СПОСОБ ОБОГРЕВА ИНФРАКРАСНОГО U-ОБРАЗНОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ Российский патент 2003 года по МПК F23D14/02 

Изобретение относится к технике лучистого (инфракрасного) обогрева помещений в системе автономного (децентрализованного) их отопления.

Известно конструктивное решение камер сгорания с двухстадийным сжиганием газа с целью снижения максимальной температуры факела, а следовательно, сокращения эмиссии оксидов азота [1]. Однако недостатком этого решения является отсутствие конкретных режимных параметров.

Известен также способ сжигания газа [2], в котором воздух на горение распределяется тремя потоками, изменяя соотношение между которыми, представляется возможность регулировать параметры факела. Однако применительно к технике инфракрасного излучателя это решение не позволяет оптимизировать режим сжигания газа и распределение температуры по длине излучателя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является конструктивное решение инфракрасного ("темного") излучателя, в котором реализована рециркуляция уходящих продуктов сгорания [3].

Сопоставленный анализ показывает, что прототип имеет ряд недостатков, не позволяющих оптимизировать конструктивную его реализацию, а именно:
- отсутствуют режимные параметры по соотношению первичного и вторичного воздуха на горение;
- не оптимизировано количество рециркулируемых уходящих продуктов сгорания, подаваемых непосредственно в корень факела.

Оба этих недостатка не дают возможности максимально растянуть факел в горелочной ветви излучателя, при этом обеспечить полноту сгорания топлива (при α_Σ ≤ 1,1) и минимальный выход NO_х.

Цель настоящего изобретения состоит в создании инфракрасного излучателя с равномерным распределением температуры по длине горелочной ветви. В частности, в прототипе фиксируется температурный максимум в пригорелочной зоне излучателя, что вызывает, с одной стороны, необходимость применения повышенного содержания дефицитного никеля в материале корпуса, а с другой стороны, приводит к высокой эмиссии оксидов азота в продуктах сгорания. Кроме того, при α_Σ ≈ 1,1 в прототипе наблюдается недожог топлива.

Поставленная цель достигается тем, что в известном инфракрасном U-образном излучателе, выполненном с частичной рециркуляцией уходящих продуктов сгорания в горящий факел, коэффициент расхода первичного воздуха в газовоздушной смеси устанавливают равным 0,5-0,7, а рециркуляцию уходящих продуктов сгорания выполняют в кольцевой зазор между корпусом излучателя и промежуточной перегородкой, при этом длину последней выбирают равной 10-15 диаметрам корпуса излучателя. Количество рециркулируемых уходящих продуктов сгорания устанавливают равным 30-50% от объема суммарной газовоздушной смеси с помощью специального дроссельного регулирующего устройства. В уходящей ветви излучателя монтируют интенсификатор теплообмена от потока уходящих продуктов сгорания к корпусу излучателя.

Признаки, отличающие предлагаемый способ от решений в прототипе, являются существенными, а предполагаемые режимные и конструктивные решения отвечают критерию "новизна".

На чертеже представлено конструктивное решение U-образного излучателя согласно предлагаемому способу его обогрева.

Горелка 1 обеспечивает двухстадийное сжигание топлива в горелочной ветви 2 U-образного излучателя. Промежуточная перегородка 3 ограничивает факел от рециркулируемых уходящих продуктов сгорания по всей своей длине. В уходящей ветви 4 U-образного излучателя смонтированы интенсификаторы теплообмена 5, обеспечивающие максимальное снижение температуры уходящих продуктов сгорания, а следовательно, максимальный кпд излучателя.

Способ обогрева инфракрасного U-образного излучателя (согласно принципиальной схеме на чертеже) реализуется следующим образом.

Учитывая невысокую температуру поверхности корпуса излучателя (400-500^oС), равномерный нагрев его горелочной ветви 2 требует оптимального соотношения между первичным и вторичным воздухом в горелочном устройстве 1. В специальном эксперименте, проведенном в стендовых условиях на инфракрасном излучателе ИТ-50, была выявлена оптимальная величина первичного смешения воздуха с газом (α₁) в горелке 1.

Согласно экспериментальным данным (таблица 1) при величине первичного смешения (α₁) 0,1 и 0,3 наблюдался температурный перегрев корпуса на расстоянии соответственно 6,0 и 4,0 м от среза горелки. Температурный максимум обуславливает повышенный выход NO_x, а малая величина первичного смешения вызывается в условиях общего невысокого нагрева корпуса излучателя недожог топлива.

При величине α₁ = 0,5; 0,6 и 0,7 наблюдается равномерный нагрев корпуса (факел постепенно стабилизируется в пригорелочной зоне излучателя). Отсюда, достаточно равномерный нагрев горелочной ветви, невысокая эмиссия оксидов азота (105-120 мг/м³) и практически полный выжиг топлива.

