Способ эффективного сжигания топлива и устройство для его осуществления



Способ эффективного сжигания топлива и устройство для его осуществления
Способ эффективного сжигания топлива и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2432527:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) (RU)

Изобретение относится к теплоэнергетике, огневым технологиям и может найти широкое применение в теплоэнергетических установках (котельные, домны и т.д.). Способ сжигания топлива заключается во взаимосвязанной подаче топлива и окислителя в камеру сгорания, в приготовлении топливной смеси путем их перемешивания, воспламенении смеси электроискровым способом, в измерении расхода топлива и степени очистки отходящих газов, частицы топлива и окислителя электростатически заряжают разноименными зарядами путем их пропускания вдоль поверхности индуцирующих разноименных электродов, при этом частицы топлива заряжают положительным электростатическим зарядом путем воздействия на них положительно заряженным индуцирующим электродом, а частицы окислителя заряжают отрицательным электростатическим зарядом путем воздействия на частицы окислителя отрицательно заряженным индуцирующим электродом, затем потоки электростатически заряженных частиц топлива и окислителя перемешивают друг с другом, для чего упомянутые потоки направляют в область горения, и создают внутри камеры сгорания магнитное поле путем пропускания по виткам катушки, охватывающей область горения, регулируемого по амплитуде постоянного тока, затем после перемешивания частиц топлива и окислителя в электрическом и магнитном полях полученную смесь воспламеняют и после воспламенения смеси согласованно изменяют величину электростатического заряда на частицах топлива и окислителя путем изменения напряженности электрического поля в области индуцирующих электродов, а также амплитуду магнитного поля путем изменения амплитуды тока в катушке до достижения оптимальных режимов горения по одному из выбранных критериев, например по критерию достижения наилучшей степени экологической очистки отходящих газов при заданных параметрах по расходу топлива и электроэнергии. Технический результат состоит в том, что при минимуме потребления электроэнергии удается существенно интенсифицировать процесс сжигания топлива благодаря электростатической зарядке частиц и воздействию на них вращающегося магнитного поля, а также интенсификации перемешивания и физико-химического взаимодействия частиц топлива и окислителя в зоне горения и в зоне отходящих газов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, огневым технологиям и может найти широкое применение в теплоэнергетических установках (котельные, домны и т.д.), в частности в асфальтобетонных заводах, использующих также топливные горелки для разогрева асфальтобетонной смеси.

Известны способы и устройства сжигания топлива путем подачи и взаимосвязанного регулирования топлива и окислителя в топку с последующим воспламенением топливной смеси, ее сжиганием и отводом отходящих газов в атмосферу через вытяжную трубу [1].

Известные аналоги не обеспечивают высокого качества сгорания топлива и имеют низкие экологические показатели отходящих газов.

Известны различные способы и устройства интенсификации сжигания топлива путем его предварительного подогрева (термического за счет тепла отходящих газов или электротермического), лучшего распыления и смешивания и завихрения смеси путем использования в качестве окислителя кислорода [2].

Применение всех этих способов и устройств позволяет экономить до 20% топлива, улучшить экологию сжигания топлива, однако не обеспечивает полного сгорания топлива и глубокой экологической очистки отходящих газов в связи с неполным взаимодействием топлива с окислителем из-за двойного электрического слоя на границе фронта пламени, недостаточной интенсивности протекания разветвленных цепных реакций горения, особенно низкокалорийных топлив (мазутов, угля, торфа).

Наиболее близким к заявляемому способу является способ сжигания топлива [3], по которому в камеру сгорания одновременно поступают распыленное жидкое топливо и окислитель, которые перемешивают и поджигают электроискровым способом.

Устройство, реализующее способ-прототип [3], выполнено в виде горелки, содержащей воздуховод, топливопровод, топливный насос, топливную форсунку, камеру сгорания, расходомеры, датчики параметров отходящих газов и вытяжную трубу для отвода продуктов сгорания.

Недостатки прототипа (способа и устройства для его осуществления) состоят в том, что топливо сгорает не полностью и часть его в виде отходов выбрасывается в атмосферу, за счет чего снижается КПД сжигания топлива и возрастают затраты на экологическую очистку отходящих из пламени газов. Все это приводит к низкой эффективности способа-прототипа и устройства-прототипа.

Задача изобретения состоит в повышении эффективности сжигания топлива.

Технический результат достигается тем, что в способе сжигания топлива, заключающемся во взаимосвязанной подаче топлива и окислителя в камеру сгорания, в приготовлении топливной смеси путем их перемешивания, воспламенении смеси электроискровым способом, в измерении расхода топлива и степени очистки отходящих газов, частицы топлива и окислителя электростатически заряжают разноименными зарядами путем их пропускания вдоль поверхности индуцирующих разноименных электродов, при этом частицы топлива заряжают положительным электростатическим зарядом путем воздействия на них положительно заряженным индуцирующим электродом, а частицы окислителя заряжают отрицательным электростатическим зарядом путем воздействия на частицы окислителя отрицательно заряженным индуцирующим электродом, затем потоки электростатически заряженных частиц топлива и окислителя перемешивают друг с другом, для чего упомянутые потоки направляют в область горения, и создают внутри камеры сгорания магнитное поле путем пропускания по виткам катушки, охватывающей область горения, регулируемого по амплитуде постоянного тока, затем после перемешивания частиц топлива и окислителя в электрическом и магнитном полях полученную смесь воспламеняют и после воспламенения смеси согласованно изменяют величину электростатического заряда на частицах топлива и окислителя путем изменения напряженности электрического поля в области индуцирующих электродов, а также амплитуду магнитного поля путем изменения амплитуды тока в катушке до достижения оптимальных режимов горения по одному из выбранных критериев, например по критерию достижения наилучшей степени экологической очистки отходящих газов при заданных параметрах по расходу топлива и электроэнергии.

