RU2373458C1

RU2373458C1 - Burner device

Info

Publication number: RU2373458C1
Application number: RU2008121113/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Степанович Вигриянов (RU); Михаил Степанович Вигриянов; Евгений Юрьевич Зубкевич (RU); Евгений Юрьевич Зубкевич
Original assignee: Михаил Степанович Вигриянов; Евгений Юрьевич Зубкевич
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2009-11-20

Abstract

FIELD: heating systems.

SUBSTANCE: invention refers to liquid fuel burner devices using superheated water vapour for firing. Device includes housing, fuel pipeline, air ducts, built-in water vapour steam generator with steam atomiser and gas generation chamber. Besides flame outlet nozzle is installed on the side of the housing, and steam atomiser is located in gas generation chamber coaxially with nozzle. Built-in steam generator consists of three individual units; at that, superheater is made in the form of ring chamber, and steam separator is located inside. Evaporator-tank is located above steam separator and superheater in low temperature zone. All the three steam generator units and steam atomiser are connected with tubes and do not have any common walls.

EFFECT: invention allows designing individual simple burner device which can be small-type.

1 dwg

Description

Изобретение относится к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим для горения перегретый водяной пар.The invention relates to liquid fuel burner devices using superheated water vapor for combustion.

Известно горелочное устройство, использующее для горения перегретый водяной пар (Патент РФ №2219435), содержащее корпус в виде стакана, паровую форсунку, вмонтированную в дно корпуса, воздухоподводящие отверстия, выполненные в нижней части 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 burning (RF Patent No. 2219435), comprising a housing in the form of a glass, a steam nozzle mounted in the bottom of the housing, air supply openings made in the lower part of the housing above the firebox, a fuel pipe mounted in the firebox, a steam pipe, connected to a steam nozzle, and a gas generation chamber.

Камерой газогенерации здесь служит внутренняя полость стакана, где встречаются продукты неполного сгорания жидкого углеводородного топлива и перегретый водяной пар. Происходит паровая газификация этих продуктов и генерируется синтезгаз: смесь газов углеводородного ряда, окиси углерода и водорода.The gas generation chamber here is the inner cavity of the glass, where products of incomplete combustion of liquid hydrocarbon fuels and superheated water vapor are found. Steam gasification of these products takes place and synthesis gas is generated: a mixture of hydrocarbon gases, carbon monoxide and hydrogen.

Полученный синтезгаз вместе с парами жидкого топлива и сажистыми частицами вылетает из камеры газогенерации и сгорает в атмосфере либо в топке котла в виде факела.The resulting synthesis gas, together with liquid fuel vapors and soot particles, flies out of the gas generation chamber and burns in the atmosphere or in the boiler furnace in the form of a torch.

Известно, что раскаленные сажные частицы облегчают разрыв молекулы воды на кислород и водород. Кроме того, известно, что водяной пар является ускорителем реакции горения окиси углерода. Все эти эффекты, ускоряющие процесс окисления, совместно с механической турбулезацией газового потока, создаваемого высокоскоростной струей перегретого водяного пара, приводит к более качественному сгоранию топлива в объеме факела. Выгорание горючего вещества увеличивается и, как следствие, вредные выбросы уменьшаются.It is known that hot soot particles facilitate the breaking of a water molecule into oxygen and hydrogen. In addition, it is known that water vapor is an accelerator of the combustion reaction of carbon monoxide. All these effects, accelerating the oxidation process, together with mechanical turbulence of the gas stream created by a high-speed jet of superheated water vapor, leads to better combustion of fuel in the volume of the torch. Combustion of a combustible substance increases and, as a result, harmful emissions are reduced.

Таким образом, использование перегретого водяного пара в жидкотопливных горелочных устройствах приводит к двум положительным эффектам, энергетическому и экологическому.Thus, the use of superheated water vapor in liquid fuel burner devices leads to two positive effects, energy and environmental.

Недостатком данного горелочного устройства является то, что перегретый водяной пар подводится от постороннего источника, что требует специального отдельного устройства вырабатывающего перегретый водяной пар.The disadvantage of this burner device is that superheated water vapor is supplied from an external source, which requires a special separate device for generating superheated water vapor.

