УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ВОДОРОДА

Полезная модель относится к устройствам, применяемым в установках, работающих на энергии сжигаемой высококалорийной кислородно-водородной газовой смеси, в частности к устройству для сжигания водорода в среде кислорода.
Из патентной и технической литературы известны примеры различных устройств, используемых для сжигания водорода в окислительной среде кислорода.
Известна многоструйная газовая горелка, которая используется в производстве кварцевого стекла и кристаллов для лазерной техники. Многоструйная газовая горелка содержит цилиндрический корпус с сопловыми отверстиями в торцевой части, расположенными рядами на нескольких концентричных окружностях под углом к оси симметрии корпуса и сфокусированными на этой оси в нескольких точках, равноудаленных от торца. Горелка также содержит трубопроводы для подачи водорода и кислорода, при этом сопловые отверстия соединены с трубопроводом для подачи кислорода, а в торцевой части корпуса выполнены дополнительные наклонные сопловые отверстия, соединенные с трубопроводами водорода, расположенные по радиусам, проходящим через кислородные сопла по обе стороны от них на равном расстоянии, и сфокусированные на осях симметрии кислородных сопл. [SU 1668066. Опуб. 07.08.1991. Бюл. №29].
Известна кислородно-водородная горелка, состоящая из корпуса и сопла с расположенными внутри корпуса тремя концентричными форсунками, в корпус вмонтированы два подвижных диска с отверстиями, при смещении которых относительно друг друга обеспечивается требуемое смешение газов. [АС 197470. Опуб. 09.06.1967. Бюл. №29].
Известно устройство для сжигания водорода - парогенератор, который включает в себя форкамеру, коллектор горючего и окислителя, водоохлаждаемую камеру сгорания и камеру смешения, разделенные устройством подачи баластировочного компонента (воды). В форкамере смонтировано электрозапальное устройство, содержащее свечу зажигания и магистрали подачи горючего и окислителя соответственно. Корпус камеры сгорания имеет тракт охлаждения. Выход камеры сгорания выполнен в виде сопла, диффузор которого спрофилирован с поднутрением по расчетной кривой. [Патент RU 2079684. Опуб. 20.15.1997 г.].
Наиболее близким по конструктивным техническим решениям к заявляемой полезной модели является горелка для получения монокристаллических окислов и их соединений. [АС 131297. Опуб.. Бюл. №17 за 1960 г].
Известное устройство представляет собой горелку и имеет стаканообразный корпус с фигурной крышкой, плоским дном, плоским кислородным распределителем, плоским водородным распределителем. В распределители вмонтированы трубки для водорода и кислорода, образующие сопла горелки. Центры сопел находятся в точках пересечения системы равностоящих параллельных линий, пересеченных под углом 60ºС такой же системой линий, а также имеет пространство между дном горелки и водородным распределителем для воды.
Конструкция известного устройства не позволяет организовать контролируемый процесс горения водорода, что существенно отражается на технологичности процесса с точки зрения безопасности эксплуатации этой горелки и не обеспечивает надежный процесс розжига.
Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности и безопасности пуска и эксплуатации устройства.
Поставленная задача решается устройством для сжигания водорода, включающим цилиндрический корпус с тремя магистралями для подвода кислорода, водорода и воды, крышку, днище, распределители кислорода и водорода, в нижнюю плоскость которых вмонтированы трубки, соответственно трубки кислорода и трубки водорода, которые образуют форсунки, а также содержащим между днищем и водородным распределителем пространство для воды, а именно его особенностью, заключающейся в том, что устройство дополнительно включает вмонтированные в крышку два горелочных устройства и центральную трубку с устройством контроля пламени, при этом, горелочные устройства, идентичные по конструкции, имеют подводы кислорода и водорода, канал для газовой смеси и встроенное в канал запальное устройство, при этом каналы горелочных устройств сообщаются с центральной трубкой, кроме того, в днище имеются отверстия для выхода воды в виде сопл, коаксиально расположенных к форсункам.
На Фиг.1 (вид сбоку) и Фиг.2 (вид сверху) схематично представлена конструкция устройства.
Заявляемое в качестве полезной модели устройство состоит из цилиндрического корпуса (1) с тремя магистралями подвода топлива (водорода - 2), окислителя (кислорода - 3) и воды - 4, которая служит для охлаждения внутренней поверхности днища и снижения температуры факела (пламени) - далее по тексту «баластировочная вода», включает соответствующие распределители ресурсов: 5 - водорода; 6 - кислорода, 7 - баластировочной воды. При этом нижние части распределителей образуют раздаточные плоскости, соответственно, водорода - 8, кислорода - 9, баластировочной воды - 10. Устройство включает крышку - 11, днище - 12. В крышку вмонтированы два горелочных устройства (13) и (14) и центральная трубка (15), снабженная устройством контроля пламени с фотоэлементом - 16. Горелочные устройства идентичны по конструкции и имеют в своем составе подвод кислорода - 17, и водорода - 18, канал для газовой смеси - 19, и встроенное в канал запальное устройство - 20. Горелочные устройства (пилот-горелки) исполняют функцию зажигания и продуцируют первоначальное пламя. Каналы пилот-горелок соединены (сообщаются) с центральной трубкой и пламя из пилот-горелки поступает в центральную трубку - 15.
Центральная трубка является оптическим каналом для датчика фотоэлемента устройства контроля пламени - 16, а наличие двух пилот-горелок (13 и 14), работающих одновременно, обеспечивает надежный розжиг и включение в работу устройства.
Взаимосвязанные элементы - пилот-горелки, центральная трубка с устройством контроля пламени - образуют систему зажигания заявляемого устройства.
Раздаточные плоскости распределителей ресурсов (водорода и кислорода) имеют трубки, соответственно трубки кислорода - 21, трубки водорода - 22, а плоскость днища 12, совпадающая с раздаточной плоскостью баластировочной воды 10, имеет отверстия для выхода воды, выполненные в виде сопл 23, при этом трубки кислорода, водорода и сопла для выхода воды коаксиально расположены относительно друг друга и образуют в плоскости днища треплетные соосно - струйные форсунки, что позволяет оптимально охладить внешние стенки трубок кислорода (21) и внутреннюю поверхность днища (12). Форсунки равномерно распределены на плоскости днища вокруг центральной трубки. Количество форсунок в плоскости днища определяется заданной производительностью устройства сжигания водорода. Смешение газов (водорода и кислорода) и горение происходит в плоскости днища на срезе двухкомпонентных форсунок. Баластировочная вода используется не только для охлаждения конструктивных элементов устройства, но для регулирования температуры пламени.
Конструкция устройства и последовательность действий по розжигу и работе горелки, обусловленная особенностями конструкции, обеспечивают надежный пуск устройства и его безопасную эксплуатацию.
Устройство для сжигания водорода работает следующим образом.
Перед пуском в работу устройство для сжигания водорода продувают азотом. В пилот-горелки подают кислород и водород, при стабильном и заданном расходе топлива и окислителя включают запальное устройство. Устройство контроля пламени выдает сигнал наличия пламени в центральной трубке. Открывают подачу кислорода, водорода и баластировочной воды в соответствующие распределители. Газовая смесь начинает гореть. Наличие пламени в центральной трубке подтверждает включение устройства в работу. Отключают запальное устройство. Закрывают подачу кислорода в пилот-горелки. В центральную трубку, после отключения запального устройства, подают только водород. Пуск и работу устройства осуществляют в автоматическом режиме с помощью системы автоматических приборов, датчиков и регуляторов, которые не являются конструктивными элементами заявляемого устройства.