ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к горелкам для сжигания жидкого и газообразного топлива и может быть использована в различных областях химической, нефтеперерабатывающей, металлургической промышленности, котлостроении, переработке материалов, строительстве и коммунальном хозяйстве, а также в утилизации бытовых и промышленных отходов.
Известно горелочное устройство инфракрасного излучения [RU 2310129 C1, МПК6 F23D 14/12, опубл. 10.05.2006], содержащее патрубок подвода газа, универсальный пористый насадок на основе оксидов металлов, который выполнен в виде трубы длиной до 2000 мм и диаметром до 500 мм с открытой пористостью, имеющей каналы пор периодически переменного сечения. Открытая пористость насадка равна 60-70%. Переменное сечение каналов пор имеет длину периода 200-5000 мкм. Пористый насадок установлен в топке котла на опорах и притянут к горелке инфракрасного излучения с помощью фланца и шпильки. Контроль пламени осуществляется с помощью электрода ионизации.
Процесс сжигания газо-воздушной смеси происходит в порах насадка и на его поверхности. Процесс подготовки газо-воздушной смеси происходит внутри пористого насадка, образуя смесительную камеру, затем газовоздушная смесь поступает через поры насадка. Такой принцип подготовки газо-воздушной смеси в определенных условиях может вызвать проскок пламени при сжигании взрывоопасных топлив.
Пористый насадок изготовлен на основе оксидов металлов, поэтому способ его изготовления является весьма технологичным и дорогостоящим.
Данное горелочное устройство инфракрасного излучения способно сжигать только газообразное топливо.
Известно горелочное устройство инфракрасного излучения [RU 2100695 C1, МПК 6 F23C 3/00, опубл. 27.12.1997], выполненное в виде усеченного конуса, заполненного пористой средой на высоту, определяемую согласно выражению:
1/2
0
h>h*=(G/(π·v*))·ctg(α/2)-R·ctg(α/2),
где h - высота пористой засыпки;
h* - высота стабилизации волны горения в засыпке;
G - расход сжигаемой смеси;
v* - скорость фильтрации сжигаемой смеси, при которой стабилизируется волна горения в засыпке;
- угол раствора конуса;
0
R - радиус меньшего основания конуса.
Величину v*, входящую в это выражение, определяют экспериментально. Для этого цилиндрическую кварцевую трубку заполняют пористой средой. Подлежащую сжиганию газовую смесь продувают через пористую среду и зажигают. Постепенно, меняя скорость продувки, определяют v*, при которой волна горения стабилизируется. Затем измеряют диапазон значений v* для предполагаемого диапазона составов газовых смесей и задаются значениями и Ro. Величина расхода G сжигаемой смеси, как правило, известна. Рассчитав по формуле значение h*, при которой волна горения стабилизируется, устанавливают высоту пористой засыпки h.
Для получения расходящегося потока пористую засыпку формируют в виде усеченного конуса и подлежащую сжиганию смесь подают в эту засыпку со стороны меньшего основания конуса. При таких условиях инициируемая в пористой засыпке волна горения автостабилизируется и не выходит за ее пределы.
x
Сжигание низкокаллорийных газов и отсутствие принудительной подготовки газо-воздушной смеси, может явиться причиной химической неполноты сгорания топлива с образованием таких токсичных газов как СО, NO, низким к.п.д., малой единичной мощностью, и возможностью образования открытого факела на поверхности большего основания усеченного конуса пористой засыпки горелочного устройства инфракрасного излучения.
Известногорелочное устройство инфракрасного излучения [RU 2125204 C1, МПК 6 F23D 14/16, F24H 1/40, опубл. 20.01.1999], содержащее корпус, который содержит топочную камеру с впускным отверстием для подачи газовоздушной смеси, служащей топливом, и с выпускным отверстием для отработавших газов. В корпусе размещен пористый материал с взаимосвязанными пустотами, пористость которого изменяется по направлению вдоль топочного пространства таким образом, что величина пор в направлении течения газо-воздушной смеси увеличивается по направлению от впускного отверстия к выпускному отверстию. В корпусе предусмотрены две зоны, расположенные друг за другом в направлении течения газо-воздушной смеси и имеющие различную величину пор. Пористым материалом является жаростойкий губчатый искусственный материал, керамика или металл, соответствующий металлический сплав. Пористый материал имеет жаростойкость до температуры 1500°C. Насыпной материал вблизи впускного отверстия состоит из зерен шарообразной формы со средним диаметром, равным 5 мм, в последующей зоне со средним диаметром 11 мм. Внутренние поверхности пористого материала или же поверхности зерен насыпного материала покрыты материалом-катализатором. Корпус имеет охлаждающее устройство, выполненное в виде змеевика, окружающего корпус, по которому протекает вода. Предусмотрено устройство контроля, которое блокирует подачу топлива в топочную камеру при прекращении подачи охлаждающего агента. Внутренняя стенка корпуса в зоне пламени экранирована от теплового излучения с помощью вкладыша из соответствующего материала.
