Способ эффективного сжигания топлива и устройство для его осуществления

Способ эффективного сжигания топлива и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к теплоэнергетике, огневым технологиям и может найти широкое применение в теплоэнергетических установках (котельные, домны и т.д.), а также в реактивных и газотурбинных двигателях, использующих также топливные горелки для преобразования тепловой энергии горения топлива в реактивную кинетическую энергию струи пламени и отходящих газов.

Известны способы и устройства сжигания топлива путем подачи и взаимосвязанного регулирования топлива и окислителя в топку с последующим воспламенением топливной смеси, ее сжиганием и отводом отходящих газов в атмосферу через вытяжную трубу [1]

Известные аналоги не обеспечивают высокого качества сгорания топлива и имеют низкие экологические показатели отходящих газов.

Известны различные способы и устройства интенсификации сжигания топлива путем его предварительного подогрева (термического за счет тепла отходящих газов или электротермического), лучшего распыления и смешивания и завихрения смеси путем использования в качестве окислителя кислорода [2].

Применение всех этих способов и устройств позволяет экономить до 20% топлива, улучшить экологию сжигания топлива, однако по-прежнему не обеспечивает полного сгорания топлива и глубокой экологической очистки отходящих газов в связи с неполным взаимодействием топлива с окислителем, из-за двойного электрического слоя на границе фронта пламени, недостаточной интенсивностью протекания разветвленных цепных реакций горения, особенно низкокалорийных топлив (мазутов, угля, торфа).

Наиболее близким к заявляемому способу является способ сжигания топлива в сильном электрическом поле [3], по которому в камеру сгорания одновременно поступают распыленное жидкое топливо и окислитель, которые перемешивают и поджигают электроискровым способом.

Устройство, реализующее способ-прототип [3], выполнено в виде горелки, содержащей воздуховод, топливопровод, топливный насос, топливную форсунку, камеру сгорания, расходомеры, датчики параметров отходящих газов и вытяжную трубу для отвода продуктов сгорания.