Задача решается тем, что в устройство для осуществления способа сжигания топлива, содержащее корпус горелки, крышку горелки, воздуховод, топливный насос с топливопроводом, топливную форсунку, регуляторы расхода топлива и окислителя, датчики расхода топлива и окислителя, датчики состава отходящих газов, дополнительно введен проходной изолятор, высоковольтный регулируемый источник постоянного напряжения, активатор горения, состоящий из двух полых торов, два дополнительных воздухопровода, снабженных двумя трубчатыми вводами, фиксатор, регулируемый источник постоянного тока, электромагнитная катушка с двумя выводами, изоляционные втулки, стопорные кольца, оптимизатор режимов, при этом в крышке горелки просверлено отверстие с нарезанной в нем резьбой, на внешней стороне первого трубчатого ввода дополнительных воздуховодов также нарезана резьба, первый полый тор активатора горения выполнен из тугоплавкого проводящего материала, например титана, вольфрама или молибдена, на внешней поверхности первого тора, обращенной в сторону пламени, выполнены конические сопла, имеющие сообщение с внутренней поверхностью упомянутого тора, при этом сопла наклонены под углом α, лежащим в диапазоне 45≤α≤60 градусов по отношению к продольной оси горелки, первый полый тор активатора горения снабжен системой продольного перемещения, включающей в себя шаговый двигатель, на ось ротора которого жестко посажена шестерня, источник питания шагового двигателя, шарикоподшипник, трубчатый держатель первого тора активатора, трубчатый шток, на один конец которого жестко насажена шестерня, направляющую и ограничитель, при этом внутри трубчатого штока нарезана резьба, соответствующая резьбе, нарезанной на внешней стороне первого из трубчатых вводов дополнительных воздуховодов, на внешней поверхности трубчатого штока ниже посадки шестерни также нарезана резьба, другой конец трубчатого штока впрессован во внутреннее кольцо шарикоподшипника, внешнее кольцо шарикоподшипника жестко прикреплено к одному концу трубчатого держателя первого тора активатора горения, второй конец трубчатого держателя первого полого тора активатора горения жестко прикреплен к внешней поверхности первого полого тора активатора горения, шестерня, насаженная на ротор шагового двигателя, входит в зацепление с шестерней, посаженной на трубчатый шток, трубчатый шток вкручен в резьбовое отверстие крышки горелки, во внутреннюю резьбу трубчатого штока вкручен первый трубчатый ввод одного из дополнительных воздухопроводов, причем упомянутый трубчатый ввод одного из дополнительных воздуховодов жестко прикреплен к фиксатору, жестко прикрепленному к крышке горелки, направляющая выполнена в виде стержня из тугоплавкого материала, например титана, и жестко прикреплена к корпусу горелки, ограничитель выполнен из тугоплавкого материала, например титана, в виде плоской полосы, на одном конце которой выполнена прорезь, в которую входит направляющая, а другой конец которой жестко прикреплен к боковой поверхности первого полого тора активатора режима, второй полый тор активатора горения выполнен из неэлектропроводного материала, например термоустойчивой керамики, причем внешний диаметр d1 первого полого тора связан с внутренним диаметром d2 второго полого тора активатора горения соотношением 0,8d2+2h≤d1≤0,9d2+2h, где h - ширина направляющей, а внешний диаметр d3 второго полого тора связан с внутренним диаметром D корпуса горелки соотношением 0,98D≤d3≤0,99D, часть поверхности второго полого тора, обращенная в сторону факела, перфорирована, в полости второго тора расположена электромагнитная катушка, выполненная из электропроводного трубчатого материала, например медной трубки, витки катушки изолированы друг от друга, концы электромагнитной катушки присоединены к выводам, которые через отверстие в корпусе второго полого тора активатора горения тора и изоляционные втулки выведены наружу корпуса горелки, во внутреннюю полость второго полого тора активатора горения введен трубчатый ввод второго дополнительного воздуховода, при этом топливный насос электроизолирован от топливной системы, второй полый тор активатора горения расположен между стопорными кольцами, которые прикреплены к внутренней поверхности корпуса горелки, выходы источника питания шагового двигателя присоединены ко входам катушек статора шагового двигателя, высоковольтный выход регулируемого источника постоянного напряжения с положительным потенциалом присоединен через проходной изолятор к форсунке, а минусовой выход регулируемого источника постоянного напряжения присоединен к первому полому тору активатора горения и заземлен, выходы регулируемого источника постоянного тока подсоединены при помощи шайб и гаек к выводам электромагнитной катушки, выходы датчиков расхода топлива и окислителя и выходы датчиков параметров отходящих газов присоединены к входам оптимизатора режима, а выходы оптимизатора присоединены ко входу управления высоковольтным регулируемым источником постоянного напряжения, ко входу управления регулируемым источником постоянного тока, ко входу управления источником питания шагового двигателя и к регуляторам подачи топлива и окислителя.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего заявляемый способ.

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа на примере топливной горелки, показанной в упрощенном виде на чертеже.

Устройство для осуществления способа сжигания топлива содержит корпус горелки 1, крышку горелки 2, воздуховод 3, топливный насос 4 с топливопроводом 5, топливную форсунку 6, регуляторы расхода топлива и окислителя 7, датчики расхода топлива и окислителя 8, датчики состава отходящих газов 9. Для повышения эффективности горения в устройство дополнительно введен проходной изолятор 10, высоковольтный регулируемый источник постоянного напряжения 11, активатор горения, состоящий из двух полых торов 12 и 13, два дополнительных воздухопровода, снабженных двумя трубчатыми вводами 14 и 15, фиксатор 16, регулируемый источник постоянного тока 17, электромагнитная катушка 18 с двумя выводами 19 и 20, изоляционные втулки 21, стопорные кольца 22 и 23 и оптимизатор режимов 24. При этом в крышке горелки 2 просверлено отверстие с нарезанной в нем резьбой. На внешней стороне первого трубчатого ввода 14 дополнительных воздуховодов также нарезана резьба. Первый полый тор 12 активатора горения выполнен из тугоплавкого проводящего материала, например титана, вольфрама или молибдена. На внешней поверхности первого тора 12, обращенной в сторону пламени, выполнены конические сопла 25, имеющие сообщение с внутренней поверхностью упомянутого тора. Сопла наклонены под углом α, лежащим в диапазоне 45≤α≤60 градусов по отношению к продольной оси горелки. Первый полый тор 12 активатора горения снабжен системой продольного перемещения. Система перемещения включает в себя шаговый двигатель 26, на ось ротора которого жестко посажена шестерня 27, источник питания 28 шагового двигателя 26, шарикоподшипник 29, трубчатый держатель 30 первого тора 12, трубчатый шток 31, на один конец которого жестко насажена шестерня 32, направляющая 33, ограничитель 34. Направляющая 33 выполнена в виде стержня из тугоплавкого материала, например титана. Направляющая 33 жестко прикреплена к корпусу горелки 1. Ограничитель 34 выполнен из тугоплавкого материала, например титана, в виде плоской полосы, на одном конце которой выполнена прорезь, в которую входит направляющая 33, а другой конец которой жестко прикреплен к боковой поверхности первого полого тора 12 активатора режима. При этом внутри трубчатого штока 31 под шестерней 32 нарезана резьба, соответствующая резьбе, нарезанной на внешней стороне первого из трубчатых вводов 14 дополнительных воздуховодов. На внешней поверхности трубчатого штока 31 ниже посадки шестерни также нарезана резьба. Другой конец трубчатого штока 31 впрессован во внутреннее кольцо шарикоподшипника 29. Внешнее кольцо шарикоподшипника 29 жестко прикреплено к одному концу трубчатого держателя 30 первого полого тора 12 активатора. Второй конец трубчатого держателя 30 жестко прикреплен к внешней поверхности первого полого тора 12 активатора. Шестерня 27, насаженная на ротор шагового двигателя, входит в зацепление с шестерней 32, посаженной на трубчатый шток 31. Трубчатый шток 31 вкручен в резьбовое отверстие крышки горелки 2. Во внутреннюю резьбу трубчатого штока 31 вкручен первый трубчатый ввод 14 одного из дополнительных воздухопроводов. Причем упомянутый трубчатый ввод 14 одного из дополнительных воздуховодов жестко прикреплен к фиксатору 16, который, в свою очередь, жестко прикреплен к крышке горелки 2.

