СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА И ВОЗДУХА ПЕРЕД ПОДАЧЕЙ В УСТРОЙСТВЕ СЖИГАНИЯ
METHOD OF PREPARATION OF GASEOUS FUEL AND AIR BEFORE THEIR FEEDING INTO THE COMBUSTION DEVICE

Изобретение относится к способам подготовки топлива и воздуха с использованием электрических разрядов путем, соответственно, ионизации и озонирования топлива, в частности углеводородного топлива или газообразного топлива, используемых в различного рода энергетических установках, преимущественно в двигателях внутреннего сгорания, и может быть использовано в энергетическом комплексе, нефтеперерабатывающей промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве и других областях народного хозяйства.
Известен способ сжигания газообразного топлива путем подачи газообразного топливовоздушной смеси в топливную форсунку и ее воспламенение электроискровым разрядом, причем в горелке установлено устройство ионизации, подключенное к устройству контроля для поддерживания максимальной пламенной ионизации и подачи в устройство сжигания дополнительного воздуха для увеличения полноты сгорания топлива (см., патент US №4588372, кл. F24N 5/12, опубл. 13.05.1986).
Однако данный способ сжигания газообразного топлива не позволяет существенно интенсифицировать процесс горения при одновременном снижении расхода окислителя, а именно воздуха и топлива, что приводит к увеличению объема подаваемого воздуха в зону горения, что, в свою очередь, приводит к увеличению объема отходящих токсичных газов.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ подготовки газообразного топлива и воздуха перед подачей в устройство сжигания, заключающийся в том, что осуществляют взаимосвязанную подачу топлива и окислителя, их перемешивание и воспламенение смеси электроискровым способом, причем производят интенсификацию горения факела пламени электрическим полем путем подачи потенциала этого поля, регулируют напряженность электрического поля в устройстве сжигания, в данном случае камере сгорания по минимуму тока, потребляемого источником поля, а также пространственные и электрические параметры электрического поля в камере сгорания топливной смеси при изменении режима горения и вида топлива путем введения дополнительного ускоряющего потенциала посредством управляющего электрода, размещенного между форсункой и рабочим электродом, а также путём взаимосвязанного изменения положения управляющего и рабочего электродов относительно факела пламени и величины электрических потенциалов поля на электродах и форсунке (см. патент RU №2160414, кл. F23D 14/24, F23N 5/12, опубл. 10.12.2000).
Однако и данный способ подготовки газообразного топлива и воздуха не позволяют интенсифицировать процесс горения при одновременном снижении расхода окислителя, в частности воздуха и топлива.
Решаемая техническая проблема заключается в преодолении отмеченных выше недостатков.
Технический результат заключается в том, что достигается возможность уменьшить расход топлива при одновременном сокращении вредных выбросов продуктов горения из энергетических установок, в частности двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установок, за счет повышения эффективности топливоподготовки электрической ионизацией углеводородных и других, в частности смесевых, альтернативных топлив и озонированием окислителя, в данном случае воздуха.
Указанная проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что способ подготовки газообразного топлива и воздуха перед подачей в камеру сгорания заключается в том, что осуществляют обработку газообразного топлива в электрическом ионизаторе газообразного топлива, установленном на трубопроводе подачи газообразного топлива в устройстве сжигания, осуществляют обработку воздуха в электрическом озонаторе воздуха, установленном на трубопроводе подачи воздуха в устройство сжигания, причем обработку газообразного топлива и воздуха, соответственно в ионизаторе газообразного топлива и озонаторе воздуха, осуществляют путем воздействия на топливо и воздух коронным электрическим разрядом, создаваемым между электродами, расположенными в камерах обработки указанных ионизатора газообразного топлива и озонатора воздуха, подачу напряжения на клеммы электродов ионизатора газообразного топлива и озонатора воздуха осуществляют от двух источников высокого напряжения, один из которых подключен к клеммам электродов ионизатора газообразного топлива, а другой - к клеммам электродов озонатора воздуха, при этом на клеммы электродов ионизатора газообразного топлива и озонатора воздуха подают различное напряжение, которое регулируют при формировании коронных разрядов, соответственно в ионизаторе газообразного топлива и озонаторе воздуха, из условия получения максимальной температуры в устройстве сжигания.
Величину напряжения создаваемого источниками высокого напряжения на клеммах электродов в ионизаторе газообразного топлива и озонаторе воздуха осуществляют с помощью процессора управления, подключенного к датчику температуры пламени.
Параметры коронных разрядов, создаваемых в ионизаторе газообразного топлива и озонаторе воздуха, регулируют, причём напряжение на клеммах электродов для получения максимальной температуры в устройстве сжигания изменяют пропорционально уменьшению или увеличению расхода топлива и воздуха при изменении мощности устройства сжигания.
На трубопроводе подачи газообразного топлива после ионизатора газообразного топлива и на трубопроводе подачи воздуха после озонатора воздуха по ходу подачи, соответственно, топлива и воздуха установлены регуляторы расхода, соответственно, топлива и воздуха.
Подачу ионизированного топлива и озонированного воздуха в устройство сжигания осуществляют посредством регуляторов расхода, соответственно, топлива и воздуха с целью изменения мощности устройства сжигания.