Процесс подготовки газо-воздушной смеси происходит в отдельной смесительной камере, затем подается в топочную камеру, заполненную пористым материалом, что в определенных случаях может вызвать проскок пламени при сжигании взрывоопасных топлив.
Данное горелочное устройство инфракрасного излучения способно сжигать только газообразное топливо, что делает ее менее универсальной.
У этого горелочного устройства предусмотрены две зоны горения и размеры пор пористого материала по ходу движения газо-воздушной смеси увеличиваются. Это влияет на образование у выпускного отверстия открытого факела и может привести к химической неполноте сгорания топлива, т.е. к образованию значительного количества СО, а, следовательно, и к снижению к.п.д. горелочного устройства инфракрасного излучения.
Известно горелочное устройство инфракрасного излучения [C.B. Долгов, А.С. Заворин, А.Ю. Долгих, А.Н. Субботин. Испытания горелочного устройства беспламенного горения и инфракрасного излучения // Известия ТПУ. - 2013. - Т. 322. - №4. - С. 39-42.], выбранное в качестве прототипа, содержащее теплоизолированный корпус с зоной горения, в которой размещен пористый материал с жаростойкостью до температуры 1500°C, с взаимосвязанными пустотами для сжигания топливовоздушной смеси. Корпус снабжен запальным элементом и выпускным отверстием для уходящих газов. Корпус теплоизолирован снаружи. Внутри корпуса закреплен каркас рабочей зоны горения, заполненный засыпкой в виде пористого неметаллического материала. Каркас обтянут сетчатым насадком-излучателем. Запальный элемент установлен внутри каркаса рабочей зоны горения, в центре которого установлен топливный инжектор с перфорациями для распыления топлива. Вокруг топливного инжектора по окружности с одинаковым шагом расположены патрубки подвода воздуха. Каждый патрубок выполнен с перфорациями прямоугольного сечения, обращенными к топливному инжектору. Патрубки соединены с компрессорным устройством с возможностью регулирования расхода воздуха. Топливный инжектор связан с топливоподающей линией с возможностью регулирования расхода или жидкого или газообразного топлива.
В процессе эксплуатации при постоянных циклических тепловых нагрузках горелочного устройства инфракрасного излучения возможно выгорание сетчатого насадка-излучателя, в результате чего будет необходима его замена на новый сетчатый насадок-излучатель. Это усложняет ремонт и эксплуатацию горелочного устройства инфракрасного излучения.
Подвод первичного воздуха на горение осуществляется без предварительного его подогрева, что может влиять на процесс подготовки топливовоздушной смеси, тем самым создавая условия для некачественной подготовки топливовоздушной смеси, а, следовательно, к химической неполноте сгорания топлива и к уменьшению к.п.д. горелочного устройства инфракрасного излучения.
Задачей полезной модели является обеспечение надежной эксплуатации горелочного устройства инфракрасного излучения.
Поставленная задача решена за счет того, что горелочное устройство инфракрасного излучения также, как в прототипе, содержит корпус с зоной горения, которая заполнена засыпкой в виде пористого неметаллического материала с жаростойкостью до температуры 1500°C, корпус снабжен выходным окном для уходящих газов, запальный элемент установлен внутри засыпки рабочей зоны горения, в центре которой установлен топливный инжектор с перфорациями для распыления топлива, топливный инжектор связан с топливоподающей линией с возможностью регулирования расхода или жидкого или газообразного топлива.
Согласно полезной модели топливный инжектор установлен внутри металлического перфорированного цилиндра рабочей зоны горения, который закреплен внутри корпуса. Между корпусом и перфорированным цилиндром образован воздушный коллектор, к которому подведены штуцеры, которые соединены с компрессорным устройством через регулировочный вентиль. При этом над выходным окном корпуса закреплен сетчатый насадок-излучатель.
В предложенной конструкции в качестве вторичного излучателя выступает металлический перфорированный цилиндр, имеющий высокое сопротивление температурным воздействиям и неравномерностям распределения тепловых потоков в рабочей зоне горения в процессе активного окисления топливовоздушной смеси. Это увеличивает ресурс эксплуатации вторичного излучателя - перфорированного цилиндра в условиях высоких температур, а следовательно, приводит к увеличению ресурса эксплуатации горелочного устройства инфракрасного излучения в целом.
Воздушный коллектор, образованный взаимным расположением перфорированного цилиндра и корпуса относительно друг друга, обеспечивает предварительный подогрев первичного воздуха, идущего на горение за счет теплообмена между перфорированным цилиндром и воздухом. Это улучшает качество подготовки топливовоздушной смеси и обеспечивает полноту сгорания топлива даже при сжигании некондиционных топлив: с высоким содержанием минеральных мелкодисперсных примесей (песок, ржавчина из трубопроводов и резервуаров, солевые отложения, наличие парафина и т.д.) и топлив с неоднородной структурой смеси (фракционное расслоение