ГОРЕЛКА ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F23D14/12 

Изобретение относится к технике сжигания газа в горелках инфракрасного излучения и может быть использовано в системах отопления, сушки и нагрева, например, для отопления рабочих зон промышленных и сельскохозяйственных помещений, сушки лакокрасочных покрытий, местного нагрева изделий и пр.

Известна промышленная горелка (патент США N 5174744 от 29.12.92 г.) с низкими выбросами СО и О_x в атмосферу, которая состоит из узла смешения топлива и окислителя, горелочной перфорированной плиты, над которой происходит сжигание газа, и легкого сетчатого экрана, который нагревается пламенем горелки и способствует окислению СО в СО₂, уменьшая выбросы СО в атмосферу, при этом экран устанавливается над горелочной плитой на расстоянии, зависящем от длины пламени. Снижение выбросов СО позволяет сжигать топливо в низкотемпературном рассредоточенном факеле, что обеспечивает пониженное образование NO_x.

Недостатком такой горелки является специальное покрытие сетчатого экрана керамической пеной, что существенно усложняет изготовление горелки.

Известен также излучающий нагреватель (патент США N 5139415 от 18.08.92 г.), состоящий из корпуса, который включает в себя трапецеидальный рефлектор излучения, инжектора, состоящего из инжектирующего газового сопла и смесительной трубы, горелочной излучающей насадки и сетки. Смесительная труба расположена в корпусе таким образом, что продукты сгорания, образующиеся в горелке, нагревают газовоздушную смесь перед попаданием в излучающую насадку, что увеличивает эффективность работы горелки за счет снижения давления газа и уменьшения расходов на производство и ремонт.

Недостатком такой горелки является сложность конструкции и увеличение NO_x в продуктах сгорания за счет увеличения температуры газовоздушной смеси и зоны горения.

Известна также ветроустойчивая газовая горелка (Авторское свидетельство N 177017, кл. F 23 D 14/4, 1965), состоящая из корпуса с примыкающим к нему рефлектором, инжектора в виде газового сопла и размещенной во входном участке корпуса смесительной трубы, отражателя, расположенного напротив среза последней, и, размещенных в выходном участке корпуса с образованием камеры горения керамической излучающей насадки с плоскими входной и излучающей поверхностями и сетки и специального кожуха, который совместно с корпусом и рефлектором с отверстиями образует стабилизирующую работу инжектора камеру. Предложенная конструкция обеспечивает повышенную ветроустойчивость за счет постоянного перепада давления в камере независимо от величины динамического напора ветра.

Недостатком такой горелки является сложность конструкции и возможность недожога и повышенного образования CO за счет попадания продуктов сгорания в отверстия рефлектора.

Целью изобретения является снижение выбросов CO и NO_x в атмосферу.

Поставленная цель достигается тем, что отражатель выполнен в виде закрепленной параллельно выходному срезу смесительной трубки пластины с отогнутой в сторону последней полкой и удален от смесительной трубки на расстояние, превышающее в 2,5.3,0 раза ее диаметр, пластина выполнена с площадью, превышающей в 2,5.3,0 раза сечение смесительной трубки, ее полка - с площадью, составляющей 0,1. 0,2 от площади пластины, насадка выполнена с равномерно распределенными по ее поверхности отверстиями квадратного профиля, имеющими суммарную площадь проходного сечения, составляющую 0,35.0,70 от площади ее поверхности, каждое отверстие выполнено с проходным сечением, меньшим критического по проскоку пламени, сетка выполнена с суммарным проходным сечением отверстий, составляющим 0,5.0,7 от общей площади ее поверхности, и удалена от насадки на расстояние, превышающее в 10.20 раз величину стороны профиля отверстий насадки.

Предложенное решение ведет к тому, что зона горения сокращается за счет равномерности распределения смеси по всей поверхности насадки и время пребывания в высокотемпературной зоне снижается, что ведет к уменьшению образования NO_x. В то же время сжигание газа в камере между поверхностями насадки и сетки обеспечивает оптимальные условия сжигания газа без образования CO.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не выявило признаки, подобные заявляемым, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Предлагаемое техническое решение отображено на прилагаемом чертеже, на котором представлен продольный разрез горелки и выделен элемент керамической излучающей насадки.

Горелка инфракрасного излучения состоит из корпуса 1, рефлектора инфракрасного излучения 2, инжектора, состоящего из газового сопла 3 и смесителя 4, отражателя 5 с полкой 6, излучающей керамической насадки 7 и сетки 8.

Горелка работает следующим образом. Все элементы горелки крепятся в корпусе 1, к которому примыкает рефлектор инфракрасного излучения 2, имеющий трапецеидальное сечение. Газ, вытекая из сопла 3 в смесительную трубку 4, инжектирует необходимое количество воздуха, образуя газовоздушную смесь требуемого состава. За смесительной трубкой на расстоянии "K", равном 2,5 - 3,0 диаметра трубы "D", закрепляется отражатель 5, выполненный в виде пластины, сечение которой в 2,5 3,0 раза больше сечения смесительной трубки "Г". Отражатель выполнен с полкой 6, обращенной напротив потока газовоздушной смеси, а площадь полки составляет 0,1.0,2 от площади пластины. Подбор конструктивных параметров отражателя и его расположение обеспечивают равномерное распределение газовоздушной смеси по излучающей насадке.

