Жидкотопливная горелка инфракрасного излучения

ЖИДКОТОПЛИВНАЯ ГОРЕЛКА ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Полезная модель относится к области теплотехники, а именно к технике сжигания жидкого топлива, превращенного в аэрозоль, в горелках инфракрасного излучения и может быть использована в водогрейных и отопительных котлах малой и средней мощности, в системах отопления бытовых и промышленных помещений, а также для сушки лакокрасочных покрытий и т.д.
Сегодня основным способом получения тепла является сжигание органического топлива (газа,жидкого топлива) в факельных топках при температурах 1200 - 1500° С. Традиционно для сжигания жидкого топлива гидравлическим методом в отопительных котлах используются факельные горелки в которых жидкое топливо подается в форсунку под давлением 0,3...0,6 МПа, создаваемым шестеренным насосом, для получения мелкодисперсного распыливания с целью увеличения полноты сгорания топлива и с одновременной подачей в камеру сгорания первичного воздуха из воздухоподающего устройства. 1.
В связи с тем, что гидравлический метод распыливания обеспечивает минимальный диаметр частиц топлива 50 - 100 мкм, даже при тщательном перемешивании топливно-воздушной смеси из-за достаточно большой скорости выноса частиц, происходит не полное сгорание топлива, и образование сажистых соединений.
Кроме того, системам с факельным сжиганием как газа так и жидкого топлива присущи общие недостатки, основными из которых являются:
серы, монооксида углерода, бензопиренов), превышающий санитарные нормы;
-низкий коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов к теплообменным поверхностям;
-взрывопожаробезопасность систем;
-высокие требования к конструкционным материалам, которые должны быть жаростойкими и долговечными.
В настоящее время имеется целый ряд разработок инжекционных излучающих горелок, обеспечивающих качественное сжигание газового топлива и эффективное его использование. 2, 3, 4, 5.
Из них наиболее широкое применение получили газовые горелки инфракрасного излучения. 2, 6.
Их особенности:
-газ сгорает без видимого факела на излучающей насадке, которая нагреваясь служит источником инфракрасного излучения;
-первичный воздух должен подаваться в количестве необходимом для полного сгорания газа;
-большая полнота сгорания топлива по сравнению с факельными горелками;
-передача тепла происходит за счет излучения;
-содержание оксидов азота и углерода в продуктах сгорания значительно ниже по сравнению с факельными горелками.
Однако, до настоящего времени отсутствуют разработанные горелки инфракрасного излучения, работающие на жидком топливе. Сжечь жидкое топливо в горелках инфракрасного излучения можно изменив его агрегатное состояние и превратив его либо в газообразное состояние (пар), либо в мелкодисперсный аэрозоль (тумак) и в смеси с воздухом подать в зону горения.
f#tf/W&6
объемах - процесс не только проблематичный, но и взрывоопасный. В тоже время существуют методы ультразвукового распыливания жидкости для получения тонких аэрозолей с образованием частиц размером 0,5 мкм и плотностью до 300 мг жидкой фазы на 1 л. воздуха. 7.
Целью создания полезной модели является снижение вредных выбросов СО, NOX, SO2, бензопиренов в атмосферу при сжигании жидкого топлива.
Технический результат от использования предлагаемой полезной модели является создание жидкотопливной горелки инфракрасного излучения для эффективного сжигания мелкодисперсного аэрозоля жидкого топлива с диаметром частиц 0,5...5 мкм с минимальным выбросом в атмосферу токсичных продуктов сгорания (оксидов азота и серы, монооксида углерода, бензопиренов).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству, и принятым за прототип, является инжекционная газовая горелка инфракрасного излучения 6, содержащая связанную с емкостью газа струйную форсунку, над которой смонтирован с инжекционным зазором атмосферного воздуха диффузорный смеситель, распределительную камеру с пористой керамической панелью - источником инфракрасного излучения, над которой смонтирована металлическая сетка - вторичный излучатель.
Результат работы такой газовой горелки инфракрасного излучения заключается в следующем. Подводимый из газовой системы или емкости газ к ниппелю струйной форсунки истекает из сопла форсунки в инжекционный смеситель, инжектируя при этом необходимое для сгорания количество воздуха. В инжекционном смесителе происходит перемешивание газа с воздухом и смесь поступает в распределительную камеру, обеспечивая перед пористой керамической панелью необходимое давление смеси.
Газовоздушная смесь, из распределительной камеры поступает в отверстия пористой керамической панели, где происходит подогрев смеси, которая сгорает у
наружной поверхности керамики, накаляя ее до 800 - 900° С, которая становится источником теплового излучения. Сетка из жаропрочной стали также раскаляется и обеспечивает более равномерный нагрев керамики, некоторое повышение температуры поверхности пористой керамической панели, увеличивает мощность радиации и уменьшает влияние холодных потоков воздуха на излучающие способности раскаленной керамики.