На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации способа подготовки газообразного топлива и воздуха перед подачей в устройство сжигания.
Устройство подготовки газообразного топлива и воздуха перед подачей в устройстве сжигания содержит:
- ионизатор газообразного топлива 1, выполненный в виде проточного цилиндрического корпуса, вход которого подсоединён к трубопроводу подачи газообразного топлива, а выход - к трубопроводу подачи топлива к горелке 2. Ионизатор газообразного топлива 1 выполнен с камерой обработки газообразного топлива, в которой размещены электроды для создания коронного электрического разряда, а клеммы электродов подсоединены к источникам высокого напряжения - высоковольтному генератору тока 10, создающему напряжения (не менее 20 киловольт) переменной частоты;
- озонатор воздуха 4 выполнен в виде проточного цилиндрического корпуса, вход которого подсоединён к компрессору воздуха 5, а выход - к трубопроводу подачи воздуха к горелкам 2. Озонатор воздуха 4 выполнен с камерой обработки, в которой размещены электроды для создания коронного электрического разряда, а клеммы электродов подсоединены источнику высокого напряжения - высоковольтному генератору тока 3;
- высоковольтные генераторы тока 3 и 10, подсоединены к источнику питания, например к сети переменного тока или аккумуляторной батарее низковольтными проводами, а к клеммам электродов ионизатора газообразного топлива 1 и озонатора воздуха 4 - высоковольтными проводами;
- на трубопроводе подачи газообразного топлива к горелке 2 установлен регулятор расхода газообразного топлива 6, выполненный с электрическим приводом и подключенный к процессору управления 7;
- на трубопроводе подачи воздуха к горелке 2 установлен регулятор расхода воздуха 8, выполненный с электрическим приводом и подключенный к процессору управления 7;
- на горелке 2 установлен датчик температуры пламени 9, который подключен к процессору управления 7 напряжением на высоковольтных генераторах тока 10 и 3, соответственно газообразного топлива и воздуха.
Устройство подготовки газообразного топлива и воздуха перед подачей в устройстве сжигания выполнено в виде блочно-модульной установки топливоподготовки.
Монтаж устройства подготовки газообразного топлива и воздуха перед подачей в устройство сжигания осуществляется в следующей последовательности.
1. Осуществляют подсоединение входного канала ионизатора газообразного топлива 1 к трубопроводу подачи газообразного топлива и выходного канала - к горелке 2 через регулятор расхода газообразного топлива 6.
2. Осуществляют подсоединение входного канала озонатора воздуха 4 к воздушному компрессору 5 и выходного канала - к горелке 2 через регулятор расхода воздуха 8.
3. Монтируют электрическую схему подключения высоковольтных генераторов тока 3 и 10 низковольтными проводами к сети переменного тока или аккумуляторной батарее, а высоковольтными проводами к клеммам электродов ионизатора газообразного топлива 1 и озонатора воздуха 4.
4. Монтируют датчик температуры пламени 9 на горелке 2.
5. Монтируют электрическую схему подключения процессора управления 7 к высоковольтным генераторам тока 3 и 10, регуляторам расхода топлива 6 и воздуха 8, а также к датчику температуры пламени 9.
Запуск устройства подготовки газообразного топлива и воздуха перед подачей в устройство сжигания осуществляется в следующей последовательности:
1. Запускают воздушный компрессор 5.
После запуска в работу воздушного компрессора 5 создается избыточное давление воздуха в его воздушном тракте и атмосферный воздух начинает поступать в озонатор воздуха 4 и далее к регулятору расхода воздуха 8.
2. Запускают процессор управления 7 для управления высоковольтными генераторам тока 3 и 10 и регуляторами расхода топлива и воздуха 6 и 8.
После запуска процессора управления 7 через регуляторы 6 и 8 газообразное топливо одновременно с воздухом начинает поступать к горелке 2 устройства сжигания.
3. Посредством процессора управления 7 устанавливают оптимальное для полного сгорания топлива соотношение подаваемого топлива и воздуха.
4. Запускают источники высокого напряжения - высоковольтные генераторы тока 3, 10 и подают с его выхода по высоковольтным проводам высоковольтные электрические потенциалы к клеммам электродов ионизатора газообразного топлива 1 и озонатора воздуха 4 соответственно.
В результате запуска высоковольтных генераторов тока 3, 10 достигается устойчивый коронный электрический разряд в зоне между электродами ионизатора газообразного топлива 1 и озонатора воздуха 4, возникает ионизация газообразного топлива и озонирование воздуха.
Наличие ионизированного газообразного топлива и озонированного воздуха, подаваемых из камер ионизации газообразного топлива 1 и озонатора воздуха 4 к горелке 2, способствует увеличению полноты сгорания топлива.
В результате достигается изменение физико-химического состава топливовоздушной смеси коронным электрическим разрядом, что позволило повысить эффективность топливоподготовки газообразного топлива и добиться экономии топлива при одновременном сокращении вредных выбросов продуктов горения газообразного топлива (продуктов неполного сгорания и окислов азота) из различного рода энергетических устройств, в частности двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных двигателей, в окружающее их пространство.