Радиационная горелка

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может применяться для бытовых и промышленных нужд в различных теплоэнергетических установках (газовых плитах, обогревателях, сушилках и т.п.).

Радиационная горелка имеет корпус, перфорированную излучающую насадку, выполненную в виде полости и установленную в корпусе, и систему для подвода топливно-воздушной смеси. Отличием горелки является то, что полость излучающей насадки имеет в поперечном сечении форму многоугольника или круга, или эллипса, а профиль внутренней поверхности стенок насадки в продольном сечении имеет сглаженную бесступенчатую форму, причем высота полости насадки превышает максимальный размер ее поперечного сечения. Горелка снабжена приспособлением для выравнивания температур стенок насадки по ее высоте.

Технический результат состоит в упрощении конструкции горелки, уменьшении неравномерности распределения температур стенок насадки по ее высоте, увеличении удельной мощности излучения и снижении эмиссии СО и NO_X.

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно к радиационным горелкам, и может применяться для бытовых и промышленных нужд в различных теплоэнергетических установках, в частности, в бытовых и коммунально-бытовых газовых плитах, обогревателях, сушилках, печах и др.

Известна промышленная горелка с низким выбросом СО и NO_X в атмосферу, которая состоит из узла смешения топлива и окислителя (воздуха), перфорированной керамической плиты (насадки), на поверхности которой происходит сжигание газа, и легкого сетчатого экрана, который, нагреваясь от насадки, увеличивает температуру излучающей поверхности насадки и способствует окислению СО в СО₂, уменьшая выбросы СО в атмосферу.

Недостатком такой горелки является недостаточное снижение выбросов СО в атмосферу, слабая механическая прочность легкого сетчатого экрана и его покрытия в виде специальной керамической пены, а также сложность изготовления горелки.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является радиационная горелка, содержащая корпус, систему подвода топливовоздушной смеси и перфорированную излучающую насадку, выполненную в виде полости, установленную в корпусе и имеющую окно для вывода излучения (см. патент РФ №2272219, F23D 14/12, 2006 г.).

Керамическая перфорированная излучающая насадка радиационной горелки, принятой за прототип, может быть выполнена в виде одной двухступенчатой полости или множества двухступенчатых полостей - сот или в виде системы двухступенчатых концентрических кольцевых полостей с поперечным размером и глубиной не менее 10 мм.

Недостатком известной радиационной горелки является относительная сложность конструкции, обусловленная двухступенчатой конфигурацией излучающей насадки.

Кроме того, при увеличении глубины полости керамической насадки (что необходимо для повышения удельной мощности) возрастает неравномерность распределения температуры стенок насадки по высоте с перегревом стенок у дна полости. Это может привести к воспламенению топливовоздушной смеси при контакте ее с внешней поверхностью донной части керамической насадки.

Задача полезной модели состояла в упрощении конструкции горелки и уменьшении неравномерности распределения температур стенок насадки по высоте при увеличении глубины полости.

Указанная задача решается тем, что предложена радиационная горелка, содержащая корпус, перфорированную излучающую насадку, выполненную в виде полости, установленную в корпусе и имеющую окно для вывода излучения, систему подвода топливовоздушной смеси, в которой согласно полезной модели полость излучающей насадки имеет в поперечном сечении форму многоугольника или круга или эллипса, а профиль внутренней поверхности стенок насадки в продольном сечении имеет сглаженную бесступенчатую форму, причем высота полости насадки превышает максимальный размер поперечного сечения насадки.

В одном из вариантов выполнения горелки полость излучающей насадки имеет форму параллелепипеда.

В другом из возможных вариантов выполнения горелки полость излучающей насадки имеет форму пирамиды с плоской вершиной, обращенной в сторону, противоположную окну для вывода излучения.

