RU2824910C1

RU2824910C1 - Self-contained burner

Info

Publication number: RU2824910C1
Application number: RU2023118796A
Authority: RU
Inventors: Владимир Юрьевич Безруких; Алексей Валентинович Бондарев; Роман Леонидович Кащеев; Сергей Владимирович Саркисов; Николай Петрович Казаков; Виталий Владимирович Харьковский
Filing date: 2023-07-14
Publication date: 2024-08-15

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to liquid-fuel burners using water vapor during combustion. Burner device comprises housing (1) with furnace (2). Steam generator (3) is installed in housing (1) and consists of evaporator tank (4), steam supply tube (5), steam nozzle (6), note here that steam feed tube (5) is directed downward from evaporator tank (4) into furnace (2) with fuel and is bent at 180°. Steam supply is controlled by needle valve (12).

EFFECT: creation of a simple self-contained burner for combustion in a steam jet of various types of liquid fuel, including substandard ones, with possibility of initial fuel heating and control of steam supply to furnace space.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, а именно к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим в процессе горения водяной пар.The invention relates to the field of energy, namely to liquid fuel burner devices that use water vapor in the combustion process.

Известно горелочное устройство, использующее для горения перегретый водяной пар [Патент РФ №2219435, 20.12.2003 г., F23C 11/00, F23L 7/00], содержащее корпус в виде стакана, паровую форсунку, вмонтированную в дно корпуса над топливником, топливопровод, вмонтированный в топливник, паропровод, соединенный с паровой форсункой и камеру газогенерации.A burner device is known that uses superheated water vapor for combustion [RU Patent No. 2219435, 20.12.2003, F23C 11/00, F23L 7/00], comprising a housing in the form of a glass, a steam nozzle mounted in the bottom of the housing above the firebox, a fuel line mounted in the firebox, a steam line connected to the steam nozzle and a gas generation chamber.

Данный аналог обладает рядом недостатков: перегретый водяной пар подводится от постороннего источника, что требует специального отдельного устройства вырабатывающего перегретый водяной пар.This analogue has a number of disadvantages: superheated water vapor is supplied from an external source, which requires a special separate device that generates superheated water vapor.

Известно горелочное устройство [Патент РФ №2373458, кл. F23C 99/00, F23L 7/00, опубликован 20.11.2009 г., Бюл.32).], содержащее корпус, встроенный парогенератор водяного пара с паровой форсункой и камеру газогенерации. В корпусе, сбоку, установлено сопло для выхода факела, а паровая форсунка расположена в камере газогенерации соосно с соплом и соединена с пароперегревателем. Встроенный парогенератор состоит из трех отдельных блоков, причем пароперегреватель выполнен в виде кольцевой камеры, а паросепаратор расположен внутри пароперегревателя. Бачок-испаритель расположен сверху паросепаратора и пароперегревателя. Все три блока парогенератора и паровая форсунка соединены трубками и не имеют общих стенок.A burner device is known [RU Patent No. 2373458, class F23C 99/00, F23L 7/00, published 20.11.2009, Bulletin 32)], comprising a housing, a built-in water vapor steam generator with a steam nozzle and a gas generation chamber. A nozzle for the torch outlet is installed on the side of the housing, and the steam nozzle is located in the gas generation chamber coaxially with the nozzle and is connected to the superheater. The built-in steam generator consists of three separate blocks, wherein the superheater is made in the form of an annular chamber, and the steam separator is located inside the superheater. The evaporator tank is located on top of the steam separator and the superheater. All three blocks of the steam generator and the steam nozzle are connected by tubes and do not have common walls.

Недостатком данного аналога является длительное время пуска. Во время запуска устройства горящее топливо выделяет сажу, которая откладывается на холодные стенки паросепаратора и пароперегревателя и в дальнейшем превращается в кокс, забивает зазоры между паросепаратором и пароперегревателем и препятствует теплоотдаче от огня к бачку-испарителю, создавая экранный эффект. Несмотря на то, что баланс процессов (тепловых и гидродинамических) в таком устройстве имеет место, время пуска из-за указанного экранного эффекта здесь увеличенное. Изделие имеет сложную конструкцию, трудность в ремонте при реальной эксплуатации.The disadvantage of this analogue is the long start-up time. During the start-up of the device, the burning fuel releases soot, which is deposited on the cold walls of the steam separator and superheater and subsequently turns into coke, clogs the gaps between the steam separator and superheater and prevents heat transfer from the fire to the evaporator tank, creating a screen effect. Despite the fact that the balance of processes (thermal and hydrodynamic) takes place in such a device, the start-up time is increased here due to the said screen effect. The product has a complex design, difficulty in repair during actual operation.

