RU2523591C1

RU2523591C1 - Burner

Info

Publication number: RU2523591C1
Application number: RU2013116229/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Степанович Вигриянов; Сергей Владимирович Алексеенко; Игорь Сергеевич Ануфриев; Олег Владимирович Шарыпов
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2014-07-20

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: burner comprises aligned case, steam generator fitted in said case and composed of evaporator tank, steam separator, all being shaped to circular chambers. Steam superheater is composed by tube with hollow walls and evaporator tanks arranged there inside. Steam nozzle is arranged at steam superheater bottom to feed steam and burning mix through steam superheater, interconnected via tubes.

EFFECT: higher temperature of superheated steam and flare, intensified and complete combustion, reduced carbon monoxide output.

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 №2211935, 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 burning [RF Patent No. 2211935, 12/20/2003, F23C 11/00, F23L 7/00], comprising a cup-shaped body, a steam nozzle mounted in the bottom of the body above the firebox, a fuel line mounted in the firebox, a steam pipe connected to a steam nozzle and a gas generation chamber.

Недостатком такого горелочного устройства является то, что для его работы требуется посторонний источник перегретого водяного пара необходимых параметров, т.е. неавтономность.The disadvantage of such a burner device is that its operation requires an external source of superheated water vapor of the necessary parameters, i.e. autonomy.

Наиболее близким техническим решением является горелочное устройство [Патент РФ №2373458, 20.11.2009 г., F23C 99/00, F23L 7/00], содержащее корпус, встроенный парогенератор водяного пара с паровой форсункой и камеру газогенерации. 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.The closest technical solution is a burner device [RF Patent No. 2373458, 11/20/2009, F23C 99/00, F23L 7/00], comprising a housing, an integrated steam generator with a steam nozzle and a gas generation chamber. 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 tube connected to the steam superheater in the form of an annular chamber, inside which the steam separator is located, and the steam generator water tank is located on top of the superheater and steam separator, and the tank-evaporator, steam separator and superheater are connected by tubes and do not have common walls.

Недостатком такого устройства является низкая температура перегретого пара.The disadvantage of this device is the low temperature of superheated steam.

Известно, что в таких горелочных устройствах происходит процесс паровой газификации углерода топлива с образованием водяного газа (синтез-газа). Эффективность этого процесса зависит от температуры водяного пара. Выше температура пара, больше водяного газа и, как следствие, выше температура факела, выше скорость горения и полнота сгорания топлива, ниже содержание монооксида углерода в продуктах горения.It is known that in such burner devices the process of steam gasification of carbon fuel occurs with the formation of water gas (synthesis gas). The effectiveness of this process depends on the temperature of the water vapor. Higher steam temperature, more water gas and, as a result, higher flare temperature, higher burning rate and completeness of fuel combustion, lower carbon monoxide content in the combustion products.

Задачей изобретения является повышение температуры перегретого водяного пара в автономном малогабаритном горелочном устройстве.The objective of the invention is to increase the temperature of superheated water vapor in an autonomous small-sized burner device.

Поставленная задача решается тем, что в горелочном устройстве, содержащем 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, согласно изобретению 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 problem is solved in that in a burner device comprising a housing, a steam steam generator installed in the housing and consisting of an evaporator tank, a steam separator, a superheater made in the form of a tube with hollow walls, and a steam nozzle interconnected by tubes, according to the invention the evaporator tank and the steam separator are made in the form of annular chambers, the superheater is installed inside the evaporator tank, and the steam nozzle is installed at the bottom of the superheater with the possibility of supplying steam and together with them of the burning mixture through the superheater, and the housing, the evaporator tank, the steam separator, the superheater and the steam nozzle are aligned.

