Радиационная газовая горелка

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Научно-производственное предприятие Технологии химической физики(72) Авторы Жданок Сергей Александрович Лапцевич Павел Степанович Крауклис Андрей Владимирович Сахнович Дмитрий Валерьевич(73) Патентообладатель Научно-производственное предприятие Технологии химической физики(57) 1. Радиационная газовая горелка, содержащая корпус, соединенный с системой смешивания и подачи газовоздушной смеси, рассекатель потока, установленный в корпусе металлосетчатый излучатель, содержащий нижнюю и верхнюю по ходу движения газовоздушной смеси сетки с различным размером ячеек, отличающаяся тем, что сетки излучателя установлены в корпусе таким образом, что образуют внутреннюю полость в виде линзы с радиусом кривизны не менее диаметра горелки и толщиной не менее 8-10 характерных размеров ячеек нижней сетки, причем нижняя сетка имеет характерный размер ячеек не более 0,8 мм, а верхняя сетка - не менее 1,5 мм, при этом нижняя сетка обращена выпуклостью навстречу потоку газовоздушной смеси. 2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что верхняя и нижняя сетки излучателя образуют двояковыпуклую линзу. 3. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что верхняя и нижняя сетки излучателя образуют выпукло-вогнутую линзу. 4. Горелка по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что корпус горелки состоит из двух или более частей с раздельной подачей газовоздушной смеси в каждую из них. 5. Горелка по п. 4, отличающаяся тем, что подача газа в отдельные части корпуса осуществляется из общего устройства для подачи газа.(56)4437833 , 1984.2094703 1, 1997.2066023 1, 1996.2047050 1, 1995.2151956 1, 2000.2151957 1, 2000.1799506 А 3, 1990.0509538 2, 1992.09101008 , 1997. Изобретение относится к области техники для сжигания газообразного топлива, а именно к радиационным газовым нагревателям, в частности к радиационным газовым горелкам, применяемым в технике и в быту. Газовые горелки инфракрасного излучения позволяют теплообмен конвекцией заменить более экономичным лучистым или конвективно-лучистым. За счет эффективного радиационного охлаждения температура в зоне горения снижается, что приводит к значительному уменьшению содержания окислов азота в продуктах сгорания. Усовершенствования в данной области техники, в основном, направлены на дальнейшее уменьшение содержания окислов азота в продуктах сгорания. В качестве излучающих элементов в радиационных газовых нагревателях используются либо керамические матрицы, либо наборы металлических сеток. Известна радиационная газовая горелка с излучающим элементом в виде двухслойной керамической матрицы. Первый слой по ходу движения газовоздушной смеси, толщина которого 0,25 см, имеет пористую структуру с диаметром пор 0,01-2,5 мм. Толщина второго слоя - 1,25 см, диаметр пор 1,25-10 мм 1. К недостаткам такой горелки относятся большое гидравлическое сопротивление и хрупкость керамической матрицы. Известна промышленная горелка инфракрасного излучения с низким содержанием СО ив продуктах сгорания. Горелка состоит из корпуса, рефлектора инфракрасного излучения, инжектора с соплом и смесителем, отражателя с полкой, излучающей керамической насадки и сетки. Размещение отражателя на определенном расстоянии от выхода инжектора позволяет организовать равномерное горение по всей поверхности горелки и снизить содержание окиси углерода и окислов азота в продуктах сгорания 2. Недостатком горелки является наличие керамической насадки, которая плохо выдерживает термические и механические удары и малопригодна для использования в горелках для бытовых газовых плит. Кроме того, горелки с керамической насадкой имеют малый диапазон регулирования по мощности. Известна также промышленная излучающая горелка для работы в тепловых агрегатах с использованием природного и сжиженного газа среднего давления. Горелка состоит из корпуса, соплового узла, инжектора, рассекателя, излучающего насадка и сетки-экрана. Излучающий насадок представляет собой блок из 32 перфорированных керамических плиток с диаметром