ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

горелочное устройство

Классы МПК:F23C99/00 Тематика, не отнесенная к другим группам данного подкласса
F23G7/05 отходов нефти или масел
F23D11/20 перегретым водяным паром 
F23L7/00 Подача в топку негорючих жидкостей или газов, кроме воздуха, например кислорода, водяного пара
Автор(ы):
Патентообладатель(и):Учреждение Российской Академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН (ИТ СО РАН) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-10-28
публикация патента:

Изобретение относится к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим для горения перегретый водяной пар, и обеспечивает при его использовании возможность снижения образования отложений кокса на поверхности дна камеры горения при сжигании жидкого топливного сырья, сильно загрязненного твердыми частицами и водой. Указанный технический результат достигается в горелочном устройстве, содержащем цилиндрический корпус в виде стакана, паровую форсунку для подачи перегретого водяного пара, вмонтированную в дно корпуса, воздухоподводящие отверстия выполнены на цилиндрической стенке корпуса, топливопровод и камеру газогенерации, которое содержит дополнительные паровые форсунки, закрепленные на держателе форсунок, имеющем форму кольцевой камеры и установленные внутри корпуса с возможностью подачи перегретого водяного пара в камеру газогенерации, а также содержит камеру распыла жидкого топлива, образованную внутренними поверхностями корпуса и держателя форсунок, а топливопровод вмонтирован в стенку камеры распыла с возможностью подачи жидкого топлива сверху на струю пара из паровой форсунки, установленной в дне корпуса. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2450207

горелочное устройство, патент № 2450207

Изобретение относится к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим для горения перегретый водяной пар

Известно горелочное устройство [Щукин А.А. Промышленные печи и газовое хозяйство заводов. - М.: Энергия, 1973, стр.61, рис.3-24,а], содержащее цилиндрический корпус с двумя коаксиально расположенными полостями и насадкой виде сопла Лаваля. Во внутреннюю полость подается водяной пар под высоким давлением, а в наружную полость подается мазут под низким давлением. Водяной пар, за счет инжекторного эффекта, захватывает мазут, перемешивается с ним в диффузоре и выносится наружу (в топку печи) где сгорает виде факела.

Недостатком такого устройства является то, что при сжигании загрязненных твердыми частицами и водой отходами картерных масел и других промышленных отходов углеводородного топливного сырья может происходить засорение внутренних полостей горелочного устройства, что приведет к выходу из строя такого горелочного устройства.

Известно также горелочное устройство [WO 9301449, 21.01.1993, МПК F23L 7/00; F23L 7/00], содержащее камеру газогенерации в виде трубы, соединенной с выходным каналом центробежного вентилятора, жидкотопливную форсунку, расположенную в камере газогенерации и соединенную с устройством подачи топлива трубопроводом, а также встроенный парогенератор перегретого водяного пара, установленный на входе смесительной трубы, соединенной с входным каналом центробежного вентилятора. Перегретый водяной пар здесь производится с помощью электрической энергии и смешивается с всасывающимся воздухом так, чтобы пар не сконденсировался. Смесь воздуха и перегретого водяного пара нагнетается центробежным вентилятором в трубу, где топливной форсункой распыляется жидкое топливо.

Недостатком этого устройства является то, что при сжигании загрязненного твердыми частицами и водой отходами картерных масел и других промышленных отходов углеводородного топливного сырья может происходить засорение топливной форсунки, что приведет к выходу из строя всего горелочного устройства.

Наиболее близкими техническим решением является горелочное устройство [RU 2219435, 11.02.2002, МПК 7 F23C 11/00, F23L 7/00], 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 для подачи жидкого топлива, паропровод, соединенный с паровой форсункой и камеру газогенерации. Камерой газогенерации здесь служит внутренняя полость корпуса, где встречаются продукты неполного сгорания жидкого углеводородного топливного сырья и перегретый водяной пар. Происходит паровая газификация этих продуктов, и генерируется синтез-газ, смесь газов углеводородного ряда, окись углерода и водород.

Полученный синтез-газ вместе с парами жидкого топлива и частицы сажи вылетают из камеры газогенерации и сгорают в кислороде атмосферного воздуха в виде факела.