В заявляемом горелочном устройстве бачок-испаритель частью своей поверхности находится в зоне горения топлива, что позволяет повысить давление и температуру насыщенного водяного пара. Паросепаратор и пароперегреватель полностью находятся в зоне горения топлива, что еще более повышает температуру водяного пара, выработанного в бачке-испарителе. Реагирующий поток проходит сквозь пароперегреватель, нагревая его до красного свечения, что позволяет значительно повысить температуру водяного пара на выходе из пароперегревателя.In the inventive burner device, the evaporator tank is part of its surface in the fuel combustion zone, which allows to increase the pressure and temperature of saturated water vapor. The steam separator and superheater are completely in the fuel combustion zone, which further increases the temperature of the water vapor generated in the evaporator tank. The reacting stream passes through the superheater, heating it to a red glow, which can significantly increase the temperature of water vapor at the outlet of the superheater.

Таким образом, предлагаемое техническое решение за счет наличия блоков парогенератора, имеющих простую и компактную форму и оригинальное взаимное расположение, позволяет создать автономное, малогабаритное горелочное устройство, вырабатывающее для своей работы водяной пар более высокой, чем у прототипа температуры, что позволяет повысить температуру факела, интенсифицировать процесс горения и повысить полноту сгорания жидкого углеводородного топлива, понизить вредные выбросы монооксида углерода.Thus, the proposed technical solution due to the presence of steam generator blocks having a simple and compact shape and an original relative position, allows you to create an autonomous, small-sized burner device that generates water vapor for its work higher than that of the prototype temperature, which allows to increase the temperature of the torch, to intensify the combustion process and increase the completeness of combustion of liquid hydrocarbon fuels, reduce harmful emissions of carbon monoxide.

Сущность технического решения поясняется чертежом, фиг.1, общего вида устройства.The essence of the technical solution is illustrated by the drawing, figure 1, a General view of the device.

Устройство состоит из двух отдельных блоков - корпус 1 и парогенератор 2. Парогенератор 2 состоит из бачка-испарителя 3, паросепаратора 4, пароперегревателя 5 и форсунки 6. Бачок-испаритель 3 соединен с паросепаратором 4 паропроводом 7, а паросепаратор 4 соединен с пароперегревателем 5 паропроводом 8. Пароперегреватель 5 соединен паропроводом 9 с держателем 10, в котором установлена форсунка 6. В бачок-испаритель 3 вварена заливная горловина 11, закрытая пробкой 12. Вся конструкция парогенератора 2 держится в корпусе 1 посредством трех лапок 13. Корпус 1 состоит из цилиндра 14, топки 15, имеющей воздуховоды 16, закрываемые заслонкой 17. Топливо подается в топку 15 по топливопроводу 18, на конце которого размещен топливоприемник 19. Пароперегреватель 5 состоит из внешней трубки 20 и двух внутренних 21 и 22. На внешней цилиндрической поверхности трубок 21 и 22 выполнены винтовые каналы для прохода пара.The device consists of two separate blocks - the housing 1 and the steam generator 2. The steam generator 2 consists of a vaporizer tank 3, a steam separator 4, a superheater 5 and a nozzle 6. The vaporizer tank 3 is connected to the steam separator 4 by a steam line 7, and the steam separator 4 is connected to a superheater 5 by a steam pipe 8. The superheater 5 is connected by a steam line 9 to the holder 10, in which the nozzle is installed 6. A filler neck 11, closed by a plug 12, is welded into the evaporator tank 3. The entire structure of the steam generator 2 is held in the housing 1 by means of three tabs 13. Housing 1 consists of a cylinder 14, a furnace 15 having air ducts 16 closed by a valve 17. Fuel is supplied to the furnace 15 through a fuel pipe 18, at the end of which a fuel receiver 19 is located. The superheater 5 consists of an external tube 20 and two internal tubes 21 and 22. On the external cylindrical surface tubes 21 and 22 are made screw channels for the passage of steam.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В топливоприемник 19 от топливного бачка (не показан) затекает жидкое топливо, и по топливопроводу 18 попадает в топку 15, где горит сажным факелом. От тепла горящего топлива вода, залитая в бачок-испаритель 3, закипает, образуя насыщенный пар с давлением до 12 атмосфер, который поступает по паропроводу 7 в паросепаратор 4, где отделяется вода от пара. Далее по паропроводу 8 отсепарированный пар поступает в пароперегреватель 5, где повышает свою температуру и, двигаясь по паропроводу 9, истекает из паровой форсунки 6 сквозь пароперегреватель 5, создавая при этом разрежение в топке 15 за счет эжекционного эффекта. Продукты сажного горения засасываются паровой струей и движутся сквозь пароперегреватель 5, увеличивая его температуру. Тепло, получаемое пароперегревателем 5, передается пару, протекающему по внутренним винтовым каналам пароперегревателя 5. При смешивании перегретого водяного пара и продуктов разложения углеводородного топлива происходит химическая реакция паровой газификации с образованием водорода и монооксида углерода. Температура факела, истекающего из горелочного устройства, достигает 1500°С.Liquid fuel flows into the fuel receiver 19 from the fuel tank (not shown), and enters the furnace 15 through the fuel pipe 18, where it burns with a soot torch. From the heat of the burning fuel, the water poured into the evaporator tank 3 boils, forming saturated steam with a pressure of up to 12 atmospheres, which enters through the steam line 7 to the steam separator 4, where the water is separated from the steam. Next, through the steam line 8, the separated steam enters the superheater 5, where it increases its temperature and, moving along the steam pipe 9, expires from the steam nozzle 6 through the superheater 5, while creating a vacuum in the furnace 15 due to the ejection effect. The products of soot combustion are sucked in by the steam jet and move through the superheater 5, increasing its temperature. The heat received by the superheater 5 is transferred to the steam flowing through the internal screw channels of the superheater 5. When superheated water vapor and hydrocarbon fuel decomposition products are mixed, a chemical reaction of steam gasification with the formation of hydrogen and carbon monoxide occurs. The temperature of the torch flowing out of the burner reaches 1500 ° C.

