Радиационная газовая горелка

(51)23 14/12 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Научно-производственное частное унитарное предприятие Технологии химической физики(72) Авторы Жданок Ольга Михайловна Лапцевич Павел Степанович Крауклис Андрей Владимирович Жданок Виталий Александрович(73) Патентообладатель Научно-производственное частное унитарное предприятие Технологии химической физики(56) Брюханов О.Н. и др. Унифицированная металлосетчатая инфракрасная горелка // Газовая промышленность. -3. 1985. - С. 40-41.2084762 1, 1997.576490, 1977.2151956 1, 2000.2057989 1, 1996.4437833, 1984.0509538 2, 1992.4116898 1, 1991.(57) 1. Радиационная газовая горелка, содержащая цилиндрический корпус, инжекционный газовоздушный смеситель и расположенные в корпусе перпендикулярно его оси выполненный в виде решетки газораспределитель и излучатель, состоящий из нижней и верхней сеток, отличающаяся тем, что инжекционный газовоздушный смеситель присоединен к цилиндрическому корпусу с возможностью обеспечения ввода газовоздушной смеси в цилиндрический корпус в тангенциальном направлении, в цилиндрическом корпусе выполнено окно для поджига газовоздушной смеси, расположенное между верхней и нижней сетками излучателя, в газораспределителе выполнено окно, примыкающее к корпусу горелки, причем окна в цилиндрическом корпусе и газораспределителе имеют одинаковые размеры и их геометрические центры расположены в одной радиальной плоскости цилиндрического корпуса. 2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит дополнительные инжекционные газовоздушные смесители одинаковой или различной производительности, присоединенные к корпусу с возможностью обеспечения ввода газовоздушной смеси в корпус в одном направлении, по часовой стрелке или против. 9269 1 2007.06.30 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. Радиационные газовые горелки позволяют повысить эффективность передачи тепла к нагреваемому объекту за счет использования дополнительного механизма лучистого теплообмена. Кроме того, за счет эффективного радиационного охлаждения излучающей поверхности, температура в зоне горения снижается, что приводит к значительному уменьшению содержания окислов азота в продуктах сгорания. В качестве излучающих элементов в радиационных газовых нагревателях используют либо керамические матрицы, либо наборы металлических сеток. Известна радиационная горелка 1 с излучающей поверхностью в виде двухслойной керамической матрицы. Первый слой, обращенный внутрь горелки, толщиной 0,25 см,имеет пористую структуру с диаметром пор 0,01-2,5 мм. Толщина второго слоя 1,25 см,диаметр пор 1,25-10,00 мм. Известна промышленная горелка инфракрасного излучения 2, характеризующаяся 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 рабочей поверхности горелки и снизить содержание окиси углерода и окислов азота в продуктах сгорания. Известна также промышленная излучающая горелка 3 для работы в тепловых агрегатах с использованием природного и сжиженного газа среднего давления. Горелка состоит из корпуса, соплового узла, инжектора, рассекателя, излучающей насадки и сетки-экрана. Излучающая насадка представляет собой блок из 32 перфорированных керамических плиток с диаметром огневых каналов 0,85 мм. К недостаткам радиационных газовых горелок с керамическими излучающими элементами относятся низкая стойкость к механическим и тепловым ударам, небольшой диапазон регулирования по мощности, большое гидравлическое сопротивление. Этих недостатков во многом лишены радиационные газовые горелки с излучающими элементами в виде металлических сеток. Известна горелка для водогрейных котлов 4. 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 полусферы. Горение газовоздушной смеси происходит над поверхностью сетки. Газораспределительная поверхность служит для создания более однородного потока газовоздушной смеси. Недостатком радиационных газовых горелок с металлосетчатым излучателем является то, что достаточно большая доля лучистой энергии от излучателя направлена в противоположную от теплоприемника сторону. Это приводит к нежелательному нагреву корпуса горелки. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является металлосетчатая инфракрасная горелка 5, содержащая набор металлических сеток, расположенных по ходу потока газовоздушной смеси. Первая сетка - распределительная служит для преобразования динамической составляющей давления в статическую. Она же одновременно экранирует корпус горелки от обратного излучения. Вторая и третья сетки соединены в единый пакет и образуют излучатель горелки. Четвертая сетка - защитная предохраняет излучатель от механических повреждений. Горелка содержит также газовое сопло и установленный параллельно распределительной сетке и под ней инжекционный газовоздушный смеситель. 2 9269 1 2007.06.30 В данной горелке первая сетка выполнена из перфорированной металлической пластины. В такой конструкции газораспределителя эффективность улавливания обратного излучения напрямую связана с суммарной площадью отверстий, сделанных в пластине,т.е. с живым сечением пластины. Повышение эффективности улавливания обратного излучения требует уменьшения живого сечения пластины. Выполнение данного требования приведет к возрастанию гидравлического сопротивления газораспределителя и, как следствие, к снижению работоспособности горелки в целом. Это является существенным недостатком данной конструкции газораспределителя. Еще одним недостатком этой горелки является то, что предусмотренное конструкцией расположение газовоздушного смесителя не дает равномерного распределения газовоздушной смеси по поверхности излучателя и также вносит добавочное гидравлическое сопротивление. К недостаткам данной горелки относится также то, что в ней конструктивно не возможно обеспечить надежный автоматический поджиг. В данной конструкции поджиг горелки можно осуществить лишь снаружи горелки, т.е. сверху последней по ходу движения газовоздушной смеси сетки. Если при этом использовать искровой, резистивный либо иной поджиг, то в процессе работы горелки устройство розжига будет находиться в зоне высокой температуры, что является крайне нежелательным. Задачей настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков и повышение коэффициента полезного действия радиационной газовой горелки. Решение поставленной задачи достигается тем, что в радиационной газовой горелке,содержащей цилиндрический корпус, инжекционный газовоздушный смеситель и расположенные в корпусе перпендикулярно его оси газораспределитель, выполненный в виде решетки, и излучатель, состоящий из нижней и верхней сеток, инжекционный газовоздушный смеситель присоединен к корпусу таким образом, что обеспечивает ввод газовоздушной смеси в корпус в тангенциальном направлении, корпус имеет окно для поджига газовоздушной смеси, расположенное между верхней и нижней сетками излучателя, газораспределитель также имеет окно, примыкающее к корпусу горелки, причем окна в корпусе и газораспределителе имеют одинаковые размеры и их геометрические центры расположены в одной радиальной плоскости цилиндрического корпуса. Кроме того, радиационная газовая горелка может иметь один или несколько инжекционных газовоздушных смесителей одинаковой или различной производительности, присоединенных к корпусу таким образом, что они обеспечивают ввод газовоздушной смеси в корпус в одном направлении, по часовой стрелке или против нее. Такая конструкция радиационной газовой горелки позволяет увеличить к.п.д. горелки за счет обеспечения более равномерного потока газовоздушной смеси, благодаря вводу смеси в корпус в тангенциальном направлении. Данная конструкция газораспределителя повышает равномерность потока газовоздушной смеси, а также позволяет газораспределителю служить одновременно экраном для перехвата обратного излучения и теплообменником для подогрева газовоздушной смеси. Кроме того, данная конструкция радиационной газовой горелки обеспечивает надежный автоматический поджиг за счет расположения окон, имеющихся в корпусе горелки и в газораспределителе. Предлагаемое техническое решение поясняется с помощью чертежей. Краткое описание чертежей фиг. 1 - поперечный разрез горелки,фиг. 2 - сечение А - А горелки на фиг. 1. Радиационная газовая горелка состоит из цилиндрического корпуса 1 (фиг. 1), инжекционного газовоздушного смесителя 2, газораспределителя 3 и излучателя 4, состоящего из нижней сетки 5 и