Горелочное устройство инфракрасного излучения

Авторы патента:

F23D14/12 - радиационные (излучающие) горелки

Полезная модель относится к горелкам для сжигания жидкого и газообразного топлива и может быть использована в различных областях химической, нефтеперерабатывающей, металлургической промышленности, переработке материалов, строительстве и коммунальном хозяйстве. Горелочное устройство инфракрасного излучения содержит теплоизолированный снаружи корпус, внутри которого закреплен каркас рабочей зоны горения, заполненный засыпкой в виде пористого неметаллического материала с жаростойкостью до температуры 1500°C, с взаимосвязанными пустотами для сжигания газо-воздушной смеси. Каркас обтянут сетчатым насадком-излучателем. Запальный элемент установлен внутри каркаса рабочей зоны горения, в центре которого установлен топливный инжектор с перфорациями для распыления топлива. Вокруг топливного инжектора по окружности с одинаковым шагом расположены патрубки подвода воздуха. Каждый патрубок выполнен с перфорациями прямоугольного сечения, обращенными к топливному инжектору. Патрубки соединены с компрессорным устройством с возможностью регулирования расхода воздуха. Топливный инжектор связан с топливоподающей линией с возможностью регулирования расхода или жидкого или газообразного топлива. Технический результат: безопасное и эффективное сжигание низкокалорийных и высококалорийных жидких и газообразных топлив. 2 ил.

Известно горелочное устройство инфракрасного излучения [RU 2310129 C1, МПК 6 F23D 14/12, опубл. 10.11.2007] представляющее собой универсальный пористый насадок на основе оксидов металлов, который выполнен в виде трубы длиной до 2000 мм и диаметром до 500 мм с открытой пористостью, имеющей каналы пор периодически переменного сечения. Открытая пористость насадка равна 60-70%. Периодически переменное сечение каналов пор имеет длину периода 200-5000 мкм.

Процесс сжигания газо-воздушной смеси происходит в порах насадка и на его поверхности. Процесс подготовки газо-воздушной смеси происходит внутри пористого насадка, образуя смесительную камеру, затем газо-воздушная смесь поступает через поры насадка. Такой принцип подготовки газо-воздушной смеси в определенных условиях может вызвать проскок пламени при сжигании взрывоопасных топлив.

Данное горелочное устройство инфракрасного излучения способно сжигать только газообразное топливо, что делает ее менее универсальной.

Известно горелочное устройство инфракрасного излучения [RU 2100695 C1, МПК 6 F23C 3/00, опубл. 27.12.1997], выполненное в виде усеченного конуса, заполненного пористой средой на высоту, определяемую согласно выражению:

h>h*=(G/·v*))^1/2·ctg(/2)-R_о·ctg(/2)

где h - высота пористой засыпки;

h* - высота стабилизации волны горения в засыпке;

G - расход сжигаемой смеси;

v* - скорость фильтрации сжигаемой смеси, при которой стабилизируется волна горения в засыпке;

- угол раствора конуса;

R_о- радиус меньшего основания конуса.

Величину v*, входящую в это выражение, определяют экспериментально. Для этого цилиндрическую кварцевую трубку заполняют пористой средой, подлежащую сжиганию газовую смесь продувают через пористую среду и зажигают. Постепенно меняя скорость продувки, определяют v*, при которой волна горения стабилизируется. Затем измеряют диапазон значений v* для предполагаемого диапазона составов газовых смесей и задаются значениями и R_o. Величина расхода G сжигаемой смеси, как правило, известна. Рассчитав по формуле значение h*, при которой волна горения стабилизируется, устанавливают высоту пористой засыпки h.

Для получения расходящегося потока пористую засыпку формируют в виде усеченного конуса и подлежащую сжиганию смесь подают в эту засыпку со стороны меньшего основания конуса. При таких условиях инициируемая в пористой засыпке волна горения автостабилизируется и не выходит за ее пределы.

Сжигание низкокаллорийных газов и отсутствие принудительной подготовки газо-воздушной смеси, может явиться причиной химической неполноты сгорания топлива с образованием таких токсичных газов как CO, NO_x, низким к.п.д., малой единичной мощностью, и образованию открытого факела на поверхности большего основания усеченного конуса пористой засыпки горелочного устройства инфракрасного излучения.