Прототипом заявленного технического решения является «горелочное устройство» (патент на изобретение патент РФ 2523591 опубл. 20.07.2014 г. F23C 99/00), включающий корпус, парогенератор водяного пара, установленный в корпусе и состоящий из бачка-испарителя, паросепаратора, пароперегревателя, выполненного в виде трубки с полыми стенками, и паровой форсунки, соединенных между собой трубками, отличающееся тем, что бачок-испаритель и паросепаратор выполнены в виде кольцевых камер, пароперегреватель установлен внутри бачка-испарителя, а паровая форсунка установлена снизу пароперегревателя с возможностью подачи пара и вместе с ним горящей смеси сквозь пароперегреватель, причем корпус, бачок-испаритель, паросепаратор, пароперегреватель и паровая форсунка расположены соосно.The prototype of the claimed technical solution is a "burner device" (patent for invention, Russian Federation patent 2523591, published on 20.07.2014, F23C 99/00), including a housing, a water vapor steam generator installed in the housing and consisting of an evaporator tank, a steam separator, a steam superheater made in the form of a tube with hollow walls, and a steam nozzle connected to each other by tubes, characterized in that the evaporator tank and the steam separator are made in the form of annular chambers, the steam superheater is installed inside the evaporator tank, and the steam nozzle is installed below the steam superheater with the possibility of feeding steam and, together with it, a burning mixture through the superheater, wherein the housing, evaporator tank, steam separator, steam superheater and steam nozzle are located coaxially.

Недостатком данного устройства является его сложность изготовления, отсутствие ремонтно-пригодности. Устройство не обладает возможностью достижения экономичной работы в результате отсутствия регулирования подачи пара.The disadvantage of this device is its complexity of manufacture, lack of repairability. The device does not have the ability to achieve economical operation due to the lack of steam supply regulation.

Недостатки данных аналогов и прототипа ставят задачу разработки автономного устройства, повышающим полноту сгорания топлива в горелке, как следствие уменьшение расхода топлива, вредных выбросов в атмосферу при работе на жидких видах топлива.The shortcomings of these analogues and the prototype pose the task of developing an autonomous device that increases the completeness of fuel combustion in the burner, as a consequence, reducing fuel consumption and harmful emissions into the atmosphere when operating on liquid fuels.

Поставленная задача достигается тем, что в горелочном устройстве, содержащим корпус с топкой, парогенератор водяного пара, установленный в корпусе и состоящий из бачка-испарителя, трубки подачи пара, паровой форсунки, при этом трубопровод подачи пара направлен сверху вниз из бачка-испарителя в топку с топливом, изогнут под углом на 180°, подача пара регулируется игольчатым вентилем.The stated task is achieved by the fact that in a burner device containing a housing with a firebox, a steam generator of water vapor installed in the housing and consisting of an evaporator tank, a steam supply tube, a steam nozzle, while the steam supply pipeline is directed from top to bottom from the evaporator tank into the firebox with fuel, bent at an angle of 180°, the steam supply is regulated by a needle valve.

Положительный экологический и энергетический эффект достигается за счет нагрева исходного топлива теплотой водяного пара, образующегося в бачке-испарителе, при этом повышается процесс испарения топлива с зеркала горения, появляется возможность регулирования подачи пара в зону горения и газификации, что способствует уменьшению коэффициента избытка воздуха и уменьшает образования вредных выбросов оксидов азота и окиси углерода в атмосферу.A positive ecological and energy effect is achieved by heating the initial fuel with the heat of water vapor generated in the evaporator tank, which increases the process of fuel evaporation from the combustion surface, making it possible to regulate the supply of steam to the combustion and gasification zone, which helps to reduce the excess air coefficient and reduces the formation of harmful emissions of nitrogen oxides and carbon monoxide into the atmosphere.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание простого (доступного) автономного горелочного устройства, при сжигание в паровой струе различных видов жидкого топлива, с возможностью прогрева исходного топлива и регулирования подачи пара в топочное пространстве камеры сгорания.The technical result of the claimed invention is the creation of a simple (accessible) autonomous burner device, with combustion of various types of liquid fuel in a steam jet, with the possibility of heating the initial fuel and regulating the supply of steam to the firebox of the combustion chamber.