Недостатки прототипа (способа и устройства для его осуществления) состоят в том, что топливо сгорает не полностью и часть его в виде отходов выбрасывается в атмосферу, за счет чего снижается КПД сжигания топлива и возрастают затраты на экологическую очистку отходящих из пламени газов. Все это приводит к низкой эффективности способа-прототипа и устройства-прототипа.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности сжигания топлива.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе сжигания топлива, заключающемся во взаимосвязанной подаче топлива и окислителя в камеру сгорания, в приготовлении топливной смеси путем их перемешивания, воспламенении смеси электроискровым способом, в измерении расхода топлива и степени очистки отходящих газов, дополнительно частицы топлива и окислителя электростатически заряжают путем пропускания упомянутых частиц вдоль поверхности индуцирующего электрода, после чего смесь воспламеняют и создают внутри камеры сгорания поперечное вращающееся магнитное поле, затем изменяют величину электростатического заряда на частицах топлива и окислителя, путем изменения напряженности электрического поля в области индуцирующего электрода, а также амплитуду и частоту вращающегося магнитного поля.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для сжигания топлива, содержащее топливную горелку, выполненную в виде трубы с фланцем, к которому прикреплена крышка, камеру сгорания, воздуховод, топливопровод, топливную форсунку, датчики расхода топлива и окислителя (воздуха), регуляторы расхода топлива и окислителя (воздуха), датчики параметров отходящих газов, дополнительно введен проходной изолятор, высоковольтный источник постоянного напряжения, рабочий электрод, устройство перемещения рабочего электрода, шаговый двигатель, источник питания шагового двигателя, электромагнит, узел охлаждения электромагнита, теплозащитная камера электромагнита, источник трехфазного переменного тока с регулируемой частотой и амплитудой и оптимизатор режимов, причем топливный насос электроизолирован от топливной магистрали, рабочий электрод расположен внутри камеры сгорания и выполнен, например, в виде кольца, устройство перемещения рабочего электрода выполнено в виде винта, на одном конце которого закреплена шестеренка, которая входит в зацепление с шестеренкой, жестко закрепленной на оси шагового двигателя, а другой конец винта выполнен в виде цилиндра и жестко соединен с внутренним кольцом шарикоподшипника, наружное кольцо шарикоподшипника жестко присоединено к держателю рабочего электрода, винт вкручен в гайку, неподвижно закрепленную в крышке, которая крепежными деталями присоединена к фланцу топливной горелки, электромагнит выполнен из набора пластин из ферримагнитного материала, например электротехнической стали или пермаллоя, в виде круглого полого цилиндрического тела, при этом на внутренней цилиндрической образующей поверхности магнитного сердечника выполнены пазы, внутри которых размещены катушки электромагнита в количестве не менее двух, например три намагничивающие катушки, расположенные под углом 120° друг относительно друга, при этом катушки электромагнита выполнены из проводящих, например, медных, полых трубок с форсированным охлаждением, покрытых теплостойким электроизоляционным материалом, концы обмоток через проходной изолятор, выполненный из жаростойкой керамики, выведены через корпус горелки и герметично присоединены через диэлектрические, например, через керамические трубки, к системе подачи охладителя, к внешней стороне выведенного конца намагничивающих катушек подключена одна из фаз источника трехфазного напряжения с регулируемой амплитудой и частотой, узел охлаждения электромагнита состоит из змеевика и системы подачи охладителя, причем змеевик выполнен из трубы из теплопроводного немагнитного материала, например меди, труба изогнута в виде двух цилиндрических спиралей, одна из которых охватывает внешнюю цилиндрическую поверхность электромагнита и контактирует с ней, а вторая спираль входит во внутренний цилиндр электромагнита и контактирует с ним, при этом электромагнит совместно с узлом охлаждения электромагнита размещен внутри теплозащитной камеры, выполненной, например, в виде двух коаксиальных цилиндров из немагнитного жаропрочного коррозионно-стойкого материала, например, керамики, на внешнем цилиндре теплозащитной камеры выполнены полые выводы для подсоединения к намагничивающим катушкам выходов фаз источника трехфазного напряжения, выводы имеют патрубки, сообщающиеся с внутренней полостью катушек электромагнита, к выводам патрубков через электроизоляционные трубки подключена система подачи охладителя, теплозащитная камера с торцов заглушена кольцеобразными крышками, выполненными из того же немагнитного жаропрочного коррозионно-стойкого материала, что и теплозащитная камера, в одной из крышек выполнены два отверстия, через которые выходят концы трубы узла охлаждения электромагнита, внутри камеры вокруг электромагнита и под торцевыми крышками проложен слой теплоизоляционного материала, например асбеста, центральная ось симметрии теплозащитной камеры совпадает с центральной осью симметрии камеры сгорания, выходы источника питания шагового двигателя присоединены к входам катушек статора шагового двигателя, один выход высоковольтного источника постоянного напряжения присоединен через проходной изолятор к форсунке, а другой выход высоковольтного источника постоянного напряжения присоединен к рабочему электроду и заземлен, выходы всех перечисленных выше датчиков расхода топлива и окислителя, параметров отходящих газов и тока присоединены к входам оптимизатора режима, а выходы оптимизатора присоединены к входу управления высоко-вольтного источника постоянного напряжения, к входу управления источника трехфазного переменного тока, к входу управления источником питания шаговым двигателем, к входу регуляторов расхода топлива и окислителя (воздуха).

Развитие изобретения-устройства состоит в том, что теплозащитная камера электромагнита помещена внутри корпуса горелки и своим внутренним цилиндром охватывает область факела пламени.

Развитие изобретения-устройства состоит в том, что корпус горелки выполнен из немагнитного жаропрочного коррозионно-стойкого материала, например керамики, теплозащитная камера электромагнита размещена вне камеры сгорания и своей внутренней цилиндрической образующей поверхностью охватывает корпус горелки.

На фиг.1 представлена схема устройства, реализующего заявляемый способ, при которой электромагнит находится внутри камеры сгорания.

На фиг.2 представлена схема устройства, реализующего заявляемый способ, при которой электромагнит охватывает камеру сгорания.

На фиг.3 приведена схема высоковольтного источника постоянного напряжения.

На фиг.4, фиг.5, фиг.6, фиг.7, фиг.8 и фиг.9 схематически пояснен принцип создания магнитного вращающегося поля внутри горелки.