огневых каналов 0,85 мм 3. Недостатком горелки, как и у всех горелок с керамическим излучающим элементом,является недостаточная стойкость к механическим и тепловым ударам. Использование вместо керамических излучателей металлических сеток нашло применение в излучающей горелке для водогрейных котлов. Горелка состоит из плоского держателя с подводящим газовым трактом. На держателе закреплен излучающий элемент,который представляет собой металлическую сетку полусферической формы и по крайней мере одну перфорированную газораспределительную поверхность также в форме полу 2 5903 1 сферы. Горение газовоздушной смеси происходит над поверхностью сетки. Для того, чтобы сгорание газа над поверхностью металлической сетки происходило достаточно полно,необходимо наличие объекта, возвращающего часть излучения сетки обратно. Таким элементом в рассматриваемой горелке служит окружающая ее поверхность топки котла, что ограничивает ее применение в других устройствах 4. Наиболее близким аналогом данного изобретения является радиационная газовая горелка, включающая в себя корпус, который соединяется с системой смешивания и подачи газовоздушной смеси. В корпусе закреплен излучатель, состоящий из огнеупорной сетки и отражательного экрана из металлической проволоки. Горение происходит между огнеупорной сеткой и отражательным экраном. Для равномерного распределения потока газовоздушной смеси в корпусе размещены пластины рассекателя 5. Задачей изобретения является улучшение качества сжигания газовой смеси, т.е. уменьшение содержания окислов азота и окиси углерода в продуктах сгорания и увеличение к.п.д. горелки. Поставленная задача достигается тем, что в радиационной газовой горелке, содержащей корпус, соединенный с системой смешивания и подачи газовоздушной смеси, рассекатель потока и установленный в корпусе металлосетчатый излучатель, состоящий из нижней и верхней по ходу движения газовоздушной смеси сеток с различным размером ячеек, сетки излучателя установлены в корпусе таким образом, что образуют внутреннюю полость в виде линзы с радиусом кривизны не менее диаметра горелки толщиной не менее 8-10 характерных размеров ячеек нижней сетки, причем нижняя сетка имеет характерный размер ячеек не более 0,8 мм, а верхняя сетка - не менее 1,5 мм, при этом нижняя сетка обращена выпуклостью навстречу потоку газовоздушной смеси. В одном варианте верхняя и нижняя сетки излучателя образуют двояковыпуклую линзу. В другом варианте верхняя и нижняя сетки излучателя образуют выпукло-вогнутую линзу. В одном из вариантов корпус горелки состоит из двух или более частей с раздельной подачей газовоздушной смеси в каждую из них. В предпочтительном варианте подача газа в отдельные части корпуса осуществляется из общего устройства для подачи газа. При расположении сеток таким образом, что область горения представляет собой двояковыпуклую линзу, часть инфракрасного излучения от нижней и верхней сеток фокусируется на межсеточной области горения интенсифицируя процесс горения. При этом качество сжигания газа увеличивается и содержание окиси углерода в продуктах горения уменьшается. Если сетки расположены таким образом, что область горения образует выпукло-вогнутую линзу, причем обе сетки расположены выпуклой стороной навстречу потоку газовоздушной смеси, то происходит деформация эпюры облучения в сторону возрастания направленности. При этом увеличивается эффективность лучистого теплообмена горелки с объектом нагрева и повышается к.п.д. горелки. Краткое описание чертежей. На фиг. 1 представлено поперечное сечение газовой горелки, когда сетки образуют выпукло-вогнутую линзу. На фиг. 2 представлено поперечное сечение газовой горелки, когда сетки образуют двояковыпуклую линзу. На фиг. 3 представлено поперечное сечение газовой горелки, корпус которой состоит из двух частей, а сетки излучателя образуют двояковыпуклую линзу. Горелка (фиг. 1, 2, 3) по изобретению состоит из корпуса 1, состоящего или из одной(фиг. 1, 2), или из нескольких (на фиг. 3 показаны две) частей. В последнем варианте корпус 1 имеет центральную 2 и периферийную 3 части (фиг. 