ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к нагревательным устройствам с температурными излучателями, нагреваемыми сжигаемой топливовоздушной смесью в беспламенном режиме и может быть использована для обогрева бытовых, производственных помещений, для сушки и нагрева в разнообразных технологических процессах.
Известен каталитический обогреватель, содержащий корпус с внутренними отражающими поверхностями, вертикально установленный внутри него излучатель плоской формы, включающий слой катализатора с непрерывной излучающей поверхностью (патент РФ №2042884, F 23 D 14/18, публ. 1995.08.27). Излучатель выполнен с замкнутой, непрерывной излучающей поверхностью, а из противоположно расположенных тыльной стороны излучающей поверхности и отражающей поверхности корпуса одна имеет плоскую форму, другая выпукло-криволинейную. Выполнение катализатора в излучателе с непрерывной излучающей поверхностью, не имеющей краев, обеспечивает равномерное распределение температуры на ней, что позволяет наиболее полно использовать активность катализатора и увеличить лучистый тепловой поток.
Недостатком устройства является сложность его изготовления, а также низкая пропускная способность излучателя, приводящая к использованию низких скоростей протекания газа, что существенно снижает эффективность горелки.
В следующем изобретении (патент Норвегии N89/02054, F 23 D 14/18, 1989) осуществляется совместная подача воздуха и подлежащего окислению топлива в охлаждаемый через стенку реактор. Центральная часть реактора полая, через нее осуществляется транспорт исходных реагентов и продуктов реакции. Катализатор расположен в виде радиальных слоев. Съем тепла из
зоны реакции осуществляется через стенку реактора. Недостатками данного изобретения является низкая интенсивность передачи тепла через стенку реактора, возможность проскока реагирующего вещества по центру реактора, сложность конструкции.
В изобретении (патент ФРГ N2911501, B 01 J 8/04, 1980.) для окисления органических веществ, содержащихся в воздухе, используются сотовые катализаторы, в которых каналы образованы плоскими и гофрированными каталитически активными пластинками. В качестве материала для пластин используются асбест или керамические материалы. Недостатком изобретения является возможность использования устройства только для дожига низких концентраций органических веществ, а также использование нетеплопроводных материалов для приготовления подложки катализатора. Все это затрудняет использование данного изобретения для решения задач нагрева газов.
Известно изобретение (патент РФ №2110015, F 23 D 14/18, публ. 1998.04.27) которое содержит объемный керамический насадок инфракрасного излучателя, состоящий из коаксиально расположенных и чередующихся между собой не гофрированных и гофрированных цилиндров из активированной катализатором керамики. Недостатком данной конструкции является сложность изготовления излучателя, а также низкая пропускная способность керамики, и как следствие, низкая эффективность работы горелки.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является техническое решение по полезной модели (патент РФ №10841, F 23 D 14/18, публ. 1999.08.16). В данной полезной модели газовый инфракрасный излучатель содержит систему подачи газо-воздушной смеси и перфорированную излучающую панель, снабженную катализатором дожига газа, размещенным в виде слоя покрытия на внешней поверхности, перфорированной панели. Устройство имеет простую и недорогую конструкцию. Недостатком данного устройства является низкая эффективность устройства, обусловленная
низкой пропускной способностью перфорированной панели, неполным сгоранием газа, а также пониженная ветроустойчивость.
Существенным недостатком всех перечисленных горелок является невысокая скорость газа, с которой он должен поступать в объем камеры сгорания из-за низкой пропускной способности пористой или перфорированной керамики.
Задачей полезной модели является создание простой, недорогой, но эффективной газовой горелки инфракрасного излучения, обеспечивающей полноту сгорания газа и повышенную ветроустойчивость.
Поставленная задача решается тем, что газовая горелка инфракрасного излучения содержит корпус с системой подачи газо-воздушной смеси, излучающую панель с катализатором, нанесенным на нее в виде покрытия, систему подачи газо-воздушной смеси, выполненной в виде эжекторного насоса. Излучающая панель выполнена в виде набора металлических сеток, образующих камеру сгорания, а катализатор нанесен на каждую сетку с двух сторон, в количестве 4 -30% от массы каждой сетки.
Кроме того, задача решается тем, что каталитическое покрытие содержит оксид любого металла из группы: Со, Сu, Zn, La, Се, Sn, Al, Mn, Pb, Sr, или любую их комбинацию.
Использование сетчатого излучателя с нанесенным каталитическим покрытием в виде слоев с двух сторон сеток позволяет использовать повышенное давление газа и выполнить смеситель в виде простой конструкции эжекторного насоса. С другой стороны повышенное давление газа позволяет использовать сетчатый излучатель с нанесенным катализатором, поскольку при низких давлениях, а следовательно низкой скорости протекания газа, гидравлическое сопротивление сеток может существенно возрасти.