Устройство для осуществления способа сжигания топлива изображено на фиг.1 и фиг.2. Все обозначения на фиг.1 и фиг.2 идентичны, а отличие заключается только в вариантах расположения электромагнита: на фиг.1 - теплозащитная камера электромагнита находится внутри корпуса горелки, а на фиг.2 теплозащитная камера электромагнита находится снаружи корпуса горелки и своим внутренним образующим цилиндром охватывает корпус горелки, причем в этом случае корпус горелки выполнен из немагнитного жаропрочного коррозионно-стойкого материала, например керамики. Принцип работы и физические процессы в обоих вариантах одинаковы. Поэтому в дальнейшем мы ограничимся описанием устройства, изображенного на фиг.1.

Устройство для осуществления способа сжигания топлива содержит воздуховод 1, топливопровод 2, врезанный герметично в воздуховод 1 с топливным насосом 3, корпус 4 горелки, диффузор 5, внутри которого размещен расширительный воздуховод 6, укрепленный на диффузоре 5 и проходящий внутри второго конического диффузора 7, который механически прикреплен на диффузоре 5 фланцевым соединением на крышке 8. Внутренний топливопровод 2 имеет на конце топливную форсунку 9. Устройство содержит также датчики 10 расхода топлива и окислителя, регуляторы 11 подачи топлива и окислителя, датчики 12 параметров отходящих газов. В устройство введен проходной изолятор 13, размещенный коаксиально снаружи воздуховода 1 и жестко удерживающий его внутри наружного диффузора 5, высоковольтный источник 14 постоянного напряжения, рабочий электрод 15, шаговый двигатель 16, источник питания 17 шагового двигателя, электромагнит 18. В устройство введен также источник 19 трехфазного переменного тока с регулируемой частотой и амплитудой, устройство перемещения рабочего электрода, которое выполнено в виде винта 20, на одном конце которого жестко закреплена шестерня 21. Шестерня 21 входит в зацепление с шестерней 22, жестко закрепленной на оси шагового двигателя 17.

Другой конец винта 20 выполнен в виде цилиндра и жестко соединен с внутренним кольцом шарикоподшипника 23, наружное кольцо шарикоподшипника 23 жестко присоединено к держателю 24 рабочего электрода, винт 20 вкручен в гайку, неподвижно закрепленную в крышке 8, станина шагового двигателя 16 жестко закреплена на платформе 25.

Электромагнит 18 выполнен из набора пластин из ферримагнитного материала, например пермаллоя или электротехнической стали, в виде круглого полого цилиндрического тела. На внутренней цилиндрической образующей поверхности магнитного сердечника выполнены пазы, внутри которых размещены катушки 26 электромагнита 18 в количестве не менее двух, например три намагничивающие катушки, расположенные под углом 120° друг относительно друга, причем каждая из намагничивающих катушек подключена к одной из фаз источника 19 трехфазного напряжения с регулируемой амплитудой и частотой. Узел охлаждения электромагнита состоит из змеевика 27 и системы охлаждения. Змеевик 27 выполнен из теплопроводного немагнитного материала, например меди, в виде трубы. При этом труба изогнута в виде двух цилиндрических спиралей 28 и 29, одна из которых охватывает внешнюю цилиндрическую поверхность электромагнита 18 и контактирует с ней. Вторая спираль 29 входит во внутренний цилиндр электромагнита 18 и контактирует с ним. Система охлаждения узла охлаждения представляет собой водопровод, состоящий из труб с водопроводным краном. Электромагнит 18 совместно с узлом охлаждения электромагнита размещен внутри теплозащитной камеры, выполненной, например, в виде двух коаксиальных цилиндров 30 и 31 из немагнитного жаропрочного коррозионно-стойкого материала, например керамики. Теплозащитная камера с торцов заглушена кольцеобразными крышками 32 и 33, выполненными из того же немагнитного жаропрочного коррозионно-стойкого материала, что и теплозащитная камера. На крышках 32 и 33 теплозащитной камеры выполнены трубчатые выводы 34, которые через проходной изолятор 35 и корпус 4 горелки выведены наружу, для подвода внутрь витков обмоток форсированного охлаждения, и для подсоединения к намагничивающим катушкам выходов фаз источника 19 трехфазного напряжения. В одной из крышек выполнены два отверстия, через которые выходят концы трубы 36 и 37 узла охлаждения электромагнита 18. Внутри камеры вокруг электромагнита и под торцевыми крышками проложен слой 38 теплоизоляционного материала, например асбеста. В устройство введен также оптимизатор 39 режима. Центральная ось симметрии теплозащитной камеры совпадает с центральной осью симметрии камеры сгорания. При этом топливный насос 3 электроизолирован от топливной магистрали, рабочий электрод 15 расположен внутри камеры сгорания горелки и выполнен, например, в виде кольца. Выходы источника 16 питания шагового двигателя присоединены к входам катушек статора шагового двигателя. Один выход высоковольтного постоянного источника 14 высоковольтного напряжения присоединен через проходной изолятор 13 к форсунке 9, а другой выход источника 14 высоковольтного постоянного напряжения присоединен к рабочему электроду 15 и заземлен. Выходы всех перечисленных выше датчиков: датчики 10 подачи топлива и окислителя, датчики 12 параметров отходящих газов, присоединены к входам оптимизатора 39 режима, а выходы оптимизатора 39 режима присоединены к входу управления источника 14 высоковольтного постоянного напряжения, к входу управления источника 19 трехфазного переменного тока, к входу управления источника питания 17 шаговым двигателем, к входам регуляторов 11 подачи топлива и окислителя (воздуха).

