ПАРОМАСЛЯНОЕ ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО
STEAM-OIL BURNER DEVICE

Изобретение относится к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим для горения перегретый водяной пар.
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 выполнены 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.
Недостатком такого устройства является то, что в камере распыла давление ниже атмосферного за счет эжекционного эффекта, что не позволяет подавать факел такого устройства в зону с избыточным давлением. Например, в топку водогрейного котла компании Viessmann.
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 газогенерации, дополнительные паровые форсунки, сопло для выхода продуктов горения. С обеих сторон цилиндрического корпуса установлены крышки, левая и правая, в центре которых вмонтированы патрубки для естественной подачи воздуха в камеру газогенерации; распылительная паровая форсунка установлена под углом к оси цилиндрического корпуса на патрубке левой крышки с возможностью подачи струи перегретого водяного пара в камеру газогенерации, дополнительные паровые форсунки, установленные тангенциально на цилиндрическом корпусе вблизи левой крышки, размещены так, что оси форсунок лежат в одной плоскости, сопло для выхода продуктов горения в виде факела установлено тангенциально на цилиндрическом корпусе вблизи правой 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 выходного отверстия паровой распылительной форсунки таким образом, что жидкое топливо подается на струю пара из паровой форсунки в область с максимальной температурой и скоростью потока.
Недостатком такого устройства является то, что в камере газогенерации этого устройства атмосферное давление. При закрытии любого из патрубков в крышках горение прекращается, потому что через эти патрубки воздух из атмосферы засасывается внутрь, что подтверждено экспериментально на действующей модели. Таким образом, факел этого устройства нельзя разместить в камере с избыточным давлением, потому что засасывание наружного воздуха прекратится, и горение тоже прекратится.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является паромасляное 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 выходного 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.
Недостатком такого устройства является то, что внутри корпуса образуется пониженное давление из-за эжекционного эффекта, что не позволяет подавать факел в зону с избыточным давлением, потому что при подаче факела в зону с избыточным давлением горение внутри устройства прекратится из-за отсутствия воздуха.
В основу изобретения положена задача создания такого паромасляного горелочного устройства, факел которого можно подать в зону с избыточным давлением, не нарушив термодинамические процессы, происходящие внутри горелочного устройства, а также снизить теплопередачу от нагретого цилиндрического корпуса к основанию для исключения коксования вязкого топлива в топливоподающей трубке.
Поставленная задача решается тем, что паромасляное горелочное устройство, содержащее корпус в виде стакана, сопло в виде крышки с отверстием по центру, установленное на торце корпуса, паровую форсунку с паропроводом, установленные в дно корпуса, а также топливоподающую трубку, согласно изобретению, корпус устройства состоит из двух частей: основания и цилиндрического корпуса с соплом, соединенных через теплоизолирующую прокладку. Кроме того, в основание вмонтирован патрубок для подачи сжатого воздуха во внутреннее пространство горелочного устройства, патрубок с датчиком наличия пламени и автомобильная свеча зажигания, а в стенке цилиндрического корпуса выполнен полый винтовой канал 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.
Для того чтобы поместить факел заявляемого горелочного устройства в зону с избыточным давлением, необходимо выполнить определенные условия. Внутри горелочного устройства давление должно быть больше, чем в пространстве, куда устанавливается факел. Для этого необходимо подать сжатый воздух во внутреннее пространство горелочного устройства. Топливоподающая трубка здесь должна устанавливаться в основание герметично, отсюда она может избыточно нагреваться от горячего корпуса, что может приводить к коксованию вязкого топлива, хотя определенное нагревание трубки желательно для снижения вязкости топлива. Для этого требуется охлаждение нагретого корпуса, а кроме этого, и введение теплоизолирующего элемента для уменьшения теплопроводности от корпуса к основанию. Кроме того, чтобы факел устойчиво горел, в его корень нужно подавать сжатый воздух и, желательно, нагретый.
Для этого стенки корпуса должны выполнять функцию теплообменника, поэтому они изготовлены полыми в виде спиральных каналов, где подаваемый сжатый воздух нагревается, отнимая тепловую энергию и охлаждая нагретый корпус.
Таким образом, заявляемое устройство содержит необходимые признаки, позволяющие создать паромасляное горелочное устройство, факел которого можно подать в зону с избыточным давлением.
Сущность технического решения поясняется рисунками: фиг. 1 - общий вид устройства, фиг. 2 - сечение по вертикальной плоскости, фиг. 3 - сечение по горизонтальной плоскости, фиг. 4 - вид со стороны сопла, где: 1 - корпус; 2 - основание; 3 - сопло; 4 - паровая форсунка; 5 - паропровод; 6 - топливоподающая трубка; 7 - теплоизоляционная прокладка; 8 - патрубок для подачи сжатого воздуха; 9 - патрубок для установки датчика наличия пламени; 10 - свеча зажигания; 11 - полость в виде винтового канала; 12 - внутренний диск; 13 - внешний диск; 14 - полость; 15 - отверстия; 16 - датчик наличия пламени; 17 - переходник; 18 - патрубок для подачи сжатого воздуха.
Заявляемое устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, основания 2, сопла 3, паровой форсунки 4, паропровода 5, топливоподающей трубки 6, теплоизоляционной прокладки 7, трубки подачи сжатого воздуха 8, патрубка для установки датчика наличия пламени 9, автомобильной свечи зажигания 10.
Сопло 3 для выхода факела состоит из наложенных дисков 12 и 13, образующих полость 14. Во внешнем диске 13 просверлены отверстия 15. На патрубке 9 установлен датчик наличия пламени 16. Устройство крепят на крышку котла посредством переходника 17. В полость 11, выполненную в виде винтового (спирального) канала в стенке корпуса 1 для охлаждения корпуса, сжатый воздух подают через патрубок 18.
Устройство работает следующим образом: на свечу зажигания 10 от высоковольтного источника (на фигурах не показан) подают напряжение. Электрическая дуга прогревает внутреннее пространство горелочного устройства (дугу не выключают). Далее на паровую форсунку 1 подают перегретый водяной пар, а в трубку топливоподачи 6 - жидкое топливо. Полученный спрей поджигают электрической дугой, после чего подачу электричества на свечу зажигания можно прекратить. Одновременно с этим, через патрубок 8 подают необходимое количество сжатого воздуха, достаточное для устойчивого горения внутри устройства. А также через патрубок 18 подают сжатый воздух, который проходит по винтовой полости 11, выполненной в стенке корпуса 1, попадает в полость 14 сопла 3, откуда через отверстие 15 поступает под давлением в корень факела, обеспечивая необходимые условия для горения факела вне горелочного устройства, но внутри топки водогрейного котла, например, котла Viessmann. Здесь нужно иметь избыточное давление, чтобы преодолеть узкие каналы теплообменника.