Подача топлива здесь производится не через форсунку, а течет прямо из трубки, поэтому засорения топливоподачи здесь не происходит. Однако в таком устройстве могут сгорать только легкие погоны нефтепеработки, включая дизельное топливо. При сжигании низких погонов нефтепереработки, таких как мазут, отработанное моторное, картерное масла и т.д., происходит закоксовка внутренней поверхности дна камеры горения, потому что топливо горит на поверхности («на сковородке»). Высокая температура и отсутствие окислителя на поверхности дна камеры горения приводят к отложению и нарастанию кокса.

В основу изобретения положена задача распыления жидкого топливного сырья и последующего его сжигания не на поверхности, а в газовом потоке.

Поставленная задача решается тем, что горелочное устройство, включающее цилиндрический корпус в виде стакана, паровую форсунку для подачи перегретого водяного пара, вмонтированную в дно корпуса, воздухоподводящие отверстия, выполненные на цилиндрической стенке корпуса, топливопровод, содержит дополнительные паровые форсунки, закрепленные на держателе форсунок, имеющем форму кольцевой камеры, который установлен внутри корпуса с возможностью подачи перегретого пара в камеру газогенерации, а также камеру распыла жидкого топлива, образованную внутренними поверхностями корпуса и держателя форсунок, а топливопровод вмонтирован в стенку камеры распыла с возможностью подачи топлива сверху, на струю пара, из паровой форсунки, установленной в дне корпуса.

Топливное сырье течет по трубке, а не через форсунку, поэтому засорения топливоподачи не происходит. Из паровой форсунки, установленной в камере распыла (форсунка распыла), истекает высокоскоростная струя перегретого водяного пара. Вокруг паровой струи образуется зона пониженного давления. Топливное сырье из трубки попадает в эту зону, которая засасывает его, а паровая струя увлекает за собой, одновременно перемешиваясь с ним, не касаясь стенок горелочного устройства. Кроме того, в объеме камеры распыла создается разрежение, в результате эжекционного эффекта, полученного благодаря истечению паро-топливной струи через внутреннее отверстие держателя дополнительных форсунок. А в камере газогенерации идет процесс горения продуктов распыла и давление здесь выше, чем в камере распыла. Поэтому огонь (раскаленные продукты горения) из камеры газогенерации движется в зазор между паро-топливным потоком (идущим навстречу) и внутренней цилиндрической поверхностью отверстия держателя форсунок и достигает форсунки распыла, а достигнув ее, засасывается паро-топливным потоком и движется в обратную сторону. Форма огненного потока цилиндрическая, с характерными для факелов всполохами.

Таким образом, в этом устройстве работает эффект вакуумного засасывания в паровую струю текущего сверху топливного сырья, а также эффект огневого предохранения паро-топливного потока от разбрызгивания. Капельки топливного сырья, стремящиеся отделиться от потока (в результате вскипания капель воды, находящихся в топливном сырье), попадают в огненный поток, где испаряются (становятся легче) и засасываются в паровую струю.

Распыленное в паровом потоке топливное сырье движется далее и, не касаясь стенок горелочного устройства, попадает в камеру газогенерации, где за счет струй перегретого пара из дополнительных форсунок происходит процесс паровой газификации продуктов горения, и горящий газовый поток выносится наружу и сгорает в кислороде атмосферного воздуха в виде факела.

Предлагаемое изобретение, за счет наличия цилиндрического корпуса в виде стакана, конструкции держателя форсунок с дополнительными форсунками, разделяющего внутренний объем корпуса на две камеры: распыла и газогенерации, наличия форсунки распыла, установленной в камере распыла с возможностью подачи перегретого водяного пара через внутреннее отверстие держателя дополнительных форсунок, простой подачи жидкого топливного сырья на струю пара, а также за счет физических эффектов, происходящих в камере распыла, и за счет процессов паровой газификации в камере газогенерации, позволяет создать горелочное устройство, в котором можно сжигать сильно загрязненное твердыми частицами и водой жидкое топливное сырье.