Второй полый тор 13 активатора горения выполнен из неэлектропроводного материала, например термоустойчивой керамики. Причем внешний диаметр d1 первого полого тора 12 связан с внутренним диаметром d2 второго полого тора 13 активатора горения соотношением 0,8d2+2h≤d1≤0,9d2+2h, где h - ширина направляющей 33. Такое соотношение выбрано исходя из следующих соображений. При перемещении первого полого тора 12 активатора горения вдоль продольной оси горелки необходимо, чтобы он свободно проходил через внутреннее отверстие второго полого тора 13. При этом если выбрать внешний диаметр первого тора d1≥0,9d2+2h, то будет существовать опасность механического соприкосновения обоих полых торов 12 и 13 активатора горения за счет возможных поперечных колебаний первого полого тора 12, которые могут возникнуть при его продольном перемещении.

Если выбрать внешний диаметр первого тора d1≤0,8d2+2h, то это приведет к неоправданному сжатию факела пламени горелки.

Внешний диаметр d3 второго полого тора 13 связан с внутренним диаметром D корпуса горелки 1 соотношением 0,98D≤d3≤0,99D. Такой диапазон значений внешнего диаметра d3 второго полого тора 13 активатора горения выбран из того условия, чтобы второй полый тор 13 легко можно было бы закрепить внутри корпуса горелки.

При этом выбрать размер диаметра d3 из условия d3≥0,99D невозможно, так как коэффициент теплового расширения керамики, из которой изготовлен полый тор 13, может превышать коэффициент теплового расширения корпуса горелки, что в процессе горения может привести к повреждению второго полого тора 13. Если выбрать диаметр d3 из условия d3≤0,98D, то это приведет к неоправданно большому зазору между внутренней поверхностью корпуса горелки и вторым полым тором активатора горелки, что может также привести к сложностям при закреплении полого тора 13 к стенкам корпуса горелки 1. Часть поверхности второго полого тора, обращенная в сторону факела, перфорирована. В полости второго полого тора 13 расположена электромагнитная катушка 18, выполненная из электропроводного трубчатого материала, например медной трубки. Витки катушки 18 изолированы друг от друга. Концы электромагнитной катушки 18 присоединены к выводам 19 и 20, которые через отверстие в корпусе второго полого тора 13 активатора горения тора и изоляционные втулки 21 выведены наружу корпуса горелки 1. Во внутреннюю полость второго полого тора 13 активатора горения введен трубчатый ввод 15 второго дополнительного воздуховода. Топливный насос 4 электроизолирован от топливной системы. Второй полый тор 13 активатора горения расположен между стопорными кольцами 22 и 23, которые прикреплены к внутренней поверхности корпуса горелки 1. Выходы источника питания 28 шагового двигателя 26 присоединены к входам катушек статора шагового двигателя 26. Высоковольтный выход регулируемого источника постоянного напряжения 11 положительным потенциалом присоединен через проходной изолятор 10 к форсунке 6, а минусовой выход регулируемого источника постоянного напряжения 11 присоединен к первому полому тору 12 активатора горения и заземлен. Выходы регулируемого источника постоянного тока 17 подсоединены при помощи шайб и гаек к выводам 19 и 20 электромагнитной катушки 18. Выходы датчиков расхода топлива и окислителя 8 и выходы датчиков параметров отходящих газов 9 присоединены к входам оптимизатора режима 24. Выходы оптимизатора режима 24 присоединены к входу управления высоковольтным регулируемым источником постоянного напряжения 11, к входу управления регулируемым источником постоянного тока 17, к входу управления источником питания шагового двигателя 28 и к регуляторам подачи топлива и окислителя 7.

Предлагаемый способ сжигания топлива заключается во взаимосвязанной подаче топлива и окислителя в камеру сгорания, воспламенении смеси электроискровым способом, в измерении расхода топлива и степени очистки отходящих газов. В предлагаемом способе с целью повышения эффективности сгорания топлива и интенсификации горения факела пламени частицы топлива и окислителя электростатически заряжают разноименными зарядами. В настоящее время для электростатической зарядки частиц используют три способа [4]:

1 - путем осаждения на поверхность частицы ионов из объема газа, окружающего частицу;

2 - путем электростатической индукции, которая происходит в результате разделения зарядов при контакте частица с электродом, находящимся под потенциалом;

3 - путем механической, химической и тепловой электризации.

Реализация первого способа электростатической зарядки частиц, как правило, осуществляется в зоне горения коронного разряда, что неприемлемо в условиях сжигания топлива.

Реализация третьего способа электростатической зарядки частиц не дает ощутимого эффекта и требует создания дополнительных условий для осуществления этого способа.

В заявляемом способе использован второй (индукционный) способ электростатической зарядки частиц, который эффективен и относительно просто реализуется на практике.

В предлагаемом способе с целью повышения эффективности сгорания топлива и интенсификации горения факела пламени частицы топлива и окислителя электростатически заряжают разноименными зарядами путем пропускания упомянутых частиц вдоль поверхности индуцирующих электродов. При этом частицы топлива заряжают положительным электростатическим зарядом путем воздействия на эти частицы высоковольтным индуцирующим положительно заряженным электродом, а частицы окислителя - отрицательным электростатическим зарядом путем воздействия на эти частицы индуцирующим электродом с отрицательным потенциалом на нем. После чего разноименно заряженные частицы топлива и окислителя направляют в область горения, где их перемешивают друг с другом, для чего внутри камеры сгорания создают регулируемое продольное магнитное поле. Переменное регулируемое продольное магнитное поле внутри камеры сгорания создают путем пропускания по виткам катушки регулируемого по амплитуде переменного тока. После перемешивания электростатически заряженных частиц топлива и окислителя полученную смесь воспламеняют. Электростатическая зарядка частиц топлива и окислителя разноименными зарядами необходима для того, чтобы, во-первых, частицы топлива и окислителя притягивались друг к другу кулоновскими силами, что приводит к более эффективному и полному сгоранию топлива. Во-вторых, заряженные частицы топлива и окислителя, попадая в продольное магнитное поле, охватывающее область горения, изменяют свою траекторию, которая становится криволинейной, например спиралеобразной, «навинчивающейся» на силовую линию магнитного поля, в случае, если заряженная частица влетает в магнитное поле под некоторым углом, отличным от 0 градусов, к силовой линии магнитного поля. Для того чтобы придать отрицательно заряженным электростатическим частицам окислителя некоторый угол по отношению к силовым линиям магнитного поля, эти частицы выходят из сопел 25, имеющих угол наклона α, лежащий в диапазоне 45≤α≤60 градусов по отношению к продольной оси горелки. Такой угол наклона сопел к продольной оси горелки является оптимальным, так как при наклоне сопел на угол α, меньший 45 градусов, путь частиц в область перемешивания удлиняется, что приводит к нежелательному удлинению факела пламени. При наклоне сопел на угол α, больший чем 60 градусов, путь частиц окислителя до области перемешивания сокращается, что снижает количество актов взаимодействия отрицательно и положительно заряженных частиц топлива и окислителя, что приводит к снижению эффективности сжигания топлива.

Поскольку силовые линии магнитного поля электромагнитной катушки, охватывающей область горения, имеют сложную структуру (охватывают катушку и концентрируются в продольном направлении в области центральной оси симметрии тора), то траектории частиц, попадающих в область магнитного поля, будут разнообразными и сложными.