3). Соответственно количеству частей корпуса 1 горелка имеет одну (фиг. 1, 2) или две (фиг. 3) системы 4 смешивания и подачи газовоздушной смеси, состоящей из газового сопла 5 и смесителя 6. Одно или несколько сопел 5 соединены соответственно с одноканальным или многоканальным (фиг. 3) газовым краном 3 5903 1 7, открывающим подачу газа в одну одновременно или поочередно в несколько частей корпуса 1 горелки. Кроме того, горелка включает в себя рассекатель потока 8 и металлосетчатый излучатель 9, состоящий из нижней сетки 10 и верхней сетки 11. Горелка работает следующим образом. Все элементы горелки крепятся на корпусе 1. Газ, выходя с большой скоростью из сопла 5, инжектирует необходимое для горения количество воздуха и через смеситель 6 вместе с воздухом направляется в подсеточное пространство. Для обеспечения равномерного распределения газовоздушной смеси по всей площади горелки установлен рассекатель потока 8. Горение газовой смеси происходит в металлосетчатом излучателе 9 между сетками 10 и 11. Значительная часть тепла при сгорании передается нижней сетке 10, которая, нагреваясь, становится источником инфракрасного излучения. Верхняя сетка 11, во-первых,возвращая часть излучения в межсеточную область, интенсифицирует процесс горения и,во-вторых, нагреваясь продуктами сгорания и излучением от нижней сетки 10, сама становится источником инфракрасного излучения. Размеры ячеек сеток должны быть такими, чтобы удовлетворять нескольким противоречивым требованиям. С одной стороны, они должны быть достаточно велики, чтобы обеспечивалось низкое гидродинамическое сопротивление, необходимое для нормальной работы инжектора, а с другой стороны, величина ячеек в нижней сетке должна быть меньше критической, при которой происходит проскок пламени. Для верхней сетки суммарная площадь проходного сечения должна быть достаточно велика, чтобы обеспечить низкое гидродинамическое сопротивление и в то же время она должна возвращать достаточную часть излучения от нижней сетки для поддержания горения в пространстве между сетками. Было установлено, что нижняя по ходу газовоздушной смеси сетка должна иметь характерный размер ячеек не более 0,8 мм, а верхняя - не менее 1,5 мм. Расстояние между сетками должно быть не менее 8-10 размеров ячеек нижней сетки и зависит от соотношения скорости горения и скорости течения газовоздушной смеси. В предпочтительном варианте изобретения был использован металлосетчатый излучатель с квадратными ячейками размером 0,50,5 мм для нижней сетки и 33 мм для верхней сетки. Были проведены сравнительные эксперименты для обычной газопламенной горелки ( 1) и для горелок с различной геометрией металлосетчатого излучателя с плоскими параллельными сетками ( 2), с сетками, образующими двояковыпуклую линзу( 3), и с сетками, образующими выпукло-вогнутую линзу ( 4). Все горелки были взяты одинаковой мощности - 1,8 кВт. Измерялось время нагрева 2 кг воды до 90 С и определялся состав продуктов сгорания. Контролировался мгновенный расход газа, суммарный расход газа за время эксперимента, для воды использовалась одна и та же емкость. Состав продуктов сгорания определялся газоанализатором -350. В таблице приведены результаты сравнительных экспериментов. Таким образом, из приведенных в таблице данных видно, что для горелки, в которой область горения представляет собой двояковыпуклую линзу, содержание окиси углерода в продуктах сгорания составляет 1-2 или в 10 раз меньше, чем для плоской горелки. Расход газа, который определяет к.п.д. горелки, при нагреве одинакового количества воды в горелке, в которой область горения представляет собой выпукловогнутую линзу, на 12(32,1 л по сравнению с 36,5 л) меньше, чем в горелке с плоскими сетками. При использовании настоящего изобретения улучшается качество сжигания газовой смеси, уменьшается содержание окислов азота и окиси углерода в продуктах сгорания и увеличивается к.п.д. горелки. 5903 1 Таблица Полный расход Геометрия металло- Содержание Содержание , Время нагрева 2 газа за время сетчатого излучателя СО,Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5