Сущность технического решения поясняется чертежом устройства общего вида, фиг.1.

Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, с дном 2, в котором установлена паровая распылительная форсунка 3. Внутри корпуса 2 установлен держатель 4 форсунок с закрепленными на нем дополнительными форсунками 5. Держатель форсунок имеет форму кольцевой камеры 6 и разделяет внутренний объем корпуса на две полости: камеру распыла 7 и камеру газогенерации 8. В камере газогенерации 8 выполнены воздухоподводящие отверстия 9, а в камере распыла 7 установлен топливопровод 10. Паропровод 11 (показан условно) подходит к кольцевой камере 6 с одной стороны, а паропровод 12 выходит с другой стороны и соединяет кольцевую камеру 6 с паровой форсункой 3. На корпусе 1, поверх держателя 4 форсунок, установлен электрический нагреватель 13. Над газогенераторной камерой 8 установлен воздухозаборный кожух 14. Поверх металлической конструкции устройства установлен утеплитель 15. На внутренней поверхности держателя 4 форсунок в камере распыла установлен утеплитель 16.

Устройство работает следующим образом.

Включают электрический нагреватель 13 в сеть, прогревают всю металлическую конструкцию устройства, а в большей степени держатель 4 форсунок. Через паропровод 11 подают насыщенный водяной пар, который попадает в прогретый держатель 4 форсунок. Во внутренней полости 6, пар перегревается и поступает сразу во все форсунки. Давление водяного пара должно быть в пределах 6-12 кг/см 2. После этого через топливопровод 10 подают топливное сырье, которое попадает на паровую струю, истекающую из форсунки 3 и, перемешиваясь с паром, движется через отверстие 17 в камеру газогенерации 8, где поджигается любым способом и горит сажным пламенем. Перегретый водяной пар, истекающий из дополнительных форсунок 5, производит газификацию продуктов горения с образованием синтез-газа. Полученный синтез-газ вместе с парами топлива и частицами сажи вылетает из сопла 18 и сгорает в кислороде атмосферного воздуха виде факела.

Автором изготовлен и испытан экспериментальный образец горелочного устройства, работающий на отработанном моторном масле:

- Габаритные размеры устройства - горелочное устройство, патент № 2450207 120×250 мм.

- Подача пара от отдельного источника, работающего за счет электроэнергии.

- Разбрызгивания отработанного масла при распылении не наблюдалось.

- Закоксовки внутренних поверхностей устройства не наблюдалось.

- Горелочное устройство работало устойчиво в течение 1 часа.

- Замеренная температура в камере газогенерации - 1050°C.

- Замеренная температура факела - 1250°C.

- Расход отработанного масла - 2,0 л/ч.

- Расход пара - 2,0 л/ч.

- Расчетная мощность - 20,0 кВт.

Известно, что углерод, содержащийся в раскаленных частицах сажи при температуре 1000-1200°C отнимает атомарный кислород у воды, превращаясь при этом из твердого тела в газообразное, окись углерода по формуле: H2O+С=CO+H2.

Таким образом, область горения отработанного масла, вырабатывающего большое количество частиц сажи, насыщается кислородом, отнятым у воды, которые превращаются в окись углерода CO. Кроме того, освобождается молекулярный водород, масса которого составляет 6% от массы разложившейся воды. Теплота сгорания водорода в три раза превышает теплоту сгорания исходного топлива, а наличие в зоне горения паров воды ускоряет горение окиси углерода.

Все вышеперечисленные факторы позволяют сжигать сильно загрязненное отработанное масло с очень хорошим качеством, что подтверждено экспериментом.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Горелочное устройство, содержащее цилиндрический корпус в виде стакана, паровую форсунку для подачи перегретого водяного пара, вмонтированную в дно корпуса, воздухоподводящие отверстия выполнены на цилиндрической стенке корпуса, топливопровод и камеру газогенерации, отличающееся тем, что содержит дополнительные паровые форсунки, закрепленные на держателе форсунок, имеющем форму кольцевой камеры, и установленные внутри корпуса с возможностью подачи перегретого водяного пара в камеру газогенерации, а также содержит камеру распыла жидкого топлива, образованную внутренними поверхностями корпуса и держателя форсунок, а топливопровод вмонтирован в стенку камеры распыла с возможностью подачи жидкого топлива сверху на струю пара из паровой форсунки, установленной в дне корпуса.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2450207

patent-2450207.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс F23C99/00 Тематика, не отнесенная к другим группам данного подкласса