Известно горелочное устройство инфракрасного излучения [RU 2125204 C1, МПК 6 F23D 14/16, F24H 1/40, опубл. 20.01.1999], выбранное в качестве прототипа, содержащее корпус, которой содержит топочную камеру с впускным отверстием для подачи газо-воздушной смеси, служащей топливом, и с выпускным отверстием для отработавших газов. В корпусе размещен пористый материал с взаимосвязанными пустотами, пористость которого изменяется по направлению вдоль топочного пространства таким образом, что величина пор в направлении течения газо-воздушной смеси увеличивается по направлению от впускного отверстия к выпускному отверстию. В корпусе предусмотрены две зоны, расположенные друг за другом в направлении течения газо-воздушной смеси и имеющие различную величину пор. Пористым материалом является жаростойкий губчатый искусственный материал, керамика или металл, соответствующий металлический сплав. Пористый материал имеет жаростойкость до температуры 1500°C. Насыпной материал вблизи впускного отверстия состоит из зерен шарообразной формы со средним диаметром, равным 5 мм, в последующей зоне со средним диаметром 11 мм. Внутренние поверхности пористого материала или же поверхности зерен насыпного материала покрыты материалом-катализатором. Корпус имеет охлаждающее устройство, выполненное в виде змеевика, окружающего корпус, по которому протекает вода. Предусмотрено устройство контроля, которое блокирует подачу топлива в топочную камеру при прекращении подачи охлаждающего агента. Внутренняя стенка корпуса в зоне пламени экранирована от теплового излучения с помощью вкладыша из соответствующего материала.

Процесс подготовки газо-воздушной смеси происходит в отдельной смесительной камере, затем подается в топочную камеру, заполненную пористым материалом, что в определенных случаях может вызвать проскок пламени при сжигании взрывоопасных топлив.

За счет того, что у горелочного устройства предусмотрены две зоны горения и размеры пор пористого материала по ходу движения газо-воздушной смеси увеличивается, это может влиять на образование у выпускного отверстия открытого факела и также может привести к химической неполноте сгорания топлива т.е. к образованию значительного количества CO, а следовательно и к снижению к.п.д. горелочного устройства инфракрасного излучения.

Задачей полезной модели является создание универсального горелочного устройства инфракрасного излучения, позволяющего безопасно и эффективно сжигать как низкокалорийные, так и высококалорийные жидкие и газообразные топлива.

Поставленная задача решена за счет того, что горелочное устройство инфракрасного излучения так же, как в прототипе, содержит теплоизолированный корпус с зоной горения, в которой размещен пористый материал с жаростойкостью до температуры 1500°C, с взаимосвязанными пустотами для сжигания газо-воздушной смеси. Корпус снабжен запальным элементом и выпускным отверстием для уходящих газов

Согласно полезной модели корпус теплоизолирован снаружи. Внутри корпуса закреплен каркас рабочей зоны горения, заполненный засыпкой в виде пористого неметаллического материала. Каркас обтянут сетчатым насадком-излучателем. Запальный элемент установлен внутри каркаса рабочей зоны горения, в центре которого установлен топливный инжектор с перфорациями для распыления топлива. Вокруг топливного инжектора по окружности с одинаковым шагом расположены патрубки подвода воздуха. Каждый патрубок выполнен с перфорациями прямоугольного сечения, обращенными к топливному инжектору. Патрубки соединены с компрессорным устройством с возможностью регулирования расхода воздуха. Топливный инжектор связан с топливоподающей линией с возможностью регулирования расхода или жидкого или газообразного топлива.

