Подача воздуха
Компрессор подаёт воздух в кольцевой зазор между наружной и внутренней трубой. Рабочее давление регулируется в диапазоне 4–10 бар изб.
Инженерный концепт · отработанное масло + вода + сжатый воздух
Вихревая горелка «труба в трубе» для сжигания отработанного масла
Концепция: сжатый воздух подаётся в межтрубное пространство, закручивается тангенциальным входом, подхватывает капли масла и воды перед входом в горячую зону, затем смесь нагревается и сгорает в горле горелки.
Важно: температура 600–1200 °C является расчётно-допустимым диапазоном горячей зоны,
а не гарантированным результатом. Её нужно подтверждать термопарами, анализатором дымовых газов и испытанием на стенде.
1. Принцип работы
Создание вихря
Тангенциальный вход формирует вращение потока. Вихрь повышает турбулентное смешение и улучшает распыление капель топлива.
Горение
Масло и вода вводятся в поток до горячей зоны. Масло испаряется/пиролизуется частично, вода переходит в пар и участвует в распылении и охлаждении факела.
2. Проверочные расчёты
Исходные размеры: L = 1,5 м, наружный диаметр 200 мм, внутренний диаметр 170 мм, вход/выход 15 мм.
Объём кольцевого зазора—
Тепловая мощность топлива—
Теоретический воздух—
Рабочий воздух при λ—
Скорость в патрубке 15 мм—
Время обновления кольцевого объёма—
| Параметр | Формула | Инженерный смысл |
|---|---|---|
| Объём зазора | V = π · L · (Dₒ² − Dᵢ²) / 4 | Сколько воздуха физически помещается в межтрубном канале. |
| Мощность топлива | P = ṁ · Qн / 3,6 | Оценка тепловой мощности при полном сгорании масла. |
| Воздух на сгорание | L ≈ 11 · ṁмасла · λ | Оценка нормального расхода воздуха, Нм³/ч, для тяжёлого углеводородного топлива. |
| Скорость на входе | v = Q / A | Если скорость слишком высокая, возрастут шум, эрозия, потери давления и риск срыва факела. |
Проверка размерности: м³/ч ÷ 3600 = м³/с; м³/с ÷ м² = м/с. Для патрубка 15 мм даже малый расход воздуха может дать очень высокую скорость.
3. Конструкция и контроль параметров
Наружная труба Ø200 мм и внутренняя труба Ø170 мм дают кольцевой зазор 15 мм по радиусу. Это удобно для компактного нагрева воздуха, но требует контроля температуры стенки и теплового расширения.
Масло нужно фильтровать минимум до 100–200 мкм, подогревать до снижения вязкости и подавать через дозирующий насос. Воду подавать отдельным насосом с обратным клапаном, чтобы исключить обратный удар пламени и попадание масла в водяную линию.
Минимальный комплект: термопары K/N до 1200 °C, манометр 0–16 бар, ротаметр/расходомер воздуха, расходомер масла, расходомер воды, датчик CO/O₂/NOx в дымовых газах и аварийный клапан сброса.
4. Риски, ограничения и защита
| Риск | Причина | Защитная мера |
|---|---|---|
| Обратный удар пламени | Неправильная скорость смеси или перегрев входной зоны | Пламегаситель, обратные клапаны, датчик пламени, аварийное отключение масла. |
| Взрыв паромасляной смеси | Скопление несгоревших паров масла | Продувка воздухом перед запуском, контроль O₂/CO, запрет запуска без тяги. |
| Разрушение металла | Температура стенки 700–1200 °C, окисление, термоусталость | Жаростойкая сталь, компенсация расширения, контроль температуры корпуса. |
| Сажа и токсичные выбросы | Недостаток воздуха, крупные капли масла, нестабильное испарение | Фильтрация масла, тонкое распыление, регулировка λ = 1,2–1,8, анализ дымовых газов. |
Запрещено испытывать в закрытом помещении без вытяжки. Отработанное масло может содержать тяжёлые металлы и присадки; при сгорании возможны CO, сажа, NOx и токсичные аэрозоли.
5. Практический следующий шаг
Минимальный план испытаний
- Сделать холодную продувку воздухом без масла и воды.
- Измерить фактический расход воздуха при 4, 6, 8 и 10 бар.
- Запустить на малом расходе масла 0,5–1,0 кг/ч.
- Постепенно добавить воду 0,5–2,0 кг/ч и контролировать стабильность факела.
- После стабилизации перейти к 5 кг/ч масла и затем к 10 кг/ч только при нормальном CO и без сажи.
Критерии успешной работы
- Нет хлопков, обратного пламени и вибрации.
- CO в дымовых газах стабильно низкий.
- Факел не коптит и не выбрасывает капли масла.
- Температура корпуса не превышает допустимую для выбранной стали.
- После остановки нет подтекания масла и перегрева патрубков.