Патенты РФ в классе F23C99/00:
способ и установка для сжигания в петлевом реакторе с независимым контролем циркуляции твердых веществ -  патент 2529300 (27.09.2014)
способ сжигания топлива в энергоустановках -  патент 2529291 (27.09.2014)
горелочное устройство -  патент 2523591 (20.07.2014)
горелочное устройство -  патент 2516065 (20.05.2014)
устройство для термической обработки рулонных полос -  патент 2506496 (10.02.2014)
оптимизированные способ и устройство сжигания в химическом контуре жидких углеводородов -  патент 2496054 (20.10.2013)
способ локального подвода энергии к потоку воздуха, обтекающего объект -  патент 2495327 (10.10.2013)
устройство для локального подвода энергии к потоку воздуха, обтекающего объект (варианты) -  патент 2488040 (20.07.2013)
устройство для сжигания топливно-окислительной смеси -  патент 2487299 (10.07.2013)
способ увеличения скорости горения -  патент 2482391 (20.05.2013)

Класс F23G7/05 отходов нефти или масел

Патенты РФ в классе F23G7/05:
способ обезвреживания отходов, содержащих углеводороды, с одновременным осаждением растворенных солей металлов и устройство для его осуществления -  патент 2485400 (20.06.2013)
устройство для переработки отходов нефти с высоким содержанием кислотосодержащих веществ и тяжелых парафинов в полезную продукцию -  патент 2451039 (20.05.2012)
система утилизации мокрых углеродсодержащих отходов -  патент 2385438 (27.03.2010)
способ сжигания жидкого топлива и жидких горючих отходов и устройство для его осуществления -  патент 2349836 (20.03.2009)
способ утилизации жидких смазочных отходов с твердотопливными включениями -  патент 2324860 (20.05.2008)
горелка инсинератора -  патент 2265157 (27.11.2005)
установка для термической переработки нефтешламов -  патент 2229060 (20.05.2004)
способ и реактор для сжигания горючих материалов -  патент 2198349 (10.02.2003)
способ разделения пастообразных водомаслоокалиносодержащих отходов -  патент 2186296 (27.07.2002)
способ переработки отходов нефтепродуктов с высоким содержанием минеральных осадков -  патент 2180079 (27.02.2002)

Класс F23D11/20 перегретым водяным паром 

Класс F23L7/00 Подача в топку негорючих жидкостей или газов, кроме воздуха, например кислорода, водяного пара

Патенты РФ в классе F23L7/00:
способ уменьшения выбросов оксидов азота при кислородотопливном сгорании -  патент 2511819 (10.04.2014)
способ управления процессом генерирования мощности на энергетической установке -  патент 2442076 (10.02.2012)

способ выработки электроэнергии -  патент 2439432 (10.01.2012)
горелка и способ для попеременного осуществления оксигорения и воздушного горения -  патент 2433340 (10.11.2011)
способ выработки энергии в энергетической установке посредством сжигания углеродсодержащего топлива в, по существу, чистом кислороде, энергетическая установка для выработки энергии посредством сжигания углеродсодержащего топлива в, по существу, чистом кислороде, способ модификации процесса выработки энергии посредством сжигания углеродсодержащего топлива от сжигания топлива в воздухе до сжигания топлива в, по существу, чистом кислороде -  патент 2433339 (10.11.2011)
горелочное устройство -  патент 2373458 (20.11.2009)
способ сжигания горючих веществ, в частности, отходов -  патент 2332616 (27.08.2008)
способ бессажного сжигания топлива -  патент 2219435 (20.12.2003)
способ и реактор для сжигания горючих материалов -  патент 2198349 (10.02.2003)
способ и устройство для получения тепловой энергии -  патент 2142094 (27.11.1999)




Наверх