ГИБРИДНАЯ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ГОРЕЛКА С СВЧ ПОДЖИГОМ ДЛЯ НИЗКОКАЛОРИЙНЫХ ЖИДКИХ ЭМУЛЬСИОННЫХ И СУСПЕНЗИОННЫХ ТОПЛИВ

Полезная модель относится к теплоэнергетике и предназначено для сжигания низкокалорийных жидких эмульсионных и суспензионных топлив и может быть использовано в тепловых котлах и технологических печах, направлено на увеличение скорости горения и полноты сгорания жидкого биотоплива в смеси с некондиционными углеводородными добавками в горелке.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является горелка с СВЧ-плазмотроном, содержащая горелочное устройство, представляющее из себя коаксиальную систему, по центральной части которой подается электромагнитное СВЧ поле, а по внешней части воздух и углеводородное топливо. (П.М.Корнило, Н.И.Расюк, А.В.Тымченко, К.В.Костенко, В.Е.Костюк, А.Н.Коваленко «Отработка конструкции СВЧ-плазменной горелки на основе численного исследования течения пылеугольной аэросмеси.» // «Двигатели внутреннего сгорания» №2, 2004, с.47-53.). СВЧ-разряд зажигается между центральным и внешним электродом коаксиала.
Недостатками известной горелки является то, что воздушно-топливное «облако», подаваемое через наружный контур, не попадает в разрядный объем, что приводит к неполному сгоранию топлива.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение полноты сгорания и скорости горения низкокалорийных жидких эмульсионных и суспензионных топлив.
В результате использования предлагаемой гибридной СВЧ-ультразвуковой горелки для сжигания низкокалорийных жидких эмульсионных и суспензионных топлив повышается полнота сгорания и в скорость горения смесевых топлив, что приводит к резкому сокращению накопления зольных отложений и коксования в топочных камерах тепловых устройств и резкому сокращению выбросов в атмосферу, а также повышению КПД тепловых котлов.
Технический результат достигается тем, что предлагаемая гибридная ультразвуковая горелка с СВЧ поджигом для низкокалорийных жидких эмульсионных и суспензионных топлив, имеющая в своем составе систему подготовки топлива и входные устройства для подачи топлива и воздуха, включает в себя камеру подготовки топлива с размещенным в ней ультразвуковым излучателем, механически связанным с магнитострикционным или пьезоэлектрическим преобразователем, работающим от электрического ультразвукового генератора, смесительную камеру, оборудованную основным устройством подачи воздуха, камеру СВЧ поджига с размещенной в ней электродной системой, магнетрон с блоком питания и блоком регулирования мощности, сопло горелки; при этом основное устройство подачи воздуха имеет воздушную заслонку с блоком управления и расходомер, установленный за воздушной заслонкой и связанный сигнальным кабелем с блоком регулирования мощности, камера подготовки оборудована устройством подачи компонентов топлива и дополнительным устройством подачи воздуха и сообщается со смесевой камерой через сопло камеры подготовки, а электродная система электрически связана с магнетроном.
Предлагаемое, конструкционное решение сжигания максимального количества топлива, осуществляется путем подачи распыленной смеси низкокалорийных жидких эмульсионных и суспензионных топлив с помощью ультразвукового диспергатора (УЗД) через область СВЧ-разряда.
Технический результат достигается за счет того, что в гибридной ультразвуковая горелке с СВЧ поджигом для низкокалорийных жидких эмульсионных и суспензионных топлив, включающей подвод жидкой топливной смеси и воздуха в камеру сжигания, создаваемый эффект кавитации в газожидком «облаке» в камере смешения УЗД продолжает свое существование в поле, создаваемое СВЧ электродами, чем достигается взаимодействие ультразвукового и СВЧ полей.
Положительный эффект от использования предлагаемой полезной модели по сравнению с прототипом заключается в повышение скорости горения низкокалорийной топливно-воздушной смеси, полноты выгорания топлива, снижение золонакопления на стенках камеры сгорания котла, значительное сокращение выбросов в атмосферу углекислого газа и окислов азота, а также повышение КПД.
Общая схема и состав предлагаемой гибридной ультразвуковой горелки с СВЧ поджигом для жидких низкокалорийных эмульсионных и суспензионных топлив представлены на фиг.
Горелка состоит из камеры подготовки топлива 1, электрического ультразвукового генератора 2, магнитострикционного или пьезоэлектрического преобразователя 3, ультразвукового излучателя 4, устройства подачи компонентов топлива 5, дополнительного устройства подачи воздуха 6, основного устройства подачи воздуха 7, сопла камеры подготовки топлива 8, смесительной камеры 9, камеры СВЧ поджига 10, электродной системы 11, магнетрона 12, блока питания магнетрона 13, сопла горелки 14, воздушной заслонки 15, блока управления воздушной заслонкой 16, расходомера 17, блока регулирования мощности 18 и сигнального кабеля 19.
Принцип работы гибридной ультразвуковой горелки с СВЧ поджигом следующий.
Жидкие и твердые компоненты смесевого топлива через устройство подачи компонентов топлива 5 вводят в камеру подготовки топлива 1, где с помощью ультразвукового излучателя 4 осуществляют их ультразвуковую кавитационную обработку с целью получения гомогенной ультрадисперсной топливной эмульсии/суспензии. Ультразвуковой излучатель механически связан с магнитострикционным или пьезоэлектрическим преобразователем 3, который питается от электрического ультразвукового генератора 2, и возбуждает механические колебания в ультразвуковом излучателе 4 на частоте порядка 50 кГц. Одновременно через дополнительное устройство подачи воздуха 6 в камеру подготовки топлива 1 вводят некоторое количество воздуха для создания высокой объемной плотности центров кавитации, что обеспечивает более высокую интенсивность процесса диспергирования и гомогенизации топливной эмульсии/суспензии. Горючую топливно-воздушную смесь создают в смесительной камере 9. Необходимое для создания горючей топливно-воздушной смеси количество воздуха вводят в смесительную камеру 9 через основное устройство подачи воздуха 7. При этом воздушный поток, создаваемый в смесительной камере 9, захватывает гомогенную ультрадисперсную топливную эмульсию/суспензию, приготовленную в камере подготовки топлива 1, которая поступает через сопло камеры подготовки топлива 8 за счет эжекционного эффекта. Приготовленная таким образом горючая топливно-воздушная смесь подается в камеру СВЧ поджига. 10, в которой расположена электродная система 11, соединенная с магнетроном 12. Электрическая энергия, поступающая от блока питания магнетрона 13, преобразуется в магнетроне 12 в электромагнитное СВЧ поле, которое производит электрический разряд воздушного зазора в электродной системе 11. За счет этого происходит первичное воспламенение горючей топливно-воздушной смеси. Воспламененная горючая топливно-воздушная смесь поступает в сопло горелки 14, где частично сгорает. Окончательное сгорание горючей топливно-воздушной смеси происходит за пределами сопла горелки 14 при поступлении дополнительного воздуха из окружающей воздушной среды.
Регулирование теплоотдачи гибридной ультразвуковой горелки с СВЧ поджигом осуществляют с помощью воздушной заслонки 15 с приводом от блока управления воздушной заслонкой 16 путем изменения потока воздуха, поступающего через основное устройство подачи воздуха 7. При этом одновременно, в целях энергосбережения, с помощью блока регулирования мощности 18 изменяют выходную мощность магнетрона 12 и, соответственно мощность разряда. Регулирование мощности магнетрона 12 осуществляют в зависимости от величины сигнала, поступающего в блок регулирования мощности 18 из расходомера 17 по сигнальному кабелю 19.