнены в виде труба в трубе, изогнуты под углом и направлены сверху вниз в топочном пространстве, при этом трубопровод подачи топлива размещен в пароперегревателе, который снабжен двумя паровыми форсунками, расположенными с двух сторон его нижней части, размещенной в нижней части топочного пространства, распылительные отверстия паровых форсунок направлены под углом вверх по направлению движения факела. Технический результат - обеспечение непрерывной и надежной работы горелочного устройства, а также возможность экономичного сжигания различных видов топлива (отработанные масла, высоковязкие мазуты) с пониженным выходом вредных веществ в атмосферу при смешивании в высокотемпературном факеле продуктов топлива и перегретого пара. 1 ил.

Горелочное устройство, содержащее корпус, топку, трубопровод подачи топлива, парогенератор перегретого водяного пара, установленный в корпусе и состоящий из бачка-испарителя, узла подачи воды, пароперегревателя, выполненного в виде трубки, проходящей через зону горения, отличающееся тем, что трубопровод подачи топлива и пароперегреватель выполнены в виде труба в трубе, изогнуты под углом и направлены сверху вниз в топочном пространстве, при этом трубопровод подачи топлива размещен в пароперегревателе, который снабжен двумя паровыми форсунками, расположенными с двух сторон его нижней части, размещенной в нижней части топочного пространства, распылительные отверстия паровых форсунок направлены под углом вверх по направлению движения факела.