Известно также горелочное устройство (Международная заявка WO 9301449), 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, установленного на входе смесительной трубы, соединенной со входным каналом центробежного вентилятора.A burner device (International Application WO 9301449) is also known, comprising a gas generation chamber in the form of a pipe connected to an outlet channel of a centrifugal fan, a liquid fuel nozzle located in a gas generation chamber and connected to a fuel supply device by a pipe, and a built-in steam generator of superheated water vapor mounted on the inlet of the mixing pipe connected to the inlet of the centrifugal fan.

Перегретый водяной пар здесь производится с помощью электрической энергии и смешивается со всасывающимся воздухом так, чтобы пар не сконденсировался.Superheated water vapor is produced here with the help of electrical energy and is mixed with suction air so that the steam does not condense.

Смесь воздуха и перегретого водяного пара нагнетается центробежным вентилятором в трубу, где топливной форсункой распыляется жидкое топливо.A mixture of air and superheated water vapor is pumped by a centrifugal fan into the pipe, where liquid fuel is sprayed with a fuel nozzle.

В пространстве трубы, за форсункой, происходят также процессы газификации. Генерируется синтезгаз и вместе с парами топлива, сажными частицами, а также капельками неиспарившегося топлива сгорает в топке котла в виде факела.In the space of the pipe, behind the nozzle, gasification processes also occur. Synthesis gas is generated and, together with fuel vapors, soot particles, as well as droplets of unevaporated fuel, burns in the boiler furnace in the form of a torch.

Недостатком такого устройства является то, что необходимы для работы дополнительные источники энергии и устройства подачи топлива и воздуха под давлением.The disadvantage of this device is that additional energy sources and devices for supplying fuel and air under pressure are necessary for operation.

Наиболее близким техническим решением является горелочное устройство (Патент США №3804579).The closest technical solution is a burner device (US Patent No. 3804579).

Данное горелочное устройство содержит цилиндрический корпус, состоящий из трех скрепленных отсеков. В первом отсеке размещены элементы, регулирующие подачу топлива, воздуха и воды под давлением. Во втором, центральном отсеке, размещены трубопроводы. В третьем отсеке размещена камера смешивания топлива, воздуха и перегретого водяного пара, спереди нее установлен распределитель с большим количеством каналов (диск с отверстиями). Далее камера газогенерации и после нее соосно размещен теплообменник змеевикового типа для получения перегретого водяного пара от тепла собственного факела.This burner device comprises a cylindrical housing consisting of three fastened compartments. The first compartment contains elements that regulate the supply of fuel, air and water under pressure. In the second, central compartment, pipelines are located. In the third compartment there is a chamber for mixing fuel, air and superheated water vapor, in front of it there is a distributor with a large number of channels (disk with holes). Next, the gas generation chamber and after it are coaxially placed coil type heat exchanger to obtain superheated water vapor from the heat of its own torch.

В этом горелочном устройстве топливо, вода и воздух подаются от отдельных источников под давлением. В змеевиковом теплообменнике вода испаряется, превращается в насыщенный пар, а затем перегревается. Из камеры смешивания через распределитель продукты горения вместе с перегретым водяным паром попадают в камеру газогенерации, где происходит процесс паровой газификации. Здесь генерируется синтезгаз, который совместно с сажистыми частицами, парами жидкого топлива, под действием давления нагнетающих устройств выносится в зону змеевикового теплообменника и сгорает в виде факела.In this burner, fuel, water and air are supplied from separate sources under pressure. In a coil heat exchanger, water evaporates, turns into saturated steam, and then overheats. From the mixing chamber through the distributor, the combustion products together with superheated water vapor enter the gas generation chamber, where the steam gasification process takes place. Here, synthesis gas is generated, which, together with soot particles, liquid fuel vapors, is brought into the zone of the coil heat exchanger and burns out in the form of a torch under the influence of pressure of the discharge devices.

Недостатком такого горелочного устройства является то, что для его работы требуются отдельные, дополнительные устройства подающие топливо, воздух и воду под давлением.The disadvantage of such a burner device is that for its operation requires separate, additional devices supplying fuel, air and water under pressure.