Траектории частиц при попадании их в область магнитного поля будут зависеть, помимо всего прочего, от массы, направления и величины скорости, а также от величины и знака электростатического заряда этих частиц. Частицы топлива и окислителя (воздуха), проходя вдоль индуцирующих электродов, приобретают различные электростатические заряды и, имея различные массы, начинают двигаться с разными скоростями. Разный заряд, приобретенный частицами, прошедшими вблизи индуцирующего электрода, разные массы и скорости движения частиц также существенно увеличивают количество актов взаимодействий между ними, что приводит к повышению эффективности горения.

В результате воздействия со стороны электрического и магнитного поля на разноименно заряженные частицы возникает два потока частиц, движущихся по сложным траекториям навстречу друг к другу. В результате усложнения траекторий движения и удлинения пути, который проходит каждая частица, а также благодаря увеличению кинетической энергии частиц под действием электрического и магнитного полей, количество актов взаимодействия между частицами окислителя и топлива возрастает. Это также приводит к повышению эффективности сгорания топлива.

В процессе горения топлива пламя представляет собой плазму и состоит из положительно и отрицательно заряженных частиц топлива и окислителя. В пламени при отсутствии внешних электрических и магнитных полей возникают двойные электрические слои, которые препятствуют интенсивному сжиганию топлива. Зарядка электростатическим отрицательным зарядом частиц окислителя способствует образованию озона и избыточных первичных (возникающих в процессе термо- и автоэмиссии) и вторичных электронов (возникающих в пламени в процессах взаимодействия частиц). Потоки положительно заряженных частиц и электроны, поступая в область горения, разрушают двойные электрические слои, что также приводит к повышению эффективности сжигания топлива.

Эффективностью горения топлива позволяют управлять следующие процессы:

- изменение напряженности поля в области индуцирующих электродов путем изменения напряжения на выходе высоковольтного источника регулируемого постоянного напряжения и путем изменением расстояния между форсункой и активатором;

- изменение амплитуды тока, питающего электромагнитную катушку.

В результате процессов изменения напряженности поля вблизи индуцирующих электродов можно изменять величину электростатического заряда в потоках электростатически заряженных частиц, а благодаря изменению амплитуды питающего электромагнитную катушку тока можно изменять траектории движения заряженных частиц, их кинетическую энергию и количество актов их взаимодействия.

Топливная горелка (см. чертеж) работает следующим образом.

Вначале подают воздух в воздуховод 3 и топливо от топливного насоса 4 через топливопровод 5 и форсунку 6. Затем включают высоковольтный источник регулируемого напряжения 11 и подают от него через проходной изолятор 10 положительный потенциал на топливную форсунку 6. Отрицательный потенциал на первый полый тор 12 активатора горения поступает через крышку горелки 2, которая заземлена и электрически соединена с конусообразными соплами 25, и через элементы системы продольного перемещения полого тора 12. Одновременно с этим подают окислитель (воздух) через дополнительный воздухопровод, трубчатый ввод 14, трубчатый шток 31 в полость первого тора 12 активатора горения. Частицы окислителя (воздуха), проходя через внутренние полости сопел 25, выполняющих роль отрицательно заряженного индуцирующего электрода (так как на сопла подан отрицательный потенциал от высоковольтного регулируемого постоянного напряжения 11), приобретают отрицательный электростатический заряд и начинают перемещаться по градиенту электрического поля в область смешивания топлива и окислителя (воздуха). Кроме этого окислитель (воздух) подается от второго дополнительного воздухопровода через трубчатый ввод 15 в полость второго тора 13 активатора горения. Воздух, проходя внутри полого тора 13 активатора горения, выходит через перфорационные отверстия, расположенные в обращенной в сторону факела части полого тора 13, и охлаждает электромагнитную катушку 18, а выходящий через перфорированные отверстия горячий воздух дополнительно прогревает топливную смесь, что также увеличивает эффективность сжигания этой смеси. Кроме того, при выходе частиц прогретого воздуха из перфорированных отверстий и попадании их в область перекрещивающихся электрических и магнитных полей происходит их термическая и вторичная ионизация. В результате этого выходящий через перфорированные отверстия горячий воздух служит дополнительным поставщиком окислителя (воздуха) в область горения, что также способствует повышению эффективности сжигания топлива.

Топливная форсунка 6 выполняет роль положительно заряженного индуцирующего электрода, так как на нее подан положительный потенциал от источника напряжения 11. Частицы топлива приобретают положительный электростатический заряд и начинают перемещаться по вектору электрического поля в область смешивания топлива и окислителя. Одновременно с этим от регулируемого источника постоянного тока 17 подают ток на электромагнитную катушку 18. Протекающий по электромагнитной катушке ток создает вокруг этой катушки магнитное поле. Поскольку электромагнитная катушка 18 расположена внутри полого тора 13, охватывающего область горения, то вокруг второго тора 13, который выполнен из немагнитного материала, также появляется магнитное поле. Заряженные частицы топлива и окислителя в области скрещивающихся электрических и магнитных полей турбулентно смешиваются, образуя топливовоздушную смесь. Эту смесь поджигают, например, электроискровым способом. Затем измеряют расход топлива и окислителя и состав отходящих газов датчиками расхода топлива и окислителя 8 и датчиками состава отходящих газов 9. После этих измерений регулируют подачу топлива, воздуха, уровень напряжения на выходе высоковольтного источника, зазор между форсункой и соплами, амплитуду тока электромагнитных катушек, расход топлива и окислителя, добиваясь оптимального соотношения этих параметров по одному из выбранных критериев, например по критерию экологической частоты отходящих газов.

Нахождение оптимальных режимов горения осуществляется в следующей последовательности.

Допустим, что было решено оптимизировать процесс сжигания топлива по критерию минимизации выброса вредных веществ в струе отходящих газов. Для оптимизации по этому критерию вначале измеряют параметры отходящих газов без подачи на форсунку 6 высоковольтного потенциала. Варьируя расходом топлива и окислителя путем изменения скорости их подачи к форсунке, добиваются наилучших результатов по критерию минимального выброса вредных веществ в струе отходящих газов.

После измерения параметров отходящих газов на выходе высоковольтного регулируемого источника напряжения 11 устанавливают некоторое фиксированное значение потенциала и задают перемещение первого полого тора 12 активатора горения в блоке оптимизации режимов 24 в ту или иную сторону, например в сторону форсунки 6. В процессе перемещения полого тора 12 активатора режимов горения постоянно при помощи датчика параметров отходящих газов 9 измеряются параметры этих газов. Перемещение полого тора 12 активатора горения осуществляют до тех пор, пока происходит улучшение состава отходящих газов. Если это улучшение прекращается, то в оптимизаторе режима 24 фиксируют (запоминают) то положение полого тора 12 активатора горения относительно форсунки 6, при котором достигнуто наилучшее значение параметров отходящих газов. После этого значение абсолютной величины потенциала на выходе высоковольтного регулируемого источника напряжения 11 изменяют на некоторую величину и описанный выше процесс повторяют вновь. Такая процедура настройки режимов сжигания топлива повторяется до тех пор, пока для используемого вида топлива не определены оптимальные режимы: величина потенциала на выходе высоковольтного регулируемого источника напряжения 11 и расстояние между форсункой 6 и полым тором 12 активатора горения.