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа на примере топливной горелки, показанной в упрощенном виде на фиг.1.

Предлагаемый способ сжигания топлива заключается во взаимосвязанной подаче топлива и окислителя в камеру сгорания, в приготовлении топливной смеси путем их турбулентного перемешивания, воспламенении смеси электроискровым способом, в измерении расхода топлива и степени очистки отходящих газов. В предлагаемом способе, с целью повышения эффективности сгорания топлива и интенсификации горения факела пламени, частицы топлива и окислителя электростатически заряжают. В настоящее время для электростатической зарядки частиц используют три способа [4]:

путем осаждения на поверхность частицы ионов из объема газа, окружающего частицу;

путем электростатической индукции, которая происходит в результате разделения зарядов при контакте частиц с электродом, находящимся под потенциалом;

путем механической, химической и тепловой электризации.

Реализация первого способа электростатической зарядки частиц, как правило, осуществляется в зоне горения коронного разряда, что не приемлемо в условиях сжигания топлива.

Реализация третьего способа электростатической зарядки частиц не дает ощутимого эффекта и требует создания дополнительных условий для осуществления этого способа.

В заявляемом способе использован второй (индукционный) способ электростатической зарядки частиц, который достаточно эффективен и относительно просто реализуется на практике.

Поэтому в заявляемом способе поток частиц топливно-воздушной смеси пропускают вдоль поверхности индуцирующего электрода, после чего смесь воспламеняют. В качестве окислителя чаще всего используют воздух, хотя иногда применяют кислород или озон. Электростатическая зарядка частиц топлива и окислителя (воздуха) необходима для того, чтобы заряженные частицы топлива и окислителя (воздуха), попадая в продольное, направленное вдоль факела пламени электрическое поле, приобретали дополнительную кинетическую энергию, которая способствует повышению эффективности взаимодействия частиц между собой, преобразованию тепловой энергии горящего топлива в реактивную кинетическую энергию струи пламени и газов. При попадании электростатически заряженных частиц в продольное поле происходит упорядочивание теплового движения ионизированных и поляризованных частиц топлива и отходящих газов силовым кулоновским воздействием на них, направленным вдоль вектора поля. Знак заряда частиц можно изменять путем изменения знака потенциала на индуцирующем электроде. При положительном потенциале на индуцирующем электроде, относительно заземленного рабочего электрода, частицы топлива и окислителя (воздуха) воздуха приобретают положительный электростатический заряд. При отрицательном знаке потенциала на индуцирующем электроде, относительно заземленного рабочего электрода, частицы топлива и окислителя (воздуха) приобретают отрицательный электростатический заряд. Величину заряда частиц топливно-воздушной смеси можно изменять путем изменения напряженности электрического поля вблизи индуцирующего электрода. Упомянутую напряженность электрического поля можно изменять либо изменением абсолютной величины потенциала на индуцирующем электроде, либо изменением расстояния между индуцирующим и рабочим электродами, либо одновременным и взаимосогласованным изменением обеих этих величин.