Кроме того, выработка перегретого водяного пара в змеевиковом теплообменнике является весьма затруднительной. Вскипание воды может осуществляться в любом месте змеевика (не там, где нужно) из-за сильного турбулентного потока раскаленных газов. Здесь зона максимальной температуры не будет стоять на одном месте, она все время перемещается. Поэтому вода может закипать то в одном месте трубки, то в другом, что может привести к тому, что пар образуется там, где впереди находится вода. Будут происходить гидравлические удары, из парового сопла может вырываться то пар, то вода. Работа такого парогенератора может быть неравномерной.In addition, the production of superheated water vapor in a coil heat exchanger is very difficult. Boiling water can occur anywhere in the coil (not where needed) due to the strong turbulent flow of hot gases. Here the maximum temperature zone will not stand in one place, it moves all the time. Therefore, water can boil now in one place of the tube, then in another, which can lead to the fact that steam forms where water is in front. Hydraulic shocks will occur, steam or water may escape from the steam nozzle. The operation of such a steam generator may be uneven.

В основу изобретения положена задача создания автономного, малогабаритного горелочного устройства, вырабатывающего высокотемпературный факел без использования дополнительных устройств и источников энергии.The basis of the invention is the task of creating an autonomous, small-sized burner device that produces a high-temperature torch without the use of additional devices and energy sources.

Поставленная задача решается тем, что в горелочном устройстве, содержащем корпус, топливопровод, воздуховоды, встроенный парогенератор водяного пара с паровой форсункой, камеру газогенерации, а кроме того, в корпусе, сбоку, установлено сопло для выхода факела, а паровая форсунка расположена в камере газогенерации соосно с соплом и трубкой соединена с пароперегревателем парогенератора, имеющим форму кольцевой камеры, внутри которого расположен паросепаратор, а водяной бачок-испаритель парогенератора расположен сверху пароперегревателя и паросепаратора, причем бачок-испаритель, паросепаратор и пароперегреватель соединены трубками и не имеют общих стенок. Расположение блоков парогенератора позволяет равномерно и надежно вырабатывать перегретый водяной пар. Пароперегреватель и паросепаратор находятся в зоне горения топлива и имеют температуру стенок выше, чем бачок-испаритель, что позволяет стабилизировать тепловой баланс устройства, где, кроме того, частично охлаждается бачок-испаритель, за счет засасываемого внутрь воздуха из-за эжекционного эффекта, получаемого от истекаемого газового потока через сопло.The problem is solved in that in a burner device comprising a housing, a fuel pipe, air ducts, an integrated steam generator of steam with a steam nozzle, a gas generation chamber, and in addition, a nozzle for exiting the torch is installed in the side of the housing, and the steam nozzle is located in the gas generation chamber coaxially with the nozzle and the pipe is connected to the superheater of the steam generator, having the form of an annular chamber, inside which the steam separator is located, and the water tank-evaporator of the steam generator is located on top of the superheater and steam trap, wherein the tank-evaporator steam separator and the superheater tubes are connected and do not have common walls. The location of the steam generator blocks allows you to evenly and reliably generate superheated water vapor. The superheater and steam separator are located in the fuel combustion zone and have a wall temperature higher than the evaporator tank, which allows to stabilize the heat balance of the device, where, in addition, the evaporator tank is partially cooled due to the air sucked in due to the ejection effect obtained from expired gas stream through the nozzle.

Таким образом, предлагаемое изобретение за счет наличия корпуса, в котором сбоку установлено сопло для выхода факела, а также за счет наличия парогенератора, имеющего три раздельных блока, имеющих оригинальную, компактную форму и взаимное расположение, в которых надежно вырабатывается перегретый пар и подается в паровую форсунку, расположенную соосно с соплом над горящим топливом в камере газогенерации, где из форсунки струя перегретого водяного пара, отреагировав с продуктами неполного сгорания топлива и образовав синтезгаз, выносится через сопло в атмосферу в виде высокотемпературного факела, позволяет создать простое, автономное горелочное устройство, которое может быть миниатюрным.Thus, the present invention due to the presence of a housing in which a nozzle is installed on the side of the torch exit, and also due to the presence of a steam generator having three separate blocks having an original, compact shape and relative position, in which superheated steam is reliably generated and fed into the steam the nozzle located coaxially with the nozzle above the burning fuel in the gas generation chamber, where a jet of superheated steam from the nozzle reacts with the products of incomplete combustion of the fuel and forms a synthesis gas, through a nozzle into the atmosphere as the high-temperature flame, to create a simple, independent burner device, which can be miniaturized.

Сущность технического решения поясняется чертежом общего вида устройства.The essence of the technical solution is illustrated by a drawing of a General view of the device.