Другим отличием горелки является то, что корпус горелки имеет два патрубка для подвода топливовоздушной смеси, расположенных на различных уровнях по высоте корпуса, а система подвода топливовоздушной смеси имеет два источника топливовоздушной смеси, один из которых формирует поток обедненной по топливу смеси (=1,1÷1,3) и соединен с патрубком, расположенным рядом с дном излучающей насадки, а второй источник формирует поток обогащенной по топливу смеси (=1,0÷1,1) и соединен с патрубком для подвода смеси, расположенным рядом с окном для вывода излучения. При этом внутренний объем корпуса в зазоре между стенками излучающей насадки и корпусом может быть разделен перегородкой на две полости, одна из которых сообщается с источником обедненной по топливу смеси, а другая соединена с источником обогащенной по топливу смеси. Это обеспечивает выравнивание температур стенок излучающей насадки по ее высоте.

Другим вариантом выполнения горелки, в котором обеспечивается выравнивание температур стенок насадки по высоте, является горелка, снабженная сеткой из жаропрочного материала, которая установлена с зазором по отношению к внутренней поверхности излучающей насадки у ее края, образующего окно для вывода излучения. При этом высота сетки не превышает максимальный размер поперечного сечения насадки.

Технический результат полезной модели состоит в упрощении конструкции горелки, уменьшении неравномерности распределения температур стенок насадки по высоте при увеличении ее глубины, повышении удельной мощности излучения и снижении эмиссии СО и NO_X.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен в продольном разрезе вариант выполнения горелки с двумя патрубками для подвода топливовоздушной смеси.

На фиг.2 изображен в продольном разрезе вариант выполнения горелки с сеткой для выравнивания температур.

Радиационная горелка содержит корпус 1, перфорированную излучающую насадку 2, выполненную в виде полости, имеющей любую углубленную форму, например, пирамиды с плоской вершиной (фиг.1) или параллелепипеда (фиг.2). Стенки 3 и дно 4 излучающей насадки 2 могут быть образованы плоскими перфорированными пластинами из жаропрочного газопроницаемого материала, например, пористой керамики. Горелка имеет систему 5 подвода топливовоздушной смеси. В качестве топлива для формирования топливовоздушной смеси в системе 5 используется либо горючий газ, например, пропан, либо пары горючих веществ, например, бензина. Высота полости излучающей насадки превышает максимальный размер ее поперечного сечения.

В варианте выполнения горелки, изображенном на фиг.1, корпус 1 горелки имеет два патрубка 6 и 7 для подвода топливовоздушной смеси, расположенных на различных уровнях по высоте корпуса 1. При этом система 5 подвода топливовоздушной смеси содержит два источника 8 и 9 топливовоздушной смеси Источник 8 формирует поток обедненной по топливу смеси (=1,1÷1,3) и соединен с патрубком 6 для подвода смеси, расположенным рядом с дном 4 излучающей насадки. Второй источник 9 формирует поток обогащенной по топливу смеси (=1,0÷1,1) и соединен с патрубком 7 для подвода смеси, расположенным рядом с окном 10 для вывода излучения из излучающей насадки 2. Источники 8 и 9 топливовоздушной смеси включают известные для них элементы, такие как инжектор для подсоса воздуха из окружающей среды и приспособление для выравнивания концентрации компонентов смеси в объеме источника (на фиг. не показаны).

В этом варианте выполнения горелки внутренний объем корпуса 1 в зазоре между стенками излучающей насадки 2 и корпусом 1 может быть разделен перегородкой 11 на две полости 12 и 13, одна из которых (12) сообщается с источником 8 обедненной по топливу смеси, а вторая (13) соединена с источником 9 обогащенной по топливу смеси.

Описанный выше вариант выполнения горелки (фиг.1) работает следующим образом.

Подготовленные потоки топливовоздушной смеси с заданными концентрациями топлива от источников 8 и 9 топливовоздушной смеси поступают по патрубкам 6 и 7 во внутренние полости 12 и 13 корпуса и проходят через отверстия (поры) в дне 4 и стенках 3 насадки 2 к внутренней поверхности насадки 2, где осуществляется их поджиг с помощью известных средств (на фиг. не показаны). Горение смеси осуществляется внутри полости насадки 2 в ее поверхностном слое. Внутренняя поверхность насадки 2 раскаляется до высокой температуры и служит источником мощного инфракрасного излучения, которое выводится из полости насадки 2 через окно 10. При этом, поскольку через дно 4 и придонную часть стенок 3 насадки 2 проходит преимущественно обедненная по топливу топливовоздушная смесь, это приводит к тому, что температура внутренней поверхности придонной части насадки не