Для более эффективного сгорания топлива в камере сгорания создают поперечное вращающееся магнитное поле. Электростатически заряженные частицы топлива и окислителя, перемещаясь в камере сгорания вдоль вектора электрического поля, попадая в поперечное магнитное поле, отклоняются под действием силы Лоренца от прямолинейной траектории в ту или иную сторону, в зависимости от знака заряда частиц, направления напряженности магнитного поля и направления их первоначального движения. В поперечном магнитном поле струя потока этих электростатически заряженных частиц изгибается, и, если магнитное поле вращается, то и изогнутая струя потока заряженных частиц также начинает вращаться. В процессе горения топлива пламя представляет собой плазму и состоит из положительно и отрицательно заряженных частиц топлива и окислителя (воздуха). В пламени, при отсутствии внешних электрических и магнитных полей, возникают двойные электрические слои, которые препятствуют интенсивному сжиганию топлива. Во вращающемся поперечном магнитном поле происходит разрушение этих двойных электрических слоев. За счет изгиба и вращения потоков заряженных частиц горючего и окислителя (воздуха) путь каждой из частиц потока значительно увеличивается, происходит их более эффективное перемешивание, увеличивается количество актов взаимодействия частиц топлива с частицами окислителя, и эти процессы приводят к существенному повышению эффективности сжигания топлива. Кроме того, частицы горючего и окислителя имеют разную массу, различные потенциалы ионизации и другие характеристики. Это приводит к тому, что частицы топлива и окислителя (воздуха), проходя вдоль индуцирующего электрода, приобретают различные электростатические заряды, и, имея различные массы, начинают двигаться с разными скоростями. Разный заряд, приобретенный частицами, прошедшими вблизи индуцирующего электрода, разные массы и скорости движения частиц также существенно увеличивают количество актов взаимодействий между ними, что приводит к повышению эффективности горения.

Топливная горелка работает следующим образом.

Вначале подают окислитель (воздух) в воздуховод 1 и топливо от топливного насоса 3 через топливопровод 2 и форсунку 9, затем предварительно смешивают их и воспламеняют полученную топливовоздушную смесь, например, электроискровым способом. Затем измеряют расход топлива и воздуха датчиками 10 расхода топлива и окислителя (воздуха) и параметры отходящих газов, датчиками 12 параметров отходящих газов, и регулируют подачу топлива и окислителя (воздуха регуляторами 11 подачи топлива и окислителя (воздуха), в зависимости от сигналов, поступивших от оптимизатора 39 режима, например, по критерию минимального расхода топлива при заданных параметрах отходящих газов. Затем включают высоковольтный источник 14 постоянного напряжения, подают через проходной изолятор 13 к форсунке 9 высоковольтный потенциал, а второй выход высоковольтного источника постоянного напряжения 14 подключают к рабочему электроду 15, который заземляют. Знак потенциала на выходе высоковольтного источника постоянного напряжения 14 можно изменять, в зависимости от вида топлива, с положительного на отрицательный, путем переключения полярности этого источника. Схема высоковольтного источника 14 постоянного напряжения изображена на фиг.3. Высоковольтный источник 14 напряжения состоит из регулируемого преобразователя 40 и коммутатора 41 выходного напряжения. Позицией 42 обозначен источник постоянного напряжения с выходным напряжением 12 В. Высоковольтный источник 14 постоянного напряжения позволяет изменять полярность выходного потенциала, подаваемого на форсунку 9, с положительного на отрицательный. Абсолютное значение потенциала на выходе высоковольтного регулируемого преобразователя 40 можно непрерывно изменять от 0 до 10 кВ, с оптимизатора режимов 39. Высоковольтный преобразователь напряжения работает следующим образом.

Регулируемый преобразователь 40 формирует регулируемое высоковольтное напряжение. Коммутатор 41 выходного напряжения осуществляет переключение полярности выходного потенциала. Коммутатор 41 выполнен на основе высоковольтных реле. Регулирование значения выходного потенциала осуществляется аналоговым сигналом с оптимизатора 39 режимов.

Оптимизатор 39 режимов выполнен на базе микропроцессора ATmega64-16AI. Оптимизатор 39 режимов позволяет изменять все режимы и параметры вручную, с панели управления режимов, либо автоматически, по определенной программе, зашитой в микропроцессор.

