ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО НА ЖИДКОМ ТОПЛИВЕ
BURNER FOR LIQUID FUEL

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к устройствам, использующим для горения мазута и вторичных энергоресурсов - различных видов отходов индустриальных масел.
Известно горелочное устройство (патент РФ № 2040731, F23C 5/06, 16.05.1994), содержащее цилиндрическую камеру с торцевым отверстием для подачи первичного воздуха, центральную мазутную форсунку, а также сквозную наклонную щель для подачи вторичного воздуха. Кроме того, устройство содержит паропроводящий узел в виде коллектора с соплами для подачи водяного пара параллельно продольной оси камеры.
Известно горелочное устройство (патент РФ № 2450207, F23C 99/00, F23G 7/05,F23D 11/20, F23C 7/00, 28.10.2010), содержащее цилиндрический корпус в виде стакана, паровую форсунку для подачи перегретого водяного пара, вмонтированную в дно корпуса, воздухоподводящие отверстия, выполненные на цилиндрической стенке корпуса, топливопровод, вмонтированный в стенку корпуса с возможностью подачи топлива на струю пара из паровой форсунки.
Недостатком данных устройств является то, что их конструкция не обеспечивает полного сжигания отработанных масел, из-за содержания в них тяжелых углеводородных фракций.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является горелочное устройство для сжигания нефти (патент РФ № 2743671, F23L 7/00, F23С 99/00, 24.02.2021), содержащее цилиндрический корпус в виде стакана с соплом, паровую форсунку, вмонтированную в дно корпуса, воздухоподводящие отверстия, паропровод и топливоподводящую трубку, конец которой расположен в непосредственной близости от выходного отверстия паровой форсунки, а также дожигатель.
Недостатком данного устройства является то, что для получения в устройстве заявленных авторами размеров частиц топлива в 10-30 микрон, необходимо обеспечить  сверхзвуковую скорость паровой струи, что влечет за собой применение в данном устройстве насоса высокого давления, что в значительной мере усложняет конструкцию со снижением ресурса работы изделия и не позволяет при таких скоростях протекать процессу разложения тяжелых углеводородных компонентов, содержащихся в отработанных маслах, что указывает на неполноту сгорания топлива. Так же к недостаткам относятся отсутствие предварительного прогрева топлива и воздуха.
В основу изобретения положена задача создания горелочного устройства для качественного сжигания топлива различной степени загрязненности путем осуществления конструктивного разделения зон сгорания на нижнюю зону, в которой содержится ненасыщенная воздушно-топливная аэрозоль для сжигания легких фракций углеводородов и возникающего при ограниченном доступе кислорода воздуха процесса пиролиза в этой зоне тяжелых углеводородных фракций и верхней зоны с распылительной форсункой для подачи пара для  получения насыщенной паро-воздушно-топливной смеси для дальнейшего полного сгорания полученных остатков, причем нижняя и верхняя зоны соединены зауженным соплом для создания разности давлений в этих зонах, а воздух и топливо, проходящие через коаксиальную систему, прежде чем попасть в нижнюю зону горения, прогревается за счет тепла уже сгоревшего топлива.
Повышенное давление, возникающее в нижней зоне в результате быстрого сгорания легких фракций ненасыщенной воздушно-топливной аэрозоли с одновременным повышением в этой зоне температуры и проходящим процессом пиролиза, выталкивает несгоревшие разложившиеся тяжелые фракции в верхнюю зону сгорания через зауженное сопло, где с сочетании с паром и дополнительной подачей кислорода воздуха, происходит дожигание разложившихся тяжелых фракций. Продукты сгорания удаляются из зоны через верхнее сопло, задача которого задержать продукты пиролиза в верхней зоне до их полного сгорания. Незначительные твердые отходы от процесса пиролиза оседают на дне устройства и в дальнейшем легко удаляются и утилизируются.
Для решения поставленной задачи предложено горелочное устройство, содержащее цилиндрический корпус реактора с днищем и съемного купола реактора, соединенных зауженным соплом, форсункой для подачи водяного пара, вмонтированной в купол реактора, «коаксиальной» системой для подачи топлива и воздуха с отверстиями воздуховода, выходящими в купол реактора, а окончание «коаксиальной» системы расположено над сферической зеркальной поверхностью активатора топливно-воздушной аэрозоли, снабженного импульсной системой высоковольтного поджига. Отъем тепла происходит от устройства через верхнее сопло купола реактора. Подачу топлива в предлагаемое горелочное устройство осуществляет стандартный топливный насос (на схеме не показан). Воздух в камеру подается стандартным центробежным компрессором низкого давления (на схеме не показан).
Сущность технического решения поясняется рисунками общего вида и продольного сечения устройства - фиг. 1.
Заявленное устройство состоит из цилиндрического корпуса реактора 1, дна реактора 2, съемного купола реактора 3 с нижним соплом 4 и верхним соплом 5, уплотнителем 6 и распылительной паровой форсунки 7, «коаксиальной» системой для подачи топлива и воздуха 8 с отверстиями 9, выходящими во внутреннюю часть купола реактора 3, трубки подачи топлива 10, которая выходит во внутреннюю часть цилиндрического корпуса 1 непосредственно над имеющим сферическую зеркальную поверхность активатором воздушно-топливной аэрозоли 11, систему импульсного высоковольтного поджига 12 воздушно-топливной аэрозоли, зоны горения легких фракций 13, периферийной зоны пиролиза 14, верхней зоны горения 15.
Устройство работает следующим образом.
По трубке подачи 10 топливо принудительно поступает в виде капель на сферическую зеркальную поверхность активатора 11, образуя при растекании на зеркальной поверхности тонкую топливную пленку, которая потоком воздуха, нагнетаемого в «коаксиальную» систему 8, срывается с нижней части активатора 11 с образованием ненасыщенной воздушной-топливной аэрозоли, которая одноразово поджигается высоковольтной импульсной системой поджига 12 для запуска процесса горения в зоне 13, где сжигаются легкие углеводородные фракции, при этом в условиях отсутствия кислорода и при высокой температуре, в периферийной части 14 происходит пиролиз  несгоревших тяжелых углеводородных фракций на легкие фракции, а благодаря соплу 4 происходит удержание топливной аэрозоли в нижней зоне горения, образовавшиеся в результате пиролиза легкие фракции через сопло 4 попадают в верхнюю зону горения 15, куда через распылительную паровую форсунку 7 нагнетается водяной пар и избыточный воздух из отверстий 9 «коаксиальной» системы 8, создавая насыщенную паро-топливно-воздушную аэрозоль, где и происходит дожигание легких фракций.