верхней сетки 6. Корпус имеет окно 7, расположенное между нижней сеткой 5 и верхней сеткой 6 излучателя 4. Газораспределитель 3 также имеет окно 8, при 3 9269 1 2007.06.30 мыкающее к корпусу 1. Окна 7 и 8 имеют одинаковые размеры, и их геометрические центры расположены в одной радиальной плоскости корпуса 1. Радиационная газовая горелка работает следующим образом. Поступающий в смеситель 2 газ инжектирует необходимое для горения количество воздуха и перемешивается с ним. Инжекционный газовый смеситель 2 присоединен к цилиндрическому корпусу 1 таким образом, что газовоздушная смесь, получаемая в нем, поступает в корпус 1 в тангенциальном направлении с малой скоростью. Далее поток газовоздушной смеси приобретает вращательное движение и начинает двигаться по кругу внутри корпуса 1 и, отражаясь от цилиндрической поверхности и дна корпуса 1, устремляется к центру корпуса и далее к излучателю 4. Таким образом, за счет такого присоединения смесителя 2 к цилиндрическому корпусу 1 достигается более равномерное распределение потока по всей площади нижней сетки 5 излучателя 4. Такое решение позволяет получать равномерное распределение потока по всей площади излучателя даже при его больших размерах без применения специальных отбойников потока, которые используются в существующих радиационных газовых горелках 6. К корпусу 1 горелки может быть присоединено несколько газовоздушных смесителей 2, например, с целью уменьшения общих габаритных размеров. В этом случае для того,чтобы избежать дополнительного увеличения гидравлического сопротивления при соударении отдельных газовоздушных потоков, смесители 2 присоединены к корпусу 1 таким образом, что обеспечивают ввод газовоздушной смеси в корпус в одном направлении, по часовой стрелке или против (фиг. 2). Газораспределитель 3, расположенный на пути потока газовоздушной смеси перед излучателем 4, позволяет дополнительно повысить равномерность распределения потока газовоздушной смеси по площади излучателя 4. При этом газораспределитель 3 одновременно служит для перехвата той части излучения от излучателя 4, которая направлена в сторону дна корпуса горелки, а также для подогрева поступающей на сжигание газовоздушной смеси. Для этого газораспределитель 3 изготавливается в форме ребристой решетки. Излучение, попадающее на решетку, нагревает ребра решетки, а проходящий через зазор между ребрами решетки поток газовоздушной смеси нагревается за счет конвективного теплообмена. Это позволяет увеличить количество тепла, выделяющегося при сгорании газа, и тем самым повысить к.п.д. горелки. Для обеспечения надежного автоматического поджига в газораспределителе 3 выполнено окно 8, а в корпусе 1 выполнено окно 7. Поджиг осуществляется следующим образом. Газовоздушная смесь, попадая в область под газораспределителем 2, направляется в окно 8, поскольку газораспределитель имеет небольшое гидравлическое сопротивление. Далее эта порция газовоздушной смеси проходит через нижнюю сетку 5 излучателя 4 и попадает в окно 7, так как верхняя сетка 6 излучателя 4 также обладает небольшим гидравлическим сопротивлением. Автоматический поджигатель устанавливается напротив окна 7 вне корпуса горелки. Таким образом, горение газовоздушной смеси будет происходить в пространстве между сетками 5 и 6 излучателя 4, а поджигатель будет находиться вне высокотемпературной зоны и не будет помехой при установке теплоприемника над излучателем 4. Для реализации такого поджига окна 7 и 8 должны иметь одинаковые размеры, окно 8 должно примыкать к корпусу 1, а геометрические центры окон должны быть расположены в одной радиальной плоскости корпуса 1, т.е. расстояние между ними должно быть минимальным. Источники информации 1. Патент США 4889481 от 26.12.1989 г. 2. Патент 2084762 от 20.07.1997 г. 4 9269 1 2007.06.30 3. Родин А.К. Газовое лучистое отопление. - Л. Недра, 1987. 4. Патент США 5474443 от 12.12. 1995 г. 5. Брюханов О.Н. и др. Унифицированная металлосетчатая инфракрасная горелка // Газовая промышленность. -3. - 1985. 6. Горелка газовая инфракрасного излучения, ветроустойчивая, унифицированная ГИИВ - 3. 65 Руководство по эксплуатации. - Казань, 1989. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5