После подключения высоковольтного источника 14 напряжения, независимо от того, какую полярность имеет выходной потенциал относительно заземленного рабочего электрода 15, приступают к предварительной оптимизации режимов, путем регулирования выходных параметров: абсолютного значения потенциала на выходе источника 14 высоковольтного постоянного напряжения, токов - входного и выходного, взаимосвязано с регулированием положения кольцевого рабочего электрода 15. Регулированием указанных выше параметров изменяют знак заряда и его величину на частицах топливно-воздушной смеси, скорость их движения и, следовательно, кинетическую энергию.

Изменение расстояние между форсункой 9 и рабочим электродом 15 осуществляют при помощи шагового двигателя 16 и устройства перемещения рабочего электрода. Перемещение рабочего электрода 15 в продольном направлении осуществляют следующим образом. Оптимизатор 39 режима вырабатывает импульсы положительной или отрицательной полярности. Полярность вырабатываемых импульсов зависит от того, в какую сторону следует перемещать рабочий электрод: к форсунке 9 или от нее. Выработанные в оптимизаторе 39 режима импульсы поступают на вход источника питания 17 шагового двигателя 16. Источник питания 17 преобразует эти импульсы в импульсное питание катушек статора шагового двигателя 16. Якорь шагового двигателя под воздействием магнитного поля катушек статора поворачивается на определенный угол, величина которого определяется количеством импульсов, поступивших от оптимизатора 39 режима. Ось якоря шагового двигателя 16 с насаженной на нее шестерней 22 также поворачивается на определенный угол. Вращение оси шагового двигателя передается на шестерню 21 винта 20. Шестерня 21 вместе с винтом 20 поворачиваются на определенный угол. Винт 20 начинает вкручиваться в гайку, жестко закрепленную на крышке 8, или выкручиваться из этой гайки, в зависимости от требуемого направления перемещения рабочего электрода 15. При этом происходит продольное перемещение винта 20 по направлению к форсунке 9 или от нее. Винт 20 свободно проворачивается в шарикоподшипнике 23, что позволяет исключить вращательное движение держателя 24 рабочего электрода и соответственно самого рабочего электрода 15. Под действием продольного перемещения держателя 24 рабочего электрода 15 происходит продольное перемещение рабочего электрода 15 к форсунке 9 или от нее. Выработка отрицательных или положительных импульсов с оптимизатора 39 режима зависит от того, повышается или снижается эффективность сжигания топлива в горелке. Выработка импульсов происходит следующим образом. Допустим, было решено оптимизировать процесс сжигания топлива по критерию минимизации выброса вредных веществ в струе отходящих газов. Для оптимизации по выбранному критерию вначале измеряют параметры отходящих газов без подачи на форсунку 9 высоковольтного потенциала.

После измерения параметров отходящих газов устанавливают на выходе источника высоковольтного напряжения некоторое фиксированное значение потенциала, отрицательной или положительной полярности относительно заземленного электрода, и задают перемещение рабочего электрода 15 в блоке оптимизации 39 режимов в ту или иную сторону, например, в сторону форсунки 9. В процессе перемещения рабочего электрода постоянно, при помощи датчика 12 параметров отходящих газов, измеряются параметры этих газов. Перемещение электрода 15 осуществляют до тех пор, пока происходит улучшение состава отходящих газов, под которым понимают снижение концентрации выбросов вредных веществ в атмосферу, например, окислов азота, окислов серы и др. Если это улучшение прекращается, то фиксируют (запоминают) в оптимизаторе режима то положение рабочего электрода 15 относительно форсунки 9, при котором достигнуто наилучшее значение параметров отходящих газов. Под наилучшим значением параметров отходящих газов понимают такое значение, при котором концентрация выбросов вредных веществ в атмосферу минимальна. После этого значение абсолютной величины потенциала на выходе регулируемого источника высокого напряжения изменяют на некоторую величину, и описанный выше процесс повторяют вновь. Такая процедура настройки режимов на сжигание топлива повторяется до тех пор, пока для используемого вида топлива не определены оптимальные режимы: знак и величина потенциала на выходе высоковольтного преобразователя напряжения и расстояние между форсункой и рабочим электродом.