В предложенной конструкции подготовка топливовоздушной смеси и дальнейшее ее сжигание происходит непосредственно в рабочей зоне горения - внутри пористого материала, что исключает возможность развития критического объема для взрыва и способствует предотвращению проскока пламени, тем самым обеспечивая эффективность и безопасность при сжигании как низкокалорийных, так и высококалорийных жидких и газообразных топлив. Взаимное расположение топливного инжектора и патрубков подачи воздуха обеспечивает качественную подготовку топливовоздушной смеси и полноту процесса горения, так к.п.д. горелочного устройства может достигать 95-97%. Отсутствие химического недожега топлива доказывает проведенный химический анализ дымовых газов: при сжигании керосина содержание CO (угарного газа) составило порядка 0,0003% от общего объема дымовых газов. За счет расположения по всему периметру каркаса сетчатого насадка-излучателя доля лучистого тепла может варьироваться в пределах 90-95% от всего количества тепла, произведенного горелочным устройством инфракрасного излучения. Использование или жидкого, или газообразного топлива делает полезную модель универсальной в эксплуатации.

На фиг.1 представлен главный вид конструктивной схемы горелочного устройства инфракрасного излучения.

На фиг.2 - вид сверху заявляемого устройства.

Горелочное устройство инфракрасного излучения состоит из теплоизолированного с внешней стороны корпуса 1, внутри которого закреплен каркас 2 рабочей зоны горения, обтянутый сетчатым насадком-излучателем 3 и заполненный засыпкой 4 в виде пористого неметаллического материала с жаростойкостью до 1500°C (например, из криптола, муллита, газобетона и др.) В центре каркаса 2 рабочей зоны горения установлен топливный инжектор 5, который представляет собой трубку из нержавеющей стали с перфорациями для распыления топлива. Вокруг топливного инжектора 5 по окружности с шагом 120° расположены три патрубка 6 подвода воздуха. Количество патрубков 6 может быть разным и зависит от необходимого расхода воздуха для обеспечения процесса полного горения. Каждый патрубок 6 подвода воздуха представляет собой трубку из нержавеющей стали с перфорациями прямоугольного сечения, обращенными к топливному инжектору 5. Патрубки 6 через игольчатый вентиль соединены с компрессорным устройством. Топливный инжектор 5 через регулировочный вентиль подключен к топливоподающей линии. Запальный элемент 7, установлен внутри каркаса 2 рабочей зоны горения. Вверху корпуса 1 выполнено выходное окно 8 для отвода дымовых газов.

Пуск горелочного устройства инфракрасного излучения в работу осуществляют с помощью топливного инжектора 5, по которому поступает топливо (жидкое или газообразное). Через перфорации инжектора 5 топливо проникает вовнутрь засыпки 4 пористого неметаллического материала. Одновременно, через патрубки 6 осуществляют подвод воздуха по направлению к топливному инжектору 5 так, что угол раскрытия воздушного потока составляет 180°. Воздух попадает вовнутрь засыпки 4 пористого неметаллического материала. С помощью запального элемента 7 осуществляют розжиг горелочного устройства инфракрасного излучения. Процесс горения протекает в режиме беспламенного, т.к. происходит внутри засыпки 4 пористого неметаллического материала. Сетчатый насадок-излучатель 3, удерживаемый каркасом 2, выполняет функцию вторичного излучателя лучистого тепла, приспособления для дожигания горючих газов, барьера от возможного уноса частиц засыпки 4 пористого неметаллического материала за счет относительно высоких скоростей воздушных, топливовоздушных потоков. Транспорт дымовых газов осуществляется через выходное окно 8.

Горелочное устройство инфракрасного излучения, содержащее теплоизолированный корпус с зоной горения, в которой размещен пористый материал с жаростойкостью до температуры 1500°C, с взаимосвязанными пустотами для сжигания газовоздушной смеси, корпус снабжен запальным элементом и выпускным отверстием для уходящих газов, отличающееся тем, что корпус теплоизолирован снаружи, внутри корпуса закреплен каркас рабочей зоны горения, заполненный засыпкой в виде пористого неметаллического материала, каркас обтянут сетчатым насадком-излучателем, запальный элемент установлен внутри каркаса рабочей зоны горения, в центре которого установлен топливный инжектор с перфорациями для распыления топлива, вокруг топливного инжектора по окружности с одинаковым шагом расположены патрубки подвода воздуха, каждый патрубок выполнен с перфорациями прямоугольного сечения, обращенными к топливному инжектору, патрубки соединены с компрессорным устройством с возможностью регулирования расхода воздуха, топливный инжектор связан с топливоподающей линией с возможностью регулирования расхода или жидкого или газообразного топлива.