При α₁ = 0,8 (и более) фиксировалась перестабилизация факела непосредственно у среза горелки, чем и вызван перегрев горелочной ветви в этой зоне и высокая эмиссия NO_x (250 мг/м³).

Таким образом, оптимальной величиной первичного смешения газа с воздухом выявлена α₁ = 0,5-0,7.

Следующим этапом в эксперименте предполагалось определение требуемого коэффициента рециркуляции уходящих продуктов сгорания.

В отличие от прототипа, в котором рециркулянт попадает непосредственно в горящий факел, факел в предполагаемом способе отделен от рециркулируемого объема уходящих продуктов сгорания ограждающей промежуточной перегородкой 3. Благодаря этому обеспечивается надежное полное горение в факеле пригорелочной зоны. Необходимо было определить оптимальную величину объема рециркулянта. В таблице 2 приведены экспериментальные данные.

В эксперименте количество рециркулируемых уходящих продуктов сгорания изменялось от 10 до 60% от объема суммарной газовоздушной смеси. При значении этой величины 10 и 20% фиксировался перегрев поверхности ограждающей перегородки (величина α₁ поддерживалась равной 0,6).

Оптимальной величиной согласно данным таблицы 2 признана величина 30-50%. В этом случае перегородка практически не перегревалась и недожог практически не фиксировался. При величине рециркулянта 60% и выше температура поверхности перегородки практически не превышала температуру корпуса в этой зоне, но появлялся заметный недожог (СО).

Экспериментально было также установлено, что длина промежуточной перегородки 3 должна быть равной 10-15 диаметров корпуса излучателя. При более короткой длине появляются следы недожога, а при длине более 15 диаметров корпуса появляется температурный минимум на корпусе.

Максимальная величина кпд излучателя (92-94%) достигается с помощью интенсификаторов теплообмена 5, устанавливаемых в уходящей ветви 4. Низкая температура уходящих продуктов сгорания (110-120^oС) содействовала также надежной работе дымососа излучателя.

Планируется серийный выпуск инфракрасных U-образных излучателей, выполненных согласно заявленному изобретению. Эффективность автономного лучистого отопления производственных помещений состоит в экономии топлива на 30-50% по сравнению с традиционными конвективными способами отопления и в 2-3 раза по сравнению с централизованными источниками тепла.

Источники информации
1. Пат. Франции 2097321, кл. F 23 D 15/00, 1970.

2. А.с. СССР 1657870, кл. F 23 D 14/00, 1991.

3. Пат. РФ 2109212, кл. F 23 D 14/02, 1998.

Изобретение относится к технике лучистого (инфракрасного) обогрева помещений в системе автономного (децентрализованного) их отопления и позволяет обеспечить равномерный нагрев горелочной ветви при минимальной эмиссии оксидов азота. Способ обогрева U-образного излучателя путем растянутого факела в горелочной ветви, в том числе с помощью частичной рециркуляции уходящих продуктов сгорания, отличается тем, что коэффициент расхода первичного воздуха в газовоздушной смеси устанавливают равным 0,5-0,7, а рециркуляцию уходящих продуктов сгорания выполняют в кольцевой зазор между корпусом излучателя и промежуточной перегородкой, при этом длину последней выбирают равной 10-15 диаметрам корпуса излучателя. Объем рециркулируемых уходящих продуктов сгорания устанавливают равным 30-50% от объема суммарной газовоздушной смеси с помощью дроссельного устройства. Кроме того, в уходящей ветви излучателя устанавливают интенсификаторы теплообмена от потока уходящих продуктов сгорания к корпусу излучателя. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Способ обогрева инфракрасного U-образного излучателя, заключающийся в равномерном нагреве горелочной ветви, в том числе с помощью частичной рециркуляции уходящих продуктов сгорания в горящий факел, и максимальном использовании температурного потенциала продуктов сгорания в уходящей ветви, отличающийся тем, что коэффициент расхода первичного воздуха в газовоздушной смеси устанавливают равным 0,5-0,7, рециркуляцию уходящих продуктов сгорания выполняют в кольцевой зазор между корпусом излучателя и промежуточной перегородкой, при этом длину промежуточной перегородки выбирают равной 10-15 диаметрам корпуса излучателя.2. Способ обогрева инфракрасного U-образного излучателя по п.1, отличающийся тем, что объем рециркулируемых уходящих продуктов сгорания устанавливают равным 30-50% от объема суммарной газо-воздушной смеси с помощью специального дроссельного регулирующего устройства.3. Способ обогрева инфракрасного U-образного излучателя по п.1, отличающийся тем, что в уходящей ветви монтируют интенсификаторы теплообмена от потока уходящих продуктов сгорания к корпусу излучателя.