Если при перемещении полого тора 12 активатора горения в сторону форсунки 6 происходит ухудшение параметров отходящих газов, то оптимизатор режима 24 выдает команду на источник питания 28 шагового двигателя 26, который начинает вырабатывать отрицательные импульсы, и полый тор 12 активатора горения начинает удаляться от форсунки 6. Путем взаимосвязанного изменения значения напряжения на выходе высоковольтного регулируемого источника напряжения 11 и перемещения полого тора 12 активатора горения в ту или иную сторону обеспечивают электрополевое "сжимание" пламени в вертикальной (продольной) плоскости и "растягивание", расширение его в горизонтальной (поперечной) плоскости.

Следует отметить, что шаговый двигатель 26 необходим только в процессе настройки горелки на оптимальные режимы, например, при смене вида топлива.

Критерием правильной настройки данной системы параметров электрического поля горелки является достижение наилучшей степени экологической очистки отходящих газов при заданных параметрах по расходу топлива и электроэнергии. Все эти оптимальные режимы находят путем перенастройки в оптимизаторе режима 24 режима работы высоковольтного регулируемого источника напряжения 11 и изменения положения полого тора 12 активатора горения относительно фронта пламени в топливной горелке.

После определения оптимальных режимов горения топлива, достигнутого при воздействии на потоки топлива и окислителя (воздуха) высоковольтного электрического напряжения, приступают к дальнейшей, окончательной, оптимизации режимов горения. Для этого устанавливают оптимальные значения параметров горения, найденные в предыдущей предварительной оптимизации: величину потенциала на выходе высоковольтного регулируемого источника напряжения 11 и значение расстояния между форсункой 6 и полым тором 12 активатора горения. После установления найденных в ходе предварительной оптимизации параметров горения на электромагнитную катушку 18 подают от регулируемого источника постоянного тока 17 ток, который, протекая по виткам электромагнитной катушки, создает в газовой камере продольное магнитное поле. Под воздействием этого продольного магнитного поля электростатически заряженные частицы топлива и окислителя отклоняются от той первоначальной траектории, которую они имели до воздействия на них продольного магнитного поля. Потоки положительно заряженных частиц топлива и отрицательно заряженных частиц окислителя (воздуха), попадая в перекрещивающиеся электрические и магнитные поля, под воздействием продольного магнитного поля начинают совершать сложные спиралеобразные движения, «накручиваясь» в виде спирали на силовые линии магнитного поля. Траектории потоков заряженных частиц зависят от амплитуды продольного магнитного поля, массы и заряда этих частиц. Оптимизатор режима 24 вырабатывает управляющие воздействия, которые поступают на вход регулируемого источника постоянного тока 17. В зависимости от значений управляющих воздействий, поступающих на вход регулируемого источника постоянного тока 17, происходит плавное изменение амплитуды питающего тока катушек электромагнита 18, что изменяет амплитуду продольного магнитного поля. При изменении амплитуды продольного магнитного поля, как было сказано выше, изменяются траектории движения потоков заряженных частиц, что позволяет изменять степень «сжатия» факела пламени в продольном направлении и степень «расширения» факела пламени в поперечном направлении. Изменением амплитуды электромагнитного поля добиваются значительного повышения интенсивности перемешивания заряженных частиц топлива и окислителя существенно увеличивается количество актов их взаимодействия. Взаимосвязанным изменением величины электрического и магнитного полей добиваются оптимального сжигания топлива по заданному критерию, используя для оптимизации датчики расхода топлива и окислителя (воздуха) 8, датчики отходящих газов 9, регуляторы подачи топлива и окислителя (воздуха) 7 и оптимизатор режимов 24.

Все указанные параметры можно изменять в ручном режиме с пульта управления или при помощи оптимизатора режимов, который представляет собой процессор с заложенной в него программой действий.

Для изменения расстояния между форсункой и соплами используют систему перемещения полого тора 12 активатора горения. В зависимости от того, на какое расстояние нужно переместить полый тор 12 активатора горения с соплами 25 по направлению к форсунке 6 или от нее, оптимизатор режимов 24 вырабатывает команду, поступающую на вход источника питания 28 шагового двигателя, который выдает на обмотку шагового двигателя заданное количество импульсов той или иной полярности. От полярности импульсов зависит направление перемещения активатора (к форсунке или от нее), а от количества поданных импульсов на обмотку статора шагового двигателя зависит величина перемещения. Перемещение полого тора 12 активатора горения и, следовательно, сопел 25 происходит следующим образом. Шестерня 27, жестко насаженная на ось ротора шагового двигателя, вводится в зацепление со шлицами шестерни 32, насаженной на конец трубчатого штока 31. При подаче на обмотку статора шагового электродвигателя одного импульса вал ротора шагового двигателя и, следовательно, шестерня 27, насаженная на него, поворачиваются на определенный строго фиксированный угол. При этом зубья шестерни 27, находящиеся в зацеплении с зубцами шестерни 32, проворачивают трубчатый шток 31. Трубчатый шток 31 начинает вкручиваться или выкручиваться из резьбового отверстия в крышке горелки 2. Одновременно с этим трубчатый шток 31 начинает свинчиваться своей внутренней резьбой с трубчатого ввода 14 дополнительного воздухопровода, поскольку трубчатый ввод 14 неподвижно зафиксирован фиксатором 16. Трубчатый шток 31 начинает перемещаться в продольном направлении горелки. Шарикоподшипник 29 служит для механической развязки и позволяет избежать кругового перемещения держателя 30 и вращения первого полого тора 12 активатора горения. Направляющая 33 и ограничитель 34 также служат для предотвращения кругового перемещения полого тора 12 при его продольном движении. За счет описанных процессов вращательное движение оси шагового двигателя 26 преобразуется в продольное перемещение первого тора 12 активатора горения. Первый полый тор 12 активатора горения перемещается в продольном направлении на строго фиксированную величину. Изменяя количество импульсов на обмотке статора шагового двигателя, можно изменять величину перемещения активатора, а изменяя полярность импульсов - направление движения активатора.

Пример конкретного выполнения. Для реализации заявляемого способа и реактора была собрана установка, изображенная на чертеже.

Устройство для осуществления способа сжигания топлива было собрано на базе горелки асфальтобетонного завода марки ДС-117.

Устройство для осуществления способа сжигания топлива содержало корпус горелки 1 с внутренним диаметром корпуса горелки D=700 мм. Корпус горелки 1 был выполнен из нержавеющей стали толщиной 1 см. Корпус горелки на торце имел фланец из нержавеющей стали, приваренный к торцу. Диаметр фланца был равен 800 мм. Во фланце было просверлено 12 отверстий под болты с резьбой M12. Толщина фланца равнялась 1,5 см. К фланцу крепежными болтами и гайками M12 была прикручена крышка горелки 2, которая также была выполнена из нержавеющей стали толщиной 1,5 см. На крышке горелки 2 располагался воздуховод 3, топливный насос 4 с топливопроводом 5. На крышке размещался керамический проходной изолятор 10 высотой 300 мм, выполненный в виде усеченного полого конуса с развитой (ребристой) внешней поверхностью, используя который, вовнутрь горелки через топливопровод 5 была введена топливная форсунка 6. К форсунке через воздуховод 3 и топливопровод 5 подавалось топливо. Топливный насос 3 был изолирован от топливной магистрали. В качестве регуляторов топлива и окислителя 7 использовались штатные регуляторы марки МЭО-40/63-0.25И-94, входящие в состав асфальтосмесительной установки. В качестве датчиков расхода топлива и окислителя 8 использовались расходомер UFM 005-15 ОАО «Старорусприбор» (Россия) с выходным интерфейсом RS-485 и встроенный в воздуховод датчик потока воздуха 641RM фирмы Dwyer (США) с выходным сигналом 4-20 мА.