Устройство состоит из двух отдельных блоков: парогенератор 1 и корпус 2.The device consists of two separate blocks: a steam generator 1 and a housing 2.

Парогенератор 1 состоит из водяного бачка-испарителя 5, паросепаратора 6, пароперегревателя 7, имеющего форму кольцевой камеры.The steam generator 1 consists of a water tank-evaporator 5, a steam separator 6, a superheater 7 having the shape of an annular chamber.

Бачок-испаритель 5 соединен с паросепаратором 6 трубкой 8, а паросепаратор 6 соединен с пароперегревателем 7 трубкой 9.The evaporator tank 5 is connected to the steam separator 6 by a tube 8, and the steam separator 6 is connected to the steam superheater 7 by a tube 9.

Пароперегреватель 7 соединен трубкой 10 с держателем паровой форсунки 11, в который ввинчена паровая форсунка 12. В водяной бачок-испаритель 5 вварена заливная горловина 13, закрытая пробкой 14. Внутри бачка-испарителя 5 установлена брызгоотбойная пластина 15. На водяной бачок-испаритель 5 установлена крышка-утеплитель 16.The superheater 7 is connected by a tube 10 to the holder of the steam nozzle 11 into which the steam nozzle 12 is screwed. A filler neck 13 is closed to the water tank-evaporator 5, which is closed by a plug 14. A splash plate 15 is installed inside the evaporator tank 5. 5 is installed on the water tank-evaporator 5 insulation cover 16.

Вся конструкция парогенератора 1 держится в корпусе 2 посредством трех лапок 17, приваренных к бачку 5.The entire design of the steam generator 1 is held in the housing 2 by means of three legs 17 welded to the tank 5.

Корпус 2 состоит из цилиндрического стакана 20, антипроливателя 21, предназначенного для предохранения от пролива топлива, сопла 22, вваренного в антипроливатель 21. В корпусе 20 над топливником 23 выполнены воздухоподводящие отверстия 24. Пространство, ограниченное топливником 23, парогенератором 1, форсункой 12 и соплом 22, является камерой газогенерации 25. К антипроливателю 21 с противоположной стороны от сопла 22 прикреплена ручка 26.The housing 2 consists of a cylindrical cup 20, an anti-spill 21, designed to protect against fuel spill, a nozzle 22 welded into the anti-spill 21. In the housing 20 above the firebox 23 there are air inlet openings 24. The space bounded by the firebox 23, the steam generator 1, the nozzle 12 and the nozzle 22 is a gas generation chamber 25. A handle 26 is attached to the antiproller 21 on the opposite side of the nozzle 22.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В бачок-испаритель 5 заливается дистиллированная вода, а в топливник 23 - жидкое топливо. Топливо поджигается, горит, дымовые газы выходят вверх через зазор между корпусом 2 и бачком 5. Парогенератор прогревается, причем паросепаратор 6 и пароперегреватель 7, находящиеся в зоне огня, нагреваются до большей температуры, чем бачок 5, поскольку он расположен выше, в зоне более низкой температуры. Через 3-5 минут вода в бачке 5 закипает и насыщенный пар попадает сначала в паросепаратор 6, где капли воды оседают на его дне, имеющем достаточно высокую температуру, и быстро вскипают. Пар, лишенный влаги, через трубку 9 попадает в пароперегреватель 7, где его температура повышается, и далее перегретый пар истекает из паровой форсунки 12.Distilled water is poured into the evaporator tank 5, and liquid fuel is poured into the firebox 23. The fuel is ignited, burned, the flue gases go up through the gap between the housing 2 and the tank 5. The steam generator is heated, and the steam separator 6 and the superheater 7 located in the fire zone are heated to a higher temperature than the tank 5, since it is located higher, in the zone of more low temperature. After 3-5 minutes, the water in the tank 5 boils and the saturated steam first enters the steam separator 6, where drops of water settle on its bottom, which has a sufficiently high temperature, and quickly boil. Steam, devoid of moisture, through the tube 9 enters the superheater 7, where its temperature rises, and then superheated steam flows out of the steam nozzle 12.

Давление пара в парогенераторе поднимается до 5-6 кг/см², далее тепловой процесс стабилизируется. Струя пара истекает из паровой форсунки, имеющей отверстие в десятые доли миллиметра (0,6 мм), очень интенсивно, с достаточно большой скоростью.The steam pressure in the steam generator rises to 5-6 kg / cm ² , then the thermal process is stabilized. A stream of steam flows out of a steam nozzle having an opening in tenths of a millimeter (0.6 mm), very intensively, with a sufficiently high speed.