повышается выше 1000-1100°С, несмотря на то, что часть ИК-излучения в придонной части насадки запирается, поглощаясь излучающими стенками 3 и повышая температуру внутренних стенок насадки 2 в придонной части. Температура внутренней поверхности стенок 3 рядом с окном 10 напротив имеет тенденцию к снижению по сравнению с температурой стенок в придонной части за счет вывода ИК-излучения через окно 10. Однако это снижение температуры стенок 3 рядом с окном 10 компенсируется горением на внутренней поверхности этих стенок, обогащенной по топливу смеси, поступающей из источника 9 топливовоздушной смеси через патрубок 7. Такой режим работы способствует выравниванию температур внутренней поверхности стенок 3 по высоте при увеличении глубины полости излучающей насадки 2. Увеличение глубины полости излучающей насадки приводит к увеличению удельной мощности ИК-излучения, выводимого через окно 10.

Изображенный на фиг.2 вариант выполнения горелки отличается от описанного выше тем, что горелка снабжена сеткой 14 из жаропрочного материала, например, нихрома, установленной с зазором по отношению к внутренней поверхности излучающей насадки 2 у ее края, образующего окно 10 для вывода излучения. При этом высота сетки 14 не превышает максимальный размер поперечного сечения. Для подвода топливовоздушной смеси в корпус 1 горелки используется один патрубок 6, соединенный с одним источником 5 топливовоздушной смеси.

Особенностью работы этого варианта выполнения горелки является то, что при наличии в приповерхностном слое насадки 2 сетки 14, расположенной у ее края, образующего окно для вывода ИК-излучения, приводит к тому, что часть излучения от соответствующих участков внутренней поверхности стенок 3 излучающей насадки 2 отражается на эти стенки, повышая температуру поверхности этих участков стенки. Это способствует выравниванию температур внутренней поверхности излучающей насадки 2 при увеличении ее глубины.

Испытания макета данной горелки показали, что при глубине полости излучающей насадки 15 см относительная мощность ИК-излучения, выводимого через окно 10, составляла 1000 кВт/м², что существенно превышает соответствующие показатели существующих типов радиационных горелок. При этом концентрация СО и NO_X в отходящих газах составляла 2-5 ppm.

1. Радиационная горелка, содержащая корпус, перфорированную излучающую насадку, выполненную в виде полости, установленную в корпусе и имеющую окно для вывода излучения, систему подвода топливовоздушной смеси, отличающаяся тем, что полость излучающей насадки имеет в поперечном сечении форму многоугольника или круга или эллипса, а профиль внутренней поверхности стенок насадки в продольном сечении имеет сглаженную бесступенчатую форму, причем высота полости насадки превышает максимальный размер ее поперечного сечения.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что полость излучающей насадки имеет форму параллелепипеда.

3. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что полость излучающей насадки имеет форму пирамиды с плоской вершиной, обращенной в сторону, противоположную окну для вывода излучения.

4. Горелка по пп.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что корпус горелки имеет два патрубка для подвода топливовоздушной смеси, расположенных на разных уровнях по высоте корпуса, а система подвода топливовоздушной смеси содержит два источника топливовоздушной смеси, один из которых формирует поток обедненной по топливу смеси (=1,1÷1,3) и соединен с патрубком для подвода смеси, расположенным рядом с дном излучающей насадки, а второй источник формирует поток обогащенной по топливу смеси (=1,0÷1,1) и соединен с патрубком для подвода смеси, расположенным рядом с окном для вывода излучения.

5. Горелка по п.4, отличающаяся тем, что внутренний объем корпуса в зазоре между стенками излучающей насадки и корпусом разделен сплошной или перфорированной перегородкой на две полости, одна из которых сообщается с источником обогащенной по топливу смеси, а другая - с источником обедненной по топливу смеси.

6. Горелка по пп.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что она снабжена сеткой из жаропрочного материала, установленной с зазором по отношению к внутренней поверхности излучающей насадки у ее края, образующего окно для вывода излучения.

7. Горелка по п.6, отличающаяся тем, что высота сетки не превышает максимального размера поперечного сечения насадки.