Данное утверждение проиллюстрировано результатами о работе горелки, представленными в табл. 1.

Излучающая керамическая насадка 7 выполнена с плоскими наружными поверхностями и перфорирована равномерно распределенными квадратными отверстиями (dxd), сечение которых меньше критического по проскоку пламени, а суммарная площадь проходного сечения отверстий составляет 0,35.0,75 от площади насадки. Нижнее значение живого сечения насадки ограничивается возрастанием сопротивления насадки, которое может преодолеть инжектор, а верхнее значение ограничивается возможностью стабилизации факела на насадке. Такая конструкция обеспечивает сжигание газа в одинаковых условиях по всей поверхности насадки.

За насадкой 7 на расстоянии "H", равном 10.20 размерам стороны отверстия "d", устанавливается сетка 8 с проходным сечением отверстий, равным 0,5.0,7 от площади ее поверхности. Сетка служит для защиты излучающей насадки от повреждений и, главное, для организации камеры, ограниченной наружной поверхностью насадки и внутренней поверхностью сетки, в которой завершается горение газа. Сетка накаляется продуктами сгорания и способствует полному сжиганию газа без образования CO, а за счет обратного излучения на насадку последняя накаляется до температур около 900^oC и становится источником излучения.

Выбранные параметры сетки и камеры определяются следующим образом. Нижнее значение живого сечения сетки 0,5 ограничивается увеличением сопротивления горелки, которое не может преодолеть инжектор, а верхнее значение 0,7 ограничивается уменьшением обратного излучения на насадку, в результате чего насадка не накаляется. Нижнее значение размера камеры 10/d ограничивается тем, что при меньшей камере горение не завершается и в продуктах сгорания появляется CO. Верхнее значение 20/d ограничивается уменьшением обратного излучения на насадку: насадка не накаляется и в продуктах сгорания также появляется CO.

Данное утверждение проиллюстрировано результатами о работе горелки, представленными в табл.2.

Таким образом, все заявляемые элементы горелки направлены на решение поставленной задачи снижение выбросов СО и NO_x: выбранная конструкция отражателя, его параметры и параметры перфорированной насадки обеспечивают равномерное распределение газовоздушной смеси по поверхности насадки и, соответственно, равномерно распределенный узкий фронт горения, а выбранные параметры насадки и сетки обеспечивают полное сжигание газа в объеме камеры, образованной насадкой и сеткой. При этом минимальное время пребывания в зоне горения ведет к минимальным образованиям NO_x, а сжигание в объеме с обратным излучением от сетки к насадке ведет к полному сгоранию газа без образования CO.

Использование: в системах отопления, сушки и нагрева, например, для отопления рабочих зон промышленных и сельскохозяйственных помещений, сушки лакокрасочных покрытий, местного нагрева изделий и пр. Сущность изобретения: в горелке инфракрасного излучения, состоящей из корпуса 1, рефлектора инфракрасного излучения 2, инжектора, состоящего из газового сопла 3 и смесителя 4, отражателя 5 с полкой 6, излучающей керамической насадки 7 с плоскими входной и излучающей поверхностями и сетки 8, керамическая излучающая насадка выполняется с равномерно распределенными по ее поверхности отверстиями квадратного профиля, проходное сечение которых меньше критического по проскоку пламени, с суммарной площадью проходного сечения отверстий, составляющей 0,35...0,75 от площади насадки, а сетка с суммарным проходным сечением отверстий, составляющим 0,5...0,7 от общей площади ее поверхности, удалена от насадки на расстояние, превышающее в 10...20 раз величину стороны профиля отверстий насадки. Кроме этого за смесительной трубкой диаметром "D" перпендикулярно ее оси закрепляется отражатель, выполненный в виде пластины с отогнутой в сторону инжектора полкой, на расстоянии, превышающем в 2,5 ... 3,0 раза диаметр "D", площадь пластины превышает в 2,5...3,0 раза сечение смесительной трубки, а площадь полки составляет 0,1...0,2 от площади пластины. 2 табл., 1 ил.

Горелка инфракрасного излучения, содержащая корпус с примыкающим к нему рефлектором, инжектор в виде газового сопла и размещенной во входном участке корпуса смесительной трубки, отражатель, выполненный напротив выходного среза последней, и размещенные в выходном участке корпуса с образованием камеры горения керамическую излучающую насадку с плоскими входной и излучающей поверхностями и сетку, отличающаяся тем, что отражатель выполнен в виде закрепленной параллельно выходному срезу смесительной трубки пластины с отогнутой в сторону последней полкой и удален от смесительной трубки на расстояние, превышающее в 2,5 3,0 ее диаметр, пластина выполнена с площадью, превышающей в 2,5 3,0 раза сечение смесительной трубки, ее полка с площадью, составляющей 0,1 0,2 от площади пластины, насадка выполнена с равномерно распределенными по ее поверхности отверстиями квадратного профиля, имеющими суммарную площадь проходного сечения, составляющую 0,35 0,75 от площади ее поверхности, каждое отверстие выполнено с проходным сечением, меньшим критического по проскоку пламени, сетка выполнена с суммарным проходным сечением отверстий, составляющим 0,5 0,7 от общей площади ее поверхности, и удалена от насадки на расстояние, превышающее в 10 20 раз величину стороны профиля отверстий насадки.