Инжекционная газовая горелка инфракрасного излучения, взятая за прототип 6, не может быть использована для сжигания аэрозоля жидкого топлива, с диаметром частиц 0,5...5 мкм, так как при прохождении через сопло частицы аэрозоля коагулируют, происходит их слипание и крупные частицы, попадая в распределительную камеру, оседают на ее стенках превращаясь в жидкость, не поднимаются к пористой керамической панели для сжигания.
Поставленная цель - сжигание аэрозоля жидкого топлива - достигается тем, что в известную конструкцию газовой горелки инфракрасного излучения, содержащую топливный бак с топливным шлангом, установленную в верхнем отсеке распределительной камеры пористую керамическую панель с размещенной над ней металлической сеткой, а также аэрозольный смеситель прикрепленный по центру распределительной камеры, в распределительной камере между выходом аэрозольного смесителя и керамической панелью установлен рассекатель аэрозоля с отбойной полкой, закрепленной на боковой стенке по периметру распределительной камеры, огнепреградитель установлен в аэрозольном смесителе у верхнего конца, нижний конец которого введен соосно через корпус генератора аэрозоля топлива с герметичной крышкой с сальником в стакан с акустическим преобразователем, подключенный к генератору ультразвуковых колебаний, корпус генератора аэрозоля топлива с герметичной крышкой с сальником, имеющий больший объем, чем установленный в нем стакан с акустическим преобразователем, выполнен с двумя отверстиями в боковой
4&АИР0  стенке, в первом из которых закреплен вентилятор продувки, а через второе отверстие
стакан с акустическим преобразователем соединен с топливным баком через топливные шланги и поплавковую камеру, регулировочный винт уровня топлива которой устанавливает уровень топлива в стакане с акустическим преобразователем и в поплавковой камере, при этом на металлическую сетку нанесено каталитическое покрытие.
На фиг. приведена жидкотопливная горелка инфракрасного излучения с генератором аэрозоля топлива.
Предлагаемая жидкотопливная горелка инфракрасного излучения (Фиг.) содержит: топливный бак 1, топливные шланги 2, поплавковую камеру 3, стакан с акустическим преобразователем 4, регулировочный винт уровня топлива 5, генератор ультразвуковых колебаний 6, аэрозольный смеситель 7, вентилятор продувки 8, корпус генератора аэрозоли топлива с герметичной крышкой с сальником 9, огнепреградитель 10, рассекатель аэрозоля с отбойной полкой 11, распределительную камеру с крышкой 12, пористую керамическую панель 13, металлическую сетку 14, каталитическое покрытие 15, генератор аэрозоля топлива 16.
Топливный бак 1 соединен топливным шлангом 2 с поплавковой камерой 3, которая через второй топливный шланг 2 подсоединена через отверстие в боковой стенке корпуса генератора аэрозоля топлива с герметичной крышкой с сальником 9 к стакану с акустическим преобразователем 4. Аэрозольный смеситель 7 соединен с генератором аэрозоля топлива 16 через сальник в герметичной крышке корпуса генератора аэрозоля топлива 9 так, что нижний край аэрозольного смесителя 7 находится над поверхностью топлива в стакане с акустическим преобразователем 4 на расстоянии 10-12 мм. Уровень топлива в стакане с акустическим преобразователем 4 и в поплавковой камере 3 точно устанавливается регулировочным винтом уровня топлива 5 поплавковой камеры 3. Выход вентилятора продувки 8, через отверстие для подачи воздуха в боковой стенке, соединен с
корпусом генератора аэрозоля топлива с герметичной крышкой с сальником 9, имеющий объем несколько больший, чем устанавливаемый в него стакан с акустическим преобразователем 4. Стакан с акустическим преобразователем 4 и аэрозольный смеситель 7 размещены на одной оси. На случай проскока пламени, в аэрозольном смесителе 7 у его верхнего края установлен огнепреградитель 10, над которым закреплен рассекатель аэрозоля с отбойной полкой 11, находящийся внутри распределительной камеры с крышкой 12 для равномерного распределения аэрозоля по её объему. Равномерность распределения аэрозоля под пористой керамической панелью 13 обеспечивает и отбойная полка, расположенная перпендикулярно боковой стенке по периметру распределительной камеры с крышкой 12. Над пористой керамической панелью 13 установлена металлическая сетка 14 из жаропрочной стали, на которую нанесено каталитическое покрытие 15 на основе оксида марганца 8, обеспечивая полную конверсию топлива в продукты глубокого окисления и предотвращая образование оксидов азота. Генератор аэрозоля топлива 16 со всеми его составляющими 2, 3, 4, 5, 6, 8 выполняет функцию форсунки в аналогичных газовых горелках.
Предлагаемая жидкотопливная горелка инфракрасного излучения работает следующим образом.
Топливо из топливного бака 1 поступает по топливному шлангу 2 на вход поплавковой камеры 3, с выхода которой через другой топливный шланг 2 поступает в стакан с акустическим преобразователем 4. Уровень топлива в стакане с акустическим преобразователем 4 устанавливается регулировочным винтом уровня топлива 5 путем подъема или опускания поплавковой камеры 3.
