ИНФРАКРАСНАЯ ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА
INFRARED GAS BURNER

Изобретение относится к системам отопления бытовых и производственных помещений, термической обработки материалов в авиационной, машиностроительной, химической и других отраслях.
Известен газовый инфракрасный излучатель, предназначенный для обогрева помещений, содержащий стальную радиационную трубу, горелку, снабженную каналами подачи газа и воздуха, и вентилятор (Патент РФ №2244874, МПК F23D 14/12, 20.01.2005 г.).
Недостатком данной конструкции является низкая полнота сгорания топлива, узкий концентрационный диапазон устойчивого горения по коэффициенту избытка воздуха.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для нагрева, содержащее камеру сгорания, диффузионную горелку, патрубок подвода первичного воздуха, кожух, патрубок подвода вторичного воздуха, перегородку, отверстия для подвода вторичного воздуха (а.с. СССР №307246, МПК F23D 14/20, 1971).
x
Недостатком данной конструкции является низкое качество предварительной подготовки топливовоздушной смеси, большие гидравлические потери, высокая концентрация оксидов азота NO в продуктах сгорания; узкий концентрационный диапазон устойчивого горения по коэффициенту избытка воздуха, высокая вероятность срыва фронта пламени; низкая эффективность охлаждения камеры сгорания; низкая полнота сгорания топлива.
Техническим результатом изобретения является повышение качества предварительной подготовки топливовоздушной смеси, снижение гидравлических потерь; уменьшение концентрации токсичных соединений в продуктах сгорания; расширение концентрационного диапазона устойчивого горения по коэффициенту избытка воздуха, снижение вероятности срыва фронта пламени; повышение эффективности системы охлаждения камеры сгорания; увеличение полноты сгорания топлива.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что инфракрасная газовая горелка содержит камеру сгорания, диффузионную горелку, патрубок подвода первичного воздуха, кожух, патрубок подвода вторичного воздуха, перегородку, отверстия для подвода вторичного воздуха, причем перегородка выполнена с возможностью подачи топливовоздушной смеси в основную часть камеры сгорания и вынесена от сечения тангенциального подвода первичного воздуха в объем основной части камеры сгорания. Диффузионная горелка выполнена регулируемой, с возможностью перемещения в осевом направлении инфракрасной газовой горелки; головная часть камеры сгорания выполнена в виде вихревого прямоточного эжектора, а основная часть камеры сгорания состоит из трех профилированных диффузорного, конфузорного и цилиндрического участков. Кольцевой канал между камерой сгорания и кожухом имеет постоянную по длине инфракрасной горелки площадь поперечного сечения, цилиндрический участок основной части камеры сгорания выполнен из керамики и содержит две и более коаксиально расположенные лучеиспускающие поверхности.
В целях повышения качества предварительной подготовки топливовоздушной смеси и снижения гидравлических потерь инфракрасная газовая горелка содержит перегородку, причем перегородка выполнена с возможностью подачи топливовоздушной смеси в основную часть камеры сгорания и вынесена от сечения тангенциального подвода первичного воздуха в объем основной части камеры сгорания; диффузионная горелка выполнена регулируемой, с возможностью перемещения в осевом направлении инфракрасной газовой горелки; головная часть камеры сгорания выполнена в виде вихревого прямоточного эжектора.
x
Для уменьшения концентрации оксидов азота NO в продуктах сгорания, расширения концентрационного диапазона устойчивого горения по коэффициенту избытка воздуха, а также снижения вероятности срыва фронта пламени камера сгорания состоит из трех профилированных диффузорного, конфузорного и цилиндрического участков.
Для повышения эффективности охлаждения камеры сгорания кольцевой канал между камерой сгорания и кожухом имеет постоянную по длине инфракрасной горелки площадь поперечного сечения.
С целью увеличения полноты сгорания топлива цилиндрический участок камеры сгорания выполнен из керамики и содержит две и более коаксиально расположенные лучеиспускающие поверхности.
На чертеже изображен продольный разрез инфракрасной газовой горелки с вынесенными сечениями.
Инфракрасная газовая горелка содержит камеру сгорания 1, тангенциально к которой выполнен патрубок подвода первичного воздуха 2. В торцевой поверхности камеры сгорания установлено закручивающее устройство 3 и регулируемая диффузионная горелка 4. Головная часть 5 камеры сгорания 1 сформирована перегородкой 6. Основная часть 7 камеры сгорания 1 состоит из трех профилированных участков: диффузорного 8, конфузорного 9 и цилиндрического 10. В конфузорном участке 9 выполнены отверстия 11 для подвода в камеру сгорания 1 вторичного воздуха. Охлаждающий канал 12 сформирован между камерой сгорания 1 и кожухом 13, к которому крепятся патрубок подвода вторичного воздуха 14 и воспламенитель 15.
Инфракрасная газовая горелка работает следующим образом. Сжатый воздух от компрессора через патрубок подвода первичного воздуха 2 и закручивающее устройство 3 поступает в головную часть камеры сгорания 5 в виде закрученного потока, эжектирующего углеводородное топливо, поступающее через диффузионную горелку 4. Интенсивная закрутка потока способствует повышению качества предварительной подготовки топливовоздушной смеси, что позволяет организовать процесс горения в нестехиометрической области по составу смеси и уменьшить концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания за счет снижения локальных температур во фронте пламени. Образующаяся топливовоздушная смесь поступает в основную часть камеры сгорания 7 через перегородку 6, где поток топливовоздушной смеси расширяется и воспламеняется от воспламенителя 15. Перегородка выполнена с возможностью подачи топливовоздушной смеси в основную часть камеры сгорания и вынесена от сечения тангенциального подвода первичного воздуха в объем основной части камеры сгорания с целью повышения качества смешения и снижения гидравлических потерь. При расширении потока топливовоздушной смеси в диффузорном участке 8 основной части 7 камеры сгорания 1 образуется развитая рециркуляционная зона в виде тороидального вихря, на границах которой выполняются условия стабилизации пламени в широком концентрационном диапазоне по коэффициенту избытка воздуха. Окислитель, поступающий через патрубок подачи вторичного воздуха 14, движется по охлаждающему каналу 12 и подмешивается к высокотемпературным продуктам сгорания на входе в цилиндрический участок 10 основной части 7 камеры сгорания 1. Закрутка потока вторичного воздуха, а также условие постоянства площади поперечного сечения охлаждающего канала 12 обеспечивают равномерное распределение поля скоростей по тракту охлаждающего канала и более высокую эффективность конвективного охлаждения основной части 7 камеры сгорания 1. Продукты сгорания движутся в направлении цилиндрического участка 10 основной части 7 камеры сгорания 1, в объеме которого окисляются непрореагировавшие в основной части 7 камеры сгорания 1 массы смеси, обеспечивая требуемую степень завершенности реакции, повышающую полноту сгорания топлива. Продукты сгорания нагревают излучатель, а передаваемая ему тепловая энергия излучается с его одной или нескольких коаксиально расположенных лучеиспускающих поверхностей в виде радиационного теплового потока. Высокая эффективность преобразования энтальпии продуктов сгорания в радиационный поток достигается за счет развитой поверхности теплообмена.