Если при перемещении рабочего электрода 15 в сторону форсунки 9 происходит ухудшение параметров отходящих газов, то оптимизатор 39 режима начинает вырабатывать отрицательные импульсы, и электрод начнет удаляться от форсунки 9. Путем взаимосвязанного изменения значения напряжения на выходе регулируемого источника высоковольтного напряжения 14 и перемещения рабочего электрода в ту или иную сторону обеспечивают тем самым электрополевое "сжимание" пламени в вертикальной (продольной) плоскости и "растягивание", расширение его в горизонтальной (поперечной) плоскости.

Следует отметить, что шаговый двигатель 16 необходим только в процессе настройки горелки на оптимальные режимы при смене вида топлива, либо в некоторых иных случаях, например, после длительного простоя установки или после ее ремонта.

Критерием правильной настройки данной системы параметров электрического поля горелки, стимулирующего эффективность сжигания топлива, является достижение наилучшей степени экологической очистки отходящих газов при заданных параметрах по расходу топлива и электроэнергии. Все эти оптимизационные режимы достигают путем перенастройки оптимизатором 39 режима работы высоковольтного источника 14 электрического поля и изменения положения кольцевого рабочего электрода 15, относительно фронта пламени в топливной горелке.

После достижения оптимальных режимов горения топлива, достигнутого при воздействии на потоки топлива и окислителя (воздуха) высоковольтного электрического напряжения, приступают к дальнейшей, окончательной оптимизации режимов горения. Для этого устанавливают оптимальные значения параметров горения, достигнутые в предыдущей предварительной оптимизации: знак и величину потенциала на выходе высоковольтного преобразователя напряжения и значение расстояния между форсункой и рабочим электродом. После установления достигнутых в предварительной оптимизации параметров горения, через катушки электромагнита 26 пропускают ток, подключая к ним источник 19 трехфазного напряжения. Протекающий по катушкам ток создает в газовой камере поперечное магнитное вращающееся поле. Под воздействием этого поперечного вращающегося магнитного поля электростатически заряженные частицы топлива и окислителя отклоняются от той первоначальной траектории, которую они имели до воздействия на них поперечного магнитного поля. Струя потока заряженных частиц топлива и окислителя под воздействием поперечного магнитного поля изгибается и начинает вращаться. Степень изгиба струи потока заряженных частиц зависит от амплитуды вращающегося магнитного поля, массы и заряда этих частиц, а скорость и частота их вращения определяется частотой магнитного вращающегося поля. Оптимизатор режима 39 вырабатывает управляющие воздействия, которые поступают на вход источника переменного трехфазного напряжения 19. В зависимости от значений управляющих воздействий, поступающих на вход источника трехфазного напряжения 19, происходит плавное изменение амплитуды и частоты питающего тока подмагничивающих катушек 26 электромагнита, что изменяет амплитуду и частоту вращения магнитного поля. При изменении амплитуды вращающегося магнитного поля, как было сказано выше, изменяется угол изгиба струи потока заряженных частиц, что позволяет изменять степень «сжатия» факела пламени в продольном направлении и степень «расширения» факела пламени в поперечном направлении. Изменением частоты вращения электромагнитного поля добиваются значительного повышения интенсивности перемешивания заряженных частиц топлива и окислителя, существенно увеличивается количество актов их взаимодействия. Взаимосвязанным изменением амплитуды и частоты магнитного поля добиваются оптимального сжигания топлива по заданному критерию, используя для оптимизации датчики 10 подачи топлива и окислителя (воздуха), датчики 12 отходящих газов, регуляторы 11 подачи топлива и окислителя (воздуха), и оптимизатора 39 режимов. При нормальной работе горелки, для предотвращения перегрева обмоток электромагнита используют узел охлаждения, состоящий из змеевика, выполненного из медной трубки 27, теплозащитной камеры из немагнитного жаропрочного материала и слоя 38 теплоизоляционного материала, например асбеста. В зависимости от конструкции горелки и магнитного сердечника, магнитный сердечник с катушками, системой охлаждения и теплозащитным узлом может располагаться с внешней стороны корпуса горелки (см. фиг.1), охватывая этот корпус, либо внутри корпуса горелки (см. фиг.2).

Пример конкретного выполнения. Для реализации заявляемого способа и реактора была собрана установка, изображенная на фиг.1.