Ограничительные признаки изобретения «горелочное устройство, содержащее корпус с топкой, парогенератор водяного пара, установленный в корпусе и состоящий из бачка-испарителя, трубки подачи водяного пара, паровой форсунки» описывают общие элементы прототипов и аналогов: «горелок», а также заявленного технического решения.The limiting features of the invention “a burner device containing a housing with a firebox, a steam generator of water vapor installed in the housing and consisting of an evaporator tank, a water vapor supply tube, a steam nozzle” describe the common elements of prototypes and analogues: “burners”, as well as the claimed technical solution.

Отличительные признаки изобретения «трубка подачи водяного пара направлена сверху вниз из бачка-испарителя в топку с топливом и изогнута под углом на 180°, подача водяного пара регулируется игольчатым вентилем» позволят достигнуть заявленный технический результат, а именно создание простого автономного горелочного устройства с возможностью регулирования подачи пара в топочном пространстве камеры сгорания, подогрева исходного топлива подаваемого на горение, в том числе некондиционного при сжигание в паровой струе.The distinctive features of the invention "the water vapor supply tube is directed from top to bottom from the evaporator tank into the fuel furnace and is bent at an angle of 180°, the water vapor supply is regulated by a needle valve" will allow achieving the stated technical result, namely the creation of a simple autonomous burner device with the ability to regulate the supply of steam in the combustion chamber furnace space, heating the initial fuel supplied for combustion, including substandard fuel when burning in a steam stream.

Предложенная конструкция горелочного устройства поясняется фигурой на листе графического материала. На фиг. 1 показан разрез горелочного устройства - вид сбоку.The proposed design of the burner device is explained by a figure on a sheet of graphic material. Fig. 1 shows a section of the burner device - side view.

Заявленное техническое решение состоит из корпуса 1, топки 2 парогенератора водяного пара 3, состоящего из бачка-испарителя 4, трубки подачи водяного пара 5, паровой форсунки 6 в топочном пространстве 7, узла подачи воздуха 8, трубопровода подачи топлива 9, топливного бака 10, манометра 11 игольчатого вентиля 12, предохранительного клапана 13, узла подачи воды 14.The claimed technical solution consists of a housing 1, a firebox 2 of a steam generator 3 consisting of an evaporator tank 4, a water steam supply tube 5, a steam nozzle 6 in the firebox space 7, an air supply unit 8, a fuel supply pipeline 9, a fuel tank 10, a pressure gauge 11, a needle valve 12, a safety valve 13, and a water supply unit 14.

Устройство работает следующим образом. В бачок-испаритель 4, через узел подачи воды 14 заливается вода. В топку 2 подается топливо, где оно поджигается ручным способом. Газообразные продукты испарения при термическом разложении жидкого топлива воспламеняются, что в процессе тепловыделения позволяет воде кипеть в бачке-испарителя 4, парогенератора 3, образуя при этом пароводяную смесь, которая под давлением через трубку подачи пара 5 подается в нижнюю часть топки 2. При этом давление в бачке-испарителе отслеживается манометром 11. Исходное жидкое дизельное или другое топливо из топливного бака 10, через трубопровод 9 поступает в топку 2, подогревается теплотой водяного пара трубки подачи пара 5 и излучением от факела интенсивно испаряется со свободной поверхности горения топки 2.The device operates as follows. Water is poured into the evaporator tank 4 through the water supply unit 14. Fuel is fed into the furnace 2, where it is ignited manually. Gaseous products of evaporation during thermal decomposition of liquid fuel ignite, which in the process of heat release allows water to boil in the evaporator tank 4, steam generator 3, thereby forming a steam-water mixture, which under pressure through the steam supply pipe 5 is fed to the lower part of the furnace 2. In this case, the pressure in the evaporator tank is monitored by the pressure gauge 11. The original liquid diesel or other fuel from the fuel tank 10, through the pipeline 9 enters the furnace 2, is heated by the heat of the water vapor of the steam supply pipe 5 and intensively evaporates from the free combustion surface of the furnace 2 by radiation from the torch.