Паровая струя затягивает на себя языки сажного пламени горящего топлива. Перегретый водяной пар, встречаясь с продуктами неполного сгорания углеводородного топлива, производит генерацию синтезгаза.The steam jet draws on itself the tongues of the soot flame of the burning fuel. Superheated water vapor, meeting with products of incomplete combustion of hydrocarbon fuels, produces a synthesis gas.

Полученный синтезгаз совместно с парами жидкого топлива, сажистыми частицами и другими горючими газами выносится через сопло наружу, где сгорает в среде атмосферного кислорода.The resulting synthesis gas together with liquid fuel vapors, soot particles and other combustible gases is carried out through the nozzle to the outside, where it burns out in the atmosphere of atmospheric oxygen.

Поток раскаленных газов производит инжекторный эффект, за счет которого в камеру газогенерации засасывается воздух, необходимый для горения топлива через отверстия 24, а также через зазор между корпусом 2 и бачком-испарителем 5. Воздух, проходя по этому зазору, отнимает часть тепла от бачка-испарителя и не позволяет чрезмерно поднимать давление пара а парогенераторе. Таким образом происходит стабилизация теплового баланса горелочного устройства.The flow of hot gases produces an injection effect, due to which the air necessary for burning fuel through the openings 24, as well as through the gap between the housing 2 and the evaporator tank 5, is sucked into the gas generation chamber. The air passing through this gap takes part of the heat from the tank the evaporator and does not allow excessive pressure increase in the steam generator. Thus, the thermal balance of the burner device is stabilized.

Авторами изготовлен экспериментальный образец такого горелочного устройства и проведены испытания.The authors made an experimental sample of such a burner device and tested.

Технические параметры устройства и данные испытаний.Technical parameters of the device and test data. Назначение горелочного устройстваPurpose of the burner розжиг угля в топках бытовых и промышленных печейignition of coal in the furnaces of domestic and industrial furnaces 1.one. Вид топливаType of fuel дизельноеdiesel 2.2. Используемая водаWater used дистиллятdistillate 3.3. Количество заливаемой в парогенератор воды (см³)The amount of water poured into the steam generator (cm ³ ) 50fifty 4.four. Количество заливаемого в топливник топлива (см³)The amount of fuel poured into the firebox (cm ³ ) 100one hundred 5.5. Габаритные размеры горелочного устройства (мм)Overall dimensions of the burner (mm) ⌀100×120⌀100 × 120 6.6. Масса (г)Mass (g) 900900 7.7. Время запуска (мин)Start time (min) 3-53-5 8.8. Время работы (мин)Working time (min) 20twenty 9.9. Размер факела (мм)Torch Size (mm) ⌀30×200⌀30 × 200 10.10. Температура факела (°С)Flame temperature (° C) 13001300 11.eleven. Вид испытуемой печиType of test furnace водогрейный котелhot water boiler 12.12. Размеры топки печи (мм)Furnace dimensions (mm) 300×400×600300 × 400 × 600 13.13. Температура закладываемого угля (°С)Coal laid temperature (° С) -20-twenty 14.fourteen. Вид угляType of coal каменный уголь комковойlumpy coal 15.fifteen. Время розжига (мин)Ignition time (min) 1010

Испытания показали очень хорошие результаты. Экспериментальный образец розжиговой горелки справился со своей функцией.The tests showed very good results. An experimental sample of an ignition burner coped with its function.

Авторы назвали это созданное горелочное устройство - автономная розжиговая горелка «Вигриянка» (АРГВ).The authors named this created burner device - an autonomous ignition burner Vigriyanka (ARGV).

Claims

A burner device comprising a housing, a fuel pipe, air ducts, an integrated steam generator of steam with a steam nozzle, a gas generation chamber, characterized in that a nozzle for exiting the torch is installed in the side of the housing, and the steam nozzle is located in the gas generation chamber coaxially with the nozzle and the tube connected to the superheater of the steam generator , having the form of an annular chamber, inside of which a steam separator is located, and a water tank-evaporator of the steam generator is located on top of the superheater and steam separator, and the tank the evaporator, steam separator and superheater are connected by tubes and do not have common walls.