Устройство для осуществления способа сжигания топлива было собрано на базе горелки асфальтобетонного завода марки ДС-117, содержит воздуховод 1, топливопровод 2, врезанный герметично в воздуховод 1 с топливным насосом 3, корпус 4 горелки, диффузор 5, внутри которого размещен расширительный воздуховод 6, укрепленный на диффузоре 5, и проходящий внутри второго конического диффузора 7, который механически прикреплен на диффузоре 5 фланцевым соединением на крышке 8. Внутренний топливопровод 2 имеет на конце топливную форсунку 9. Устройство содержит также датчики 11 расхода топлива и окислителя (воздуха), регуляторы 11 расхода топлива и окислителя (воздуха), датчики 12 параметров отходящих газов. В устройство дополнительно введен проходной изолятор 13, размещенный коаксиально снаружи воздуховода 1 и жестко удерживающий его внутри наружного диффузора 5, высоковольтный источник 14 постоянного напряжения, рабочий электрод 15, шаговый двигатель 16, источник питания 17 шагового двигателя, электромагнит 18, источник 19 трехфазного переменного тока с регулируемой частотой и амплитудой, причем топливный насос 3 электроизолирован от топливной магистрали.

Рабочий электрод 15 расположен внутри камеры сгорания и выполнен, например, в виде кольца, устройство перемещения рабочего электрода выполнено в виде винта 20, с резьбой М10. На одном конце винта жестко закреплена шестерня 21, диаметр которой был равен 24 мм. Шестерня 21 имела 12 зубьев. Высота каждого зуба была равна 4 мм. Толщина шестерни была равна 200 мм. Шестерня 21 входила в зацепление с шестерней 22, жестко закрепленной на оси шагового двигателя 16. Шестерня 22 была полностью идентична шестерне 21. Расстояние, на которое мог перемещаться в продольном направлении рабочий электрод 15, относительно форсунки 9, определялось совокупной толщиной шестерен 21 и 22 и равнялось 400 мм. Другой конец винта 20 выполнен в виде цилиндра и впрессован во внутреннее кольцо шарикоподшипника 23. Наружное кольцо шарикоподшипника 23 жестко присоединено к держателю 24 рабочего электрода, винт 20 вкручен в гайку М10, неподвижно закрепленную на крышке 8. Поверхности форсунки 9, рабочего электрода 15 и элементов устройства для перемещения рабочего электрода были выполнены из жаропрочного коррозионно-стойкого металла - титана.

Станина шагового двигателя 16 жестко закреплена на платформе 25, которая могла жестко фиксироваться крепежными прижимами к неподвижной станине. При ослаблении крепежных зажимов платформу можно было перемещать в горизонтальной плоскости. Магнитный сердечник электромагнита 18 был выполнен из листовой электротехнической стали. Пакет магнитного сердечника был набран из колец листовой электротехнической стали. Наружный диаметр этих колец был равен 48 см, а внутренний диаметр 28 см. На внутренней образующей колец, а следовательно, и магнитного сердечника, были выполнены 6 пазов под электромагнитные катушки 26 электромагнита. В пазы были расположены три одинаковые катушки под углом 120° друг относительно друга. Катушки были подключены соответственно к фазам трехфазного источника питания таким образом, чтобы токи были симметричны. Катушки были выполнены из полых медных проводов прямоугольного сечения с толщиной стенки, равной 1,5 мм. Катушки имели трубчатые медные выводы 34, которые через проходной изолятор 35, вмонтированный корпус 4 горелки, выводились наружу и использовались для форсированного внутрипроводникового охлаждения катушек электромагнита. Через выводы 34 внутрь полого провода катушек электромагнита можно было подводить через трубопровод, выполненный из неэлектропроводного материала, например из жаростойкой керамики, и выводить из витков охладитель, например воздух. К поверхности медных выводов 34 присоединялись электрические выводы, служащие для подсоединения катушек электромагнита к источнику 19 трехфазного напряжения. Прямоугольные провода катушек были изолированы двумя слоями безщелочной стеклоткани с применением теплостойких кремнийорганических лаков марки ПСДК. К концам катушек электромагнита были припаяны припоем ПСр-15 полые наконечники 34, которые имеют выводы для подсоединения к ним выходов фаз источника 19 трехфазного напряжения. Кроме того, полые наконечники имели трубчатые отводы, по которым через изоляционные термостойкие трубки подавался во внутренние по