В качестве датчика параметров отходящих газов 9 использовался газоанализатор АДГ-304 производства ЗАО «ОПТЭК». Выдача информации с газоанализатора осуществлялась по интерфейсу RS 232.

В качестве высоковольтного регулируемого источника постоянного напряжения 11 был взят источник марки ВИДН-30, на выходе которого можно было изменять напряжение от 0 до 30 кВ.

Коммутацию высокого напряжения осуществляли реле G2 фирмы Gigavac [5] K1-К4.

Первый полый тор 12 активатора режима был выполнен из титановой трубы, внешний диаметр которой был равен 20 мм, а внутренний диаметр был равен 18 мм. Внешний диаметр d1 полого тора 12 был равен 500 мм. На наружной стороне первого полого тора 12, обращенной в сторону факела пламени, было выполнено 12 конусообразных сопел 25. Сопла 25 были наклонены под углом α=50 градусов по отношению к продольной оси горелки, выбранным из соотношения 45≤α≤60. Диаметры выходных отверстий конусообразных сопел были равны 2 мм. Второй полый тор 13 активатора режима был выполнен из термоустойчивой керамики. Внутренний диаметр d2 второго полого тора 13 активатора режима был равен 580 мм. Внешний диаметр d3 второго полого тора активатора режима был равен 690 мм. Толщина стенок трубы второго полого тора равнялась 8 мм. В нижней части полого тора 13 активатора режима, обращенной в сторону факела пламени, было выполнено 12 перфорированных отверстий диаметром 8 мм. Через резьбовое отверстие, расположенное в крышке 2 горелки, был введен внутрь горелки трубчатый ввод 14. Трубчатый ввод 14 был изготовлен из титановой трубы, длина которой составляла 50 см. Внешний диаметр трубчатого ввода 14 был равен 14 мм, а внутренний диаметр равнялся 10 мм. На внешней стороне трубчатого ввода 14 была нарезана резьба М13.

Трубчатый ввод 15 был также выполнен из титановой трубы внешним с диаметром 20 мм. Внутренний диаметр трубы был равен 16 мм. Трубчатый ввод 15 был введен через корпус 1 горелки во внутреннюю полость второго полого тора 13 активатора режима.

Трубчатый ввод 14 был жестко соединен с одним концом фиксатора 16. Фиксатор 16 был выполнен из титанового прутка. Другим концом фиксатор 16 был жестко прикреплен к крышке горелки 2. Внутри полого тора 13 активатора режима была расположена электромагнитная катушка 18.

Электромагнитная катушка 18 была выполнена из полого медного провода прямоугольного сечения с толщиной стенки, равной 1,5 мм [6]. Катушка имела трубчатые медные выводы 19 и 20, которые через изоляционные втулки 21, вмонтированные в корпус горелки 2, выводились наружу. К торцам трубчатых выводов 19 и 20, выведенным наружу корпуса горелки, можно было подсоединять (через резьбовое соединение) изолированную (от источника переменного тока с регулируемой амплитудой и частотой) воздушную магистраль для форсированного внутрипроводникового охлаждения катушек электромагнита. Через выводы 19 и 20 внутрь полого провода катушек электромагнита можно было подводить и выводить из витков обмотки охладитель, например воздух, через трубопровод, выполненный из неэлектропроводного материала, например из жаростойкой керамики. К поверхности медных выводов 19 и 20 были припаяны припоем ПСр-15 электрические выводы, служащие для подсоединения катушек электромагнита к источнику переменного тока с регулируемой амплитудой и частотой 17. Прямоугольные провода катушек были изолированы двумя слоями бесщелочной стеклоткани с применением теплостойких кремнийорганических лаков марки ПСДК.

Полый тор 13 активатора режима был закреплен двумя стопорными кольцами 22 и 23. Стопорные кольца 22 и 23 были выполнены из титановой полоски толщиной 10 мм. Внешний диаметр стопорных колец был равен 690 мм. Стопорные кольца были прикреплены крепежными болтами к внутренней стенке корпуса горелки 1 на расстоянии 6 см друг от друга. Полый тор 13 был размещен между упомянутыми стопорными кольцами 22 и 23.

В качестве регулируемого источника постоянного тока 17 был взят регулируемый источник постоянного тока марки СЭУ-4.

Оптимизатор режимов 24 выполнен на базе микропроцессора ATmega64-16AI.

В качестве шагового двигателя 26 использовался синхронный реактивный шаговый двигатель типа FL86ST62- 4506А с типовым источником питания 28.

Шестерня 27, жестко насаженная на ось ротора шагового двигателя, имела высоту 30 см. Внешний диаметр шестерни был равен 30 мм. Шестерня имела 12 зубьев. Шарикоподшипник 29 имел марку 63005ЕЕ.

Трубчатый держатель первого тора активатора 30 был изготовлен в виде жестко соединенных между собой двух трубчатых цилиндров, поставленных друг на друга. Внутренний и внешний диаметры большего цилиндра держателя 30 полностью соответствовали соответствующим диаметрам наружного кольца шарикоподшипника 29 и были равны соответственно 43 и 47 мм. Внутренний и внешний диаметры меньшего цилиндра держателя 30 были равны соответственно 14 и 25 мм.

Трубчатый шток 31 был изготовлен из титановой трубы. Внешний диаметр трубчатого штока 31 был равен 25 мм, а внутренний диаметр - 14 мм. Длина трубчатого штока 31 была равна 600 мм. На внешней стороне трубчатого штока 31 ниже посадки шестерни была нарезана резьба М24. Нижний конец трубчатого штока 31 был впрессован во внутреннее кольцо шарикоподшипника 29. Внутри штока 31 также была нарезана резьба М13.

Шестерня 32, жестко насаженная один конец трубчатого штока 31, была полностью идентична шестерне 27. Суммарная высота шестерен и длина резьбы на поверхности и внутри трубчатого держателя 32, а также длина резьбы, нарезанной на внешней поверхности трубчатого ввода 14, определяли расстояние, на которое был способен перемещаться первый полый тор 12 активатора режима. Направляющая 33 представляла собой стержень квадратного сечения h2=1×1 см2, присоединенный крепежными деталями к внутренней поверхности корпуса горелки 1 таким образом, чтобы одна сторона направляющей соприкасалась с поверхностью первого полого тора 12. Диаметры d1, d2, d3 полых торов активаторов режима подчинялись соотношениям 0,8d2+2h≤d1≤0,9d2+2h и 0,98D≤d2≤0,99D.

В качестве шагового двигателя 26 использовался синхронный реактивный шаговый двигатель типа FL86ST62-4506А с типовым источником питания 28.

