ПАРОМАСЛЯНОЕ ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО
STEAM-OIL BURNER DEVICE

Изобретение относится к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим для горения перегретый водяной пар.
Известно горелочное устройство [патент РФ №2040731, F23C 5/06, 25.07.1995], содержащее цилиндрическую камеру с аксиальными отверстиями для подачи первичного воздуха и сквозной наклонной щелью по периметру камеры для подачи вторичного воздуха, пароподводящий узел в виде коллектора с соплами для подачи водяного пара, причем оси сопел расположены параллельно центральной оси камеры.
Недостатком такого устройства является то, что для стабилизации воспламенения паромасляной струи здесь используется дополнительное устройство и дополнительное топливо.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является горелочное устройство [патент РФ №2450207, F23C 99/00, F23G 7/05, F23D 11/20, F23L 7/00, 10.05.2012], содержащее цилиндрический корпус в виде стакана, паровую форсунку для подачи перегретого водного пара, вмонтированную в дно корпуса, воздухоподводящие отверстия, выполненные на цилиндрическом корпусе, топливопровод и камеру газогенерации. Устройство содержит дополнительные тепловые 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, а топливопровод вмонтирован в стенку камеры распыла с возможностью подачи жидкого топлива сверху на струю пара из паровой форсунки, установленной в дне корпуса.
Недостатком этого устройства является то, что для его запуска требуется дополнительное время, поскольку требуется прогрев держателя форсунок до температуры, позволяющей не конденсироваться перегретому пару. Для этого используется дополнительное устройство, электрический нагреватель.
В основу изобретения положена задача создания паромасляного горелочного устройства с вертикальным факелом, горящим в открытом пространстве, имеющим кратковременный запуск и стабилизированное воспламенение паромасляной струи во время работы устройства без дополнительных устройств и топлива.
Поставленная задача решается тем, что горелочное устройство, содержащее цилиндрический корпус в виде стакана, установленного так, что его ось перпендикулярна горизонту, паровую форсунку для подачи перегретого водяного пара вертикально вверх вдоль оси корпуса, вмонтированную в дно корпуса, воздухоподводящие отверстия, выполненные в цилиндрическом корпусе вблизи дна, паропровод и топливоподающую трубку, конец которой расположен в непосредственной близости от выходного отверстия паровой форсунки для создания паромасляной струи. Согласно изобретению, топливоподающая трубка установлена под острым углом к горизонту и не касается стенки корпуса для уменьшения тепловых потерь при пуске устройства.
Кроме того, на верхнем торце корпуса установлено сопло в виде крышки с отверстием по центру, диаметр которого меньше диаметра паромасляной струи в плоскости сопла, для образования зоны рециркуляции, в которой движутся пары легкоиспаряющихся фракций жидкого топлива, способные легко воспламенятся при пуске и стабилизировать воспламенение паромасляной струи при работе устройства.
Паромасляная струя, находящаяся в открытом пространстве, не горит без инициирования дополнительными устройствами, такими как газовая горелка либо электродуговое устройство, что проверено экспериментально. В топливах низких погонов нефтепереработки, таких как мазут, либо в отработанных моторных маслах очень мало легкоиспаряющихся фракций, способных инициировать воспламенение. Известно, что жидкое топливо сгорает только после испарения. Испарить высоковязкие масляные жидкости очень трудно. Для этого прибегают к распылу жидкости на мельчайшие частички различными способами.
В предполагаемом устройстве распыл производится струей перегретого водяного пара инжекционным способом с измеренной температурой пара, равной 300°С (при давлении до 10 атм), что позволяет значительно уменьшить вязкость и поверхностное натяжение жидкого топлива. Измеренная скорость истечения паровой струи сверхзвуковая, около 400 м/с, что позволяет получить в распыле частички топлива размером 10-30 микрон. Все существующие способы распыла масляных топлив позволяют достичь характерного размера капель выше 50 микрон. От размера распыленных частиц зависит степень выгорания топлива, энергетические и экологические показатели горения.
Заявляемое устройство характеризуется низкой металлоемкостью, топливоподающая трубка отделена от корпуса. Все это снижает тепловые потери при пуске и позволяет быстрее зажечь паромасляную струю.
Кроме того, диаметр сопла чуть меньше диаметра паромасляной струи в плоскости сопла, что позволяет в периферийной зоне струи сформировать область рециркуляции при натекании струи на внутреннюю плоскость сопла. Как показали эксперименты, горение внутри корпуса устройства происходит вблизи сопла, что позволяет заключить, что именно эта верхняя зона, является зоной инициации воспламенения при пуске и зоной, стабилизирующей воспламенение паромасляной струи при работе устройства.
Таким образом, заявляемое устройство содержит необходимые признаки, позволяющие создать паромасляное горелочное устройство с вертикальным факелом, горящим в открытом пространстве, имеющим кратковременный запуск и стабилизированное воспламенение паромасляной струи во время работы устройства без дополнительных устройств и топлив.
Сущность технического решения поясняется рисунком, фигура 1, продольного сечения устройства.
Заявляемое устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, паровой форсунки 2, воздухоподводящих отверстий 3, паропровода 4, топливоподающей трубки 5, конец которой имеет скос 6. На верхнем торце корпуса 1 установлено сопло 7. На топливоподающей трубке 5 установлен топливоприемник 8. Устройство работает следующим образом: на топливоприемник 8 устанавливают топливоподающее устройство (на фигуре не показано) и подают жидкое топливо, которое стекает по трубке 5 и по скосу - к струе перегретого водяного пара, истекающей из отверстия форсунки 2. Сверхзвуковая паровая струя увлекает маслянистую жидкость и уносит ее в направлении, указанном стрелками. При движении паровой струи жидкость разбивается на мельчайшие частички. К воздухоподводящим отверстиям подносят пламя газовой горелки и через несколько секунд устройство запускается. Из сопла 7 выходит факел 9. Однако горение внутри корпуса происходит только в верхней зоне, вблизи сопла 7. Это видно по покраснению внешней поверхности устройства, фигура 2.
Паромасляная струя 10, имеет диаметр больше диаметра сопла 7, поэтому перед соплом образуется зона рециркуляции 11, поскольку периферийная зона паромасляной струи не может пройти через отверстие сопла 7. В этой зоне находятся пары легкоиспаряющихся фракций жидкого топлива, способных легко воспламенятся при пуске и стабилизировать воспламенение паромасляной струи при работе устройства
Паромасляное горелочное устройство работает на отработанном моторном масле. Является источником тепловой энергии для отопления иводоснабжения. Может применяться в отопительно-варочных устройствах, а также в устройствах плавки цветных металлов, термообработке и т.д.