Обоснование промышленной применимости.Justification of industrial applicability.

Заявляемое горелочное устройство было изготовлено и испытано. Устройство было изготовлено из нержавеющей стали 12×18Н10Т в масштабе 1:1 от изображения на фиг.1.The inventive burner device was manufactured and tested. The device was made of stainless steel 12 × 18H10T at a scale of 1: 1 from the image in figure 1.

В качестве компонент горения использовались дизельное топливо, дистиллированная вода и воздух. Количество воды в бачке-испарителе составляло 300 г., его хватало на 1 час работы устройства. Были получены следующие параметры: температура в топке - 650°С; температура в факеле -1500°С (в прототипе - 1300°С); давление в бачке-испарителе - 12 атмосфер. Сажных частиц на выходе из факела не наблюдалось.As components of combustion, diesel fuel, distilled water and air were used. The amount of water in the tank-evaporator was 300 g, it was enough for 1 hour of operation of the device. The following parameters were obtained: temperature in the furnace - 650 ° C; the temperature in the torch -1500 ° C (in the prototype - 1300 ° C); the pressure in the evaporator tank is 12 atmospheres. No soot particles were observed at the exit of the torch.

Как показали результаты экспериментов, в заявляемом устройстве температура водяного пара выше, чем в прототипе, следовательно, больше водяного газа, выше температура факела, выше скорость горения и полнота сгорания топлива. Таким образом, эксперименты подтвердили эффективность заявляемого устройства.As shown by the results of experiments, in the inventive device, the temperature of water vapor is higher than in the prototype, therefore, there is more water gas, higher flare temperature, higher burning rate and completeness of fuel combustion. Thus, experiments confirmed the effectiveness of the claimed device.

Изготовленное устройство может применяться как источник энергии в автономных отопительно-варочных устройствах.The manufactured device can be used as an energy source in autonomous heating and cooking devices.

Claims

A burner device comprising a housing, a water vapor generator installed in the housing and consisting of an evaporator tank, a steam separator, a superheater made in the form of a tube with hollow walls, and a steam nozzle interconnected by tubes, characterized in that the vaporizer tank and the steam separator made in the form of annular chambers, a superheater is installed inside the evaporator tank, and a steam nozzle is installed at the bottom of the superheater with the possibility of steam supply and with it the burning mixture through the superheater l, the housing, tank-evaporator steam separator, steam superheater and steam injector is arranged coaxially.