Концы электромагнитной катушки 18 присоединены к выводам электромагнитной катушки 19 и 20, которые через отверстие в корпусе второго полого тора 13 активатора горения и изоляционные втулки 21 выведены наружу корпуса горелки 1. Во внутреннюю полость второго полого тора 13 активатора горения введен трубчатый ввод 15 второго дополнительного воздуховода. Топливный насос 4 электроизолирован от топливной системы. Второй полый тор 13 активатора горения расположен между стопорными кольцами 22 и 23, которые прикреплены к внутренней поверхности корпуса горелки 1. Выходы источника питания шагового двигателя 27 присоединены к входам катушек статора шагового двигателя 26. Высоковольтный выход регулируемого источника постоянного напряжения 11 с положительным потенциалом присоединен через проходной изолятор 10 к форсунке 6, а минусовой выход регулируемого источника постоянного напряжения 11 присоединен к первому полому тору 12 активатора горения и заземлен. Выходы переменного источника тока с регулируемым напряжением и частотой 17 подсоединены при помощи шайб и гаек к выводам 19 и 20 электромагнитной катушки 18. Выходы датчиков расхода топлива и окислителя 8 и выходы датчиков параметров отходящих газов 9 присоединены к входам оптимизатора режима 25. Выходы оптимизатора режима 25 присоединены к входу управления высоковольтным регулируемым источником постоянного напряжения 11, к входу управления источником переменного тока с регулируемой амплитудой и частотой 17, к входу управления источником питания 28 шагового двигателя 26 и к регуляторам подачи топлива и окислителя 7.

В качестве топлива в установке для сжигания была использована нефть. Результаты измерений состава и концентрации отходящих газов при различных оптимальных режимах горения соответственно без подключения высокого напряжения между форсункой и первым полым тором активатора горения после подключения высокого напряжения между форсункой и первым полым тором активатора горения и после одновременного подключения высокого напряжения между форсункой и первым полым тором активатора горения и источника постоянного тока к электромагнитной катушке, размещенной во втором полом торе активаторе режима, приведены в таблице 1.

Первоначально без подключения источника высокого напряжения и создания продольного магнитного поля, варьируя скоростью подачи топлива и окислителя (воздуха) и анализируя состав отходящих газов после сжигания топлива, выявили оптимальный режим горения по критерию экологической чистоты отходящих газов. Было установлено (см. таблицу 1), что в оптимальном режиме степень очистки пыли и различных вредных веществ после выхода из циклона после дымососа лежала в диапазоне от 10 до 35%.

После подключения источника высоковольтного регулируемого преобразователя напряжения к форсунке и рабочему электроду и согласованного изменения величины напряжения и зазора между форсункой и рабочим электродом, при той же неизменной скорости подачи топлива и окислителя, что и в предыдущем опыте, было установлено, что оптимальный режим сжигания топлива в этих условиях наблюдался при напряжении 20 кВ между форсункой и рабочем электродом и зазоре между ними 30 см.

В таблице 1 приведены результаты измерения пробы твердых и газообразных загрязняющих веществ, позволяющие оценить эффективность заявляемого способа и устройства.

Измерения проводились в соответствии с ГОСТ 17.2.4.06-90 «Охрана природы. Атмосфера. Методы определения скорости и расхода газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения». Степень очистки С рассчитывается по формуле

где М.В.обычн.режим - массовый выброс пыли или оксида на выходе асфальтосмесителя после оптимизации в обычном режиме, М.В.заявляемый режим - массовый выброс пыли или оксида на выходе асфальтосмесителя после оптимизации при подаче высокого напряжения на форсунку или при подаче высокого напряжения на форсунку и подключении продольного магнитного поля.

Было установлено (см. таблицу 1.), что при указанных выше режимах сжигания топлива в оптимальном режиме после подачи между форсункой и первым полым тором активатора высокого напряжения, равного 20 кВ, степень очистки пыли и различных вредных веществ после выхода из горелки лежала в диапазоне от 65 до 72,2%.

После достигнутых результатов по критерию экологической чистоты отходящих газов приступили к следующему этапу исследований: оставив неизменными скорость подачи топлива и окислителя, напряжение и зазор между форсункой и рабочим электродом, создали внутри горелки продольное магнитное поле, для чего подключили к электромагнитной катушке. Регулируя амплитуду тока в обмотках электромагнита, достигли максимального снижения вредных выбросов в составе отходящих газов при амплитудном значении подмагничивающего тока в обмотках, равной 40 А.

Было установлено (см. таблицу 1), что при указанных выше режимах сжигания топлива в оптимальном режиме степень очистки пыли и различных вредных веществ после выхода из циклона после дымососа лежала в диапазоне от 95,3 до 100%.

Таким образом, реализация заявляемого способа и устройства показала, что по сравнению со способом-прототипом и устройством-прототипом снижается в 3-10 раз количество выбросов вредных компонентов отходящих газов.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство позволили в совокупности существенно повысить эффективность горения топлива и улучшить экологические параметры отходящих газов.

Источники информации

1. Политехнический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1976 г., с.196.

2. Аналоги - из кн. Н.А.Федорова. Техника и эффективность использования газа. - М.: Недра, 1975 г., с.235.

3. US № 4588372, МПК F23N 5/12, 1985 г. - прототип.

4. Электротехнический справочник. В 3-х т. Т.3. Кн.2. Использование электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г.Герасимова, П.Г.Грудинского, Л.А.Жукова и др. - 6-е изд., испр. и доп. - М.: Энергоиздат, 1982, стр.228.

5. Современная электроника // №1, 2007 год, стр.18.

6. В.И.Зимин, М.Я.Каплан, A.M.Палей, И.Н.Рабинович и др. Обмотки электрических машин. Изд. 6-е, переработ. и доп. Л.: Энергия, 1970. - Стр.202.

1. Способ сжигания топлива, заключающийся во взаимосвязанной подаче топлива и окислителя в камеру сгорания, в приготовлении топливной смеси путем их перемешивания, воспламенении смеси электроискровым способом, в измерении расхода топлива и степени очистки отходящих газов, отличающийся тем, что частицы топлива и окислителя электростатически заряжают разноименными зарядами путем их пропускания вдоль поверхности индуцирующих разноименных электродов, при этом частицы топлива заряжают положительным электростатическим зарядом путем воздействия на них положительно заряженным индуцирующим электродом, а частицы окислителя заряжают отрицательным электростатическим зарядом путем воздействия на частицы окислителя отрицательно заряженным индуцирующим электродом, затем потоки электростатически заряженных частиц топлива и окислителя перемешивают друг с другом, для чего упомянутые потоки направляют в область горения, и создают внутри камеры сгорания магнитное поле путем пропускания по виткам катушки, охватывающей область горения, регулируемого по амплитуде постоянного тока, затем после перемешивания частиц топлива и окислителя в электрическом и магнитном полях полученную смесь воспламеняют, и после воспламенения смеси согласованно изменяют величину электростатического заряда на частицах топлива и окислителя путем изменения напряженности электрического поля в области индуцирующих электродов, а также амплитуду магнитного поля путем изменения амплитуды тока в катушке до достижения оптимальных режимов горения по одному из выбранных критериев, например по критерию достижения наилучшей степени экологической очистки отходящих газов при заданных параметрах по расходу топлива и электроэнергии.