Техническим результатом такой конструкции является возможность повышения давления газа на входе в смеситель до 1000-6000 мм.вод.ст., что повышает эффективность работы горелки, позволяет организовать забор
воздуха для окисления газа за пределами обогреваемого помещения, полное сгорание газов, нейтрализацию образующихся СО, NOx, и продуктов неполного окисления углеводородов. Кроме того, повышается ветроустойчивость, за счет того, что при использовании металлических сеток с нанесенным катализатором, несмотря на то, что порывы ветра могут охлаждать излучатель до температуры 600-450°С, температура при которой использующийся катализатор может активно окислять горючий газ составляет 400-420°С, в связи с чем беспламенное окисление газа продолжается, и горелка работает.
На Фиг.1 изображена заявляемая газовая горелка, которая содержит подключенный к смесителю 1 корпус 2, с размещенным на выходе излучателем 3, выполненным в виде пакета сеток из жаростойкой стали. Количество сеток составляет от 2 до 7. Каждая сетка покрыта каталитическим составом с двух сторон. Толщина покрытия такова, что масса катализатора составляет 4-30% от массы сетки. В качестве катализатора используются окислы металлов Со, Сu, Zn, La, Се, Sn, Al, Mn, Pb, или любая их комбинация. Смеситель выполнен в виде эжекторного насоса.
Горелка работает следующим образом. Газо-воздушная смесь через смеситель 1 подается в корпус 2 горелки. При таком исполнении смесителя, при работе горелки в помещении струя сжигаемого газа, входя в смеситель, инжектирует (засасывает) воздух по трубопроводу, подсоединяемому к смесителю, в результате, в помещении создается повышенное давление теплого воздуха (холодный вытесняется) и не расходуется на окисление газа кислород, находящийся в обогреваемом объеме. При обогреве на открытом пространстве, воздухопровод может отсоединяться, и воздух забирается непосредственно смесителем. После попадания в корпус газо-воздушная смесь проходит через пакет сеток излучателя и поджигается на поверхности пакета, разогревает сетки с нанесенным катализатором до начала каталитической реакции (400-450°С), после чего пламя исчезает и
начинается поверхностная каталитическая реакция беспламенного окисления горючего газа, приводящая к дальнейшему разогреву излучающих сеток до температуры 750-800°С. В качестве горючего газа используется: природный газ ГОСТ 5542, пропан бутановая смесь.
Использование полезной модели иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1. Излучающая горелка с размерами корпуса 340×200×100 мм.
3
Площадь каталитической насадки 620 см выполнена из трех сеток из жаростойкой стали. На все сетки нанесен каталитический состав LаСоО в количестве 15% масс. Рабочее давление газа перед смесителем 3000 мм вод.ст. Тепловая мощность 6,5 кВт.
Пример 2. Излучающая горелка с размерами аналогичными горелки в примере 1. Но каталитическая насадка выполнена из четырех сеток. На две из них нанесен оксид кобальта в количестве 10% масс., на две другие - смесь оксидов Мn и Аl в количестве 18% масс. Рабочее давление газа метана перед смесителем 2500 мм.вод.ст. Тепловая мощность - 7,5 кВт.
3
Пример 3. Излучающая горелка аналогична примеру 1. Каталитическая насадка выполнена из пяти сеток. На две сетки нанесена смесь оксидов Мn и Sn в соотношении 1:1 в количестве 5% масс., на две - смесь оксидов Мn и Аl в количестве 25% масс., на одну - шпинель ZnCoO в количестве 12% масс.Рабочее давление газа перед смесителем - 5000 мм.вод.ст. Тепловая мощность - 7,5 кВт.
2
Пример 4. Излучающая горелка с размерами корпуса 600×400×150 мм. Площадь каталитической насадки - 240 см. Каталитическая насадка выполнена из шести сеток. На две из них нанесена смесь оксидов Се и Sn в соотношении 1:5 в количестве 10% масс., на две другие - смесь оксидов Sr, Pb, La и Со в количестве 15% масс., и на одну сетку - оксиды Сu и Аl в количестве 16% масс. Рабочее давление природного газа перед смесителем 5000 мм.вод.ст. Забор воздуха в смеситель осуществляется по трубопроводу диаметром 10 см и длиной 5 м. Тепловая мощность - 25,0 кВт.
Как следует из представленных примеров, предлагаемое техническое решение обеспечивает достижение следующего технического результата: эффективность работы горелки, полное сжигание газообразного углеводородного топлива при температурах не выше 850°С, причем в продуктах сгорания не содержится экологически вредных веществ, отсутствует открытое пламя, что позволяет использовать горелку в бытовых и производственных помещениях для обогрева и сушки. Кроме того, обеспечивается устойчивая работа при использовании на открытом пространстве.