В стакане с акустическим преобразователем 4 установлен акустический пьезокерамический преобразователь фокусирующего типа. Поверхность жидкости (топлива) должна находиться несколько выше или ниже фокусной акустической точки акустического преобразователя, расположенной на фокусной оси. На электрические
контакты акустического преобразователя с генератора ультразвуковых колебаний 6 подается синусоидальное напряжение равное резонансной частоте акустического преобразователя. При включении генератора ультразвуковых колебаний 6 под воздействием переменного напряжения в акустическом преобразователе возникают механические колебания, которые образуют гидравлические колебания в жидкости (топливе), которые складываясь по фазе от каждой точки поверхности преобразователя, фокусируются в фокусной точке, создавая акустическое давление под действием которого над поверхностью топлива внутри аэрозольного смесителя 7 образуется столб топлива, который является акустическим каналом, по которому распространяется акустическое давление, приводящее к образованию аэрозоля топлива. 7. Одновременно с включением генератора ультразвуковых колебаний 6 включается вентилятор продувки 8, нагнетающий в корпус генератора аэрозоля топлива с герметичной крышкой с сальником 9 воздух, который, проходя через верхний край стакана с акустическим преобразователем 4 и зазор между уровнем топлива и нижним краем аэрозольного смесителя 7, попадает в аэрозольный смеситель 7, где смешивается с аэрозолем топлива в нужном соотношении и, пройдя огнепреградитель 10 и рассекатель аэрозоля с отбойной полкой 11 поступает в распределительную камеру 12 и далее, проходя через отверстия в пористой керамической панели 13 сгорает у ее наружной поверхности. Отрыв пламени предотвращается малой скоростью истечения горючей смеси в каналах пористой керамической панели, а проскок пламени - размерами в ней отверстий, которые меньше критических. Дополнительно над пористой керамической панелью 13 на расстоянии 8-12 мм расположена металлическая сетка 14 из жаропрочной стали с каталитическим покрытием 15, которая интенсифицирует процесс сжигания топлива, способствует выравниванию температуры поверхности керамики, обеспечивая дополнительную стабилизацию горения, более полное сгорание топлива, и предотвращает образование вредных выбросов в атмосферу. Раскаленная пористая керамическая панель 13, а также металлическая сетка 14 являются
источником инфракрасного излучения.
Технический результат, полученный в результате испытания опытных образцов предлагаемой жидкотопливной горелки инфракрасного излучения, заключается в следующем:
в продуктах сгорания опытных образцов отсутствуют сажистые
соединения и содержание оксидов азота и углерода в 3 - 4 раза ниже чем в
продуктах сгорания факельных горелок;
применение каталитического покрытия металлической сетки снижает
содержание оксидов азота и углерода в 6 - 10 раз.
Предлагаемая жидкотопливная горелка инфракрасного излучения легко реализуется на базе уже имеющихся и выпускаемых отечественной промышленностью элементов, а также могут быть выполнены, с использованием широко известных технических решений, описанных в литературе, так:
-керамические панели - применяются в газовых горелках инфракрасного излучения ГИИВ-3,65, выпускаемых «АО Казанский завод газовой аппаратуры «Веста 9.
-каталитические покрытия (модулированные Mn-Al-O-катализаторы с добавками оксидов редкоземельных элементов), разработаны Новосибирским «Институтом катализа им. Борескова СОР АН. 8. Стр. 379.
-ультразвуковой распылитель жидкости (топлива) - 7. Стр. 93.
-огнепреградитель - 5. Стр 320 - 325.
Представленные чертеж и описание жидкотопливной горелки инфракрасного излучения позволяют, используя элементную базу описанную в 5, 7, 8, 9, изготовить ее промышленным способом и использовать по своему прямому назначению, что характеризует предлагаемую полезную модель как просмышленно применимую.
8&е#/0Ъ П6
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1.Россия, свидетельство на полезную модель № 00180 U1 МКИ5 F23D 11/04, 20.05.2001г., Горелка для сжигания жидкого топлива.
2.Россия, патент № 2137040 С1 МПК6 F23D 14/14, 10.09.99, Газовая беспламенная горелка.
3.Россия, патент № 2127849 С1 МПК6 F23D 14/12, 20.03.99, Радиационная горелка.
4.Россия, заявка № 93004770 А МПК6 F27D 1/00, 20.03.97, Керамическая газовая горелка.
5.Н.А. Стаскевич, Г.Н. Северинец, Д.Я. Вигдорчик. Справочник по газоснабжению и использованию газов. «Недра, Ленинград, 1990 г..
6.Россия, заявка № 94021716 А1 МПК6 F23D 14/16, 27.03.96, Газовая горелка инфракрасного излучения.
7.В.А. Носов. Ультразвук в химической промышленности. Техническая литература УССР. Киев 1963.
8.Г.К. Боресков, Е.А. Левицкий, З.Р. Исмагилов, Журнал всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева. 29 (1984).
9.Руководство по эксплуатации газовой горелки инфракрасного излучения «ГИИВ 3,65. 6206-000 РЭ.
9fart/09f 6