2. Устройство для осуществления способа сжигания топлива, содержащее корпус горелки, крышку горелки, воздуховод, топливный насос с топливопроводом, топливную форсунку, регуляторы расхода топлива и окислителя, датчики расхода топлива и окислителя, датчики состава отходящих газов, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введен проходной изолятор, высоковольтный регулируемый источник постоянного напряжения, активатор горения, состоящий из двух полых торов, два дополнительных воздухопровода, снабженных двумя трубчатыми вводами, фиксатор, регулируемый источник постоянного тока, электромагнитная катушка с двумя выводами, изоляционные втулки, стопорные кольца, оптимизатор режимов, при этом в крышке горелки просверлено отверстие с нарезанной в нем резьбой, на внешней стороне первого трубчатого ввода дополнительных воздуховодов также нарезана резьба, первый полый тор активатора горения выполнен из тугоплавкого проводящего материала, например титана, вольфрама или молибдена, на внешней поверхности первого тора, обращенной в сторону пламени, выполнены конические сопла, имеющие сообщение с внутренней поверхностью упомянутого тора, при этом сопла наклонены под углом α, лежащим в диапазоне 45≤α≤60° по отношению к продольной оси горелки, первый полый тор активатора горения снабжен системой продольного перемещения, включающей в себя шаговый двигатель, на ось ротора которого жестко посажена шестерня, источник питания шагового двигателя, шарикоподшипник, трубчатый держатель первого тора активатора, трубчатый шток, на один конец которого жестко насажена шестерня, первого тора активатора, трубчатый шток, на один конец которого жестко насажена шестерня, направляющую и ограничитель, при этом внутри трубчатого штока нарезана резьба, соответствующая резьбе, нарезанной на внешней стороне первого из трубчатых вводов дополнительных воздуховодов, на внешней поверхности трубчатого штока, ниже посадки шестерни также нарезана резьба, другой конец трубчатого штока впрессован во внутреннее кольцо шарикоподшипника, внешнее кольцо шарикоподшипника жестко прикреплено к одному концу трубчатого держателя первого тора активатора горения, второй конец трубчатого держателя первого полого тора активатора горения жестко прикреплен к внешней поверхности первого полого тора активатора горения, шестерня, насаженная на ротор шагового двигателя, входит в зацепление с шестерней, посаженной на трубчатый шток, трубчатый шток вкручен в резьбовое отверстие крышки горелки, во внутреннюю резьбу трубчатого штока вкручен первый трубчатый ввод одного из дополнительных воздухопроводов, причем упомянутый трубчатый ввод одного из дополнительных воздуховодов жестко прикреплен к фиксатору, жестко прикрепленному к крышке горелки, направляющая выполнена в виде стержня из тугоплавкого материала, например титана, и жестко прикреплена к корпусу горелки, ограничитель выполнен из тугоплавкого материала, например титана, в виде плоской полосы, на одном конце которой выполнена прорезь, в которую входит направляющая, а другой конец которой жестко прикреплен к боковой поверхности первого полого тора активатора режима, второй полый тор активатора горения выполнен из неэлектропроводного материала, например термоустойчивой керамики, причем внешний диаметр d1 первого полого тора связан с внутренним диаметром d2 второго полого тора активатора горения соотношением 0,8d2+2h≤d1≤0,9d2+2h, где h ширина направляющей, а внешний диаметр d3 второго полого тора связан с внутренним диаметром D корпуса горелки соотношением 0,98D≤d3≤0,99D, часть поверхности второго полого тора, обращенная в сторону факела, перфорирована, в полости второго тора расположена электромагнитная катушка, выполненная из электропроводного трубчатого материала, например медной трубки, витки катушки изолированы друг от друга, концы электромагнитной катушки присоединены к выводам, которые через отверстие в корпусе второго полого тора активатора горения тора и изоляционные втулки выведены наружу корпуса горелки, во внутреннюю полость второго полого тора активатора горения введен трубчатый ввод второго дополнительного воздуховода, при этом топливный насос электроизолирован от топливной системы, второй полый тор активатора горения расположен между стопорными кольцами, которые прикреплены к внутренней поверхности корпуса горелки, выходы источника питания шагового двигателя присоединены ко входам катушек статора шагового двигателя, высоковольтный выход регулируемого источника постоянного напряжения с положительным потенциалом присоединен через проходной изолятор к форсунке, а минусовой выход регулируемого источника постоянного напряжения присоединен к первому полому тору активатора горения и заземлен, выходы регулируемого источника постоянного тока подсоединены при помощи шайб и гаек к выводам электромагнитной катушки, выходы датчиков расхода топлива и окислителя и выходы датчиков параметров отходящих газов присоединены к входам оптимизатора режима, а выходы оптимизатора присоединены ко входу управления высоковольтным регулируемым источником постоянного напряжения, ко входу управления регулируемым источником постоянного тока, ко входу управления источником питания шагового двигателя, и к регуляторам подачи топлива и окислителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам диагностики процесса горения в тепловых энергетических установках. .

Изобретение относится к системам контроля и управления процессами воспламенения и сгорания топлива, конкретно к системам контроля и управления процесса сгорания углеводородного топлива в камерах сгорания ДВС.

Изобретение относится к системе для генерирования энергии, в которой электроэнергия генерируется за счет энергии искусственно созданного непрерывного вихревого восходящего потока.

Изобретение относится к теплоэнергетике, огневым технологиям и может найти широкое применение в теплоэнергетических установках (котельные, домны и т.д.), а также в реактивных и газотурбинных двигателях, использующих также топливные горелки для преобразования тепловой энергии горения топлива в реактивную кинетическую энергию струи пламени и отходящих газов.

Изобретение относится к бытовым газовым плитам, духовые шкафы которых, в частности, оборудованы предохранительными устройствами, перекрывающими подачу газа в случае прекращения горения.

Изобретение относится к контролю процесса горения, в частности к устройствам для защиты котлоагрегата от обрыва факела горелки. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и имеет целью повышение качества контроля эрозионных процессов в камерах сгорания с рэдиопрозрачной стенкой. .

Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива, а именно к газовой и газокапельной детонации, и может быть использовано для инициирования детонации горючей смеси в различных технологических устройствах и энергетических установках, в частности в импульсных детонационных двигателях.

Изобретение относится к энергетике, может быть использовано в топочной технике на котлах тепловых электростанций, сжигающих природный газ, и обеспечивает при его использовании снижение температуры в газозажигательных предтопках и продление периода их эксплуатации между ремонтами при снижении концентрации оксидов азота в продуктах сгорания.

Изобретение относится к топочной технике и может быть использовано для одновременного сжигания твердого и жидкого топлив в различных теплоэнергетических установках.

Изобретение относится к топочной технике и может быть использовано для одновременного сжигания твердого и жидкого топлив в различных теплоэнергетических установках.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для производства горячих газов в различных теплотехнических устройствах, а также при экологическом уничтожении различных горючих смесей.
Изобретение относится к теплоэнергетике. .

Изобретение относится к горелке для введения твердого, жидкого или газообразного топлива в зону горения печи, такой как ротационная печь для производства цементного шлака или подобная ей печь
Наверх