Паровая смесь, выходящая из форсунки 6 эжектирует пары топлива в факел, происходит интенсивное смесеобразование водянного пара с продуктами горения и газификации, при этом создается разряжение в нижней части топки 2 за счет инжекционного эффекта. При выходе горелочного устройства на устойчивый режим парообразования доступ воздуха, через зоны подачи 8 прикрываются до минимальных значений, при этом расход пара в топочном пространстве 7 регулируется игольчатым вентилем 12. Продукты горения и газификации смешиваясь с паровой струей, увеличивают температуру в топочном пространстве 7. При смешивании водяного пара и продуктов разложения углеводородного топлива происходит химическая реакция паровой газификации с выделением водорода.The steam mixture coming out of the nozzle 6 ejects fuel vapors into the torch, intensive mixing of water vapor with combustion and gasification products occurs, while a vacuum is created in the lower part of the furnace 2 due to the injection effect. When the burner device reaches a stable vaporization mode, the air access through the feed zones 8 is closed to minimum values, while the steam consumption in the combustion space 7 is regulated by the needle valve 12. Combustion and gasification products, mixing with the steam stream, increase the temperature in the combustion space 7. When mixing water vapor and hydrocarbon fuel decomposition products, a chemical reaction of steam gasification occurs with the release of hydrogen.

выгорания топлива и увеличивая при этом температурный уровень в топочном пространстве. При смешивании перегретого водяного пара и продуктов разложения углеводородного топлива происходит химическая реакция паровой газификации с выделением водорода, при этом температура факела, истекающего из горелочного устройства, достигает 1500°С.combustion of fuel and increasing the temperature level in the combustion chamber. When superheated water vapor and hydrocarbon fuel decomposition products are mixed, a chemical reaction of steam gasification occurs with the release of hydrogen, and the temperature of the flame flowing from the burner reaches 1500°C.

Тяжелые не испарившиеся фракции топлива выпадают в нижнюю часть горелки, где подвергаются излучающему воздействию факела сверху, испаряются и поступают вверх в зону горения, где выгорают.Heavy, unevaporated fractions of the fuel fall into the lower part of the burner, where they are exposed to the radiating action of the torch from above, evaporate and move upward into the combustion zone, where they burn out.

Выше приведенная совокупность ограничительных и отличительных признаков заявленного горелочного устройства, а именно по отличительным признакам формулы на изобретения (в совокупности ее ограничительными признаками) не известна на данном уровне развития техники и не следует из общеизвестных правил конструирования таких устройств, а также способов (методов и технологий) их функционирования, что доказывает соответствию критерию «изобретательский уровень».The above set of restrictive and distinctive features of the claimed burner device, namely the distinctive features of the invention formula (in aggregate, its restrictive features) is not known at this level of technical development and does not follow from the generally known rules for the design of such devices, as well as the methods (techniques and technologies) of their operation, which proves compliance with the criterion of “inventive step”.

Заявленное устройство по конструктиву не выявлены из существующего уровня развития техники, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».The design of the declared device is not determined from the existing level of technological development, which allows us to conclude that it meets the “novelty” criterion.

Конструктивная реализация заявленных технических решений с указанной совокупностью признаков не представляет никаких конструктивно - технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию «промышленное применение».The constructive implementation of the declared technical solutions with the specified set of features does not present any constructive, technical or technological difficulties, which implies compliance with the criterion of “industrial application”.

Claims

A burner device comprising a housing with a firebox, a steam generator of water vapor installed in the housing and consisting of an evaporator tank, a water vapor supply tube, a steam nozzle, characterized in that the water vapor supply tube is directed from top to bottom from the evaporator tank into the firebox with fuel, is bent at an angle of 180°, the steam supply is regulated by a needle valve.