ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО
BURNER DEVICE

Изобретение относится к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим для горения перегретый водяной пар.
Известно горелочное устройство, использующее для горения перегретый водяной пар [Патент РФ №2211935, 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.
Недостатком такого горелочного устройства является то, что для его работы требуется посторонний источник перегретого водяного пара необходимых параметров, т.е. неавтономность.
Известно горелочное устройство [Патент РФ №2373458, 20.11.2009 г., F23C 99/00, F23L 7/00], содержащее корпус, встроенный парогенератор водяного пара с паровой форсункой и камеру газогенерации. Кроме того, в корпусе, сбоку, установлено сопло для выхода факела, а паровая форсунка расположена в камере газогенерации соосно с соплом и трубкой соединена с пароперегревателем парогенератора, имеющим форму кольцевой камеры, внутри которого расположен паросепаратор, а водяной бачок-испаритель парогенератора расположен сверху пароперегревателя и паросепаратора, причем бачок-испаритель, паросепаратор и пароперегреватель соединены трубками и не имеют общих стенок.
Недостатком такого устройства является низкая температура перегретого пара.
Наиболее близким техническим решением является горелочное устройство [Патент РФ №2523591, 20.07.2014, F23C 99/00, F23D 11/44], содержащее корпус с топкой, 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. Согласно изобретению, 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 такого устройства является невысокая температура (горения) в топочной камере, что приводит к сажеотложению на поверхностях топки и деталях, расположенных в объеме топки.
Подача в топку избыточного воздуха может повысить температуру горения, но это снижает содержание сажевых частиц в факеле, что исключает режим паровой газификации. Горение в этом случае происходит внутри устройства, а факел не выходит наружу. Все детали нагреваются до уровня, при котором работа устройства недопустима.
Технической задачей изобретения является повышение температуры горения в топочной камере с сохранением процесса образования сажевых частиц, химически взаимодействующих с водяным паром в автономном малогабаритном горелочном устройстве.
Поставленная задача решается тем, что в горелочном устройстве, содержащем корпус с топкой, парогенератор водяного пара, установленный в корпусе и состоящий из бачка-испарителя, паросепаратора, пароперегревателя, выполненного в виде трубки с полыми стенками, и паровой форсунки, установленной в держатель соосно с пароперегревателем, с возможностью подачи пара, и вместе с ним горящей смеси сквозь пароперегреватель, согласно изобретению в дно топки установлена форкамера, а в держатель установлена дополнительная паровая форсунка с возможностью подачи пара и вместе с ним горящей смеси в форкамеру, причем форкамера и дополнительная паровая форсунка установлены соосно с пароперегревателем, а паровые форсунки направлены распылительными отверстиями в противоположные стороны.
Заявленное горелочное устройство содержит форкамеру, установленную в дно топки, и дополнительную паровую форсунку, которая подает струю перегретого водяного пара и горящую смесь газов, находящихся в топке, в форкамеру. В форкамере интенсифицируется горение за счет паровой газификации продуктов неполного сгорания топлива, что приводит к повышению температуры в форкамере и, соответственно, в объеме топки и деталей, здесь расположенных. Сажа, генерируемая в топке при таких условиях, не отлагается на более горячих поверхностях, а выносится основной форсункой вверх через пароперегреватель, где по пути ее движения происходит химическая реакция между водой (паром) и углеродом (сажей), для которой здесь созданы необходимые условия.
Таким образом, вводя в устройство дополнительную паровую форсунку и форкамеру, решается задача повышения температуры горения с сохранением процесса сажеобразования в объеме топки, что приводит к эффекту самоочистки устройства от сажевых отложений, а неотложенная сажа, участвуя в процессе горения, повышает эффективность работы горелочного устройства.
Сущность технического решения поясняется чертежом общего вида устройства, Фиг. 1.
Устройство состоит из корпуса 1, топки 2, парогенератора перегретого водяного пара 3, состоящего из бачка-испарителя 4, паросепаратора 5 и пароперегревателя 6, паровой форсунки 7, установленной в держатель 8. В дне топки 2 установлена форкамера 9, а в держателе 8 установлена дополнительная паровая форсунка 10. Форкамера 9 представляет собой цилиндрическую деталь с внутренней полостью в виде сферы с конусным выходом. В бачок-испаритель 4 вмонтирован штуцер 11 для присоединения манометра, а также заливная горловина 12 с пробкой 13.
Устройство работает следующим образом. В бачок-испаритель 4, через заливную горловину 12 заливается дистиллированная вода. В топку 2 подается дизельное топливо, где оно испаряется. Газообразные продукты испарения и термического разложения жидкого топлива воспламеняются и образуют пламя с высоким содержанием частиц сажи. От тепловыделения реакции закипает вода в бачке-испарителе 4, давление поднимается и насыщенный пар поступает по трубке (на фигуре не показано) в паросепаратор 5, где от пара отделяются капельки воды. Из паросепаратора 5 пар поступает в пароперегреватель 6, где он повышает свою температуру, и далее перегретый пар поступает в держатель 8. Отсюда пар истекает из двух форсунок: основной 7 и дополнительной 10.
Перегретый пар из форсунки 10, двигаясь вниз, подхватывает продукты частичного сгорания топлива, находящиеся в топке 2 и направляет их в форкамеру 9, где происходит интенсификация процесса горения топлива с повышением температуры.
Из форкамеры 9 горящие газы поднимаются вверх в топку 2, повышая здесь температуру, далее подхватываются потоком, создаваемым основной форсункой 7 за счет эжекционного эффекта, и выносятся через пароперегреватель 6 наружу, где сгорают в виде факела в атмосферном воздухе.
Обоснование промышленной применимости.
Заявленное горелочное устройство было изготовлено и испытано. Устройство было изготовлено из стали 12Х18Н10Т. В качестве исходных компонент использовалось дизельное топливо, дистиллированная вода, атмосферный воздух. Объем бачка-испарителя составлял 1 литр. Расход топлива - 1 л/час. Рабочее давление в бачке-испарителе - 4÷6 атм. Время работы устройства - около 2 часов. После завершения работы горелочного устройства на поверхностях деталей, расположенных в объеме топки 2, наблюдались следы сажи, но отложения сажи, как в прототипе, не происходило. Опыты на горелочном устройстве проводились в течение одного года (около 200 часов работы), при этом внутренний объем топки оставался чистым (без отложений сажи). Проведенные испытания показали, что дополнительная форсунка и форкамера позволяют решить проблему сажеотложений на поверхностях топки. Таким образом, эксперименты подтвердили эффективность заявленного устройства.
Изготовленное устройство может применяться как источник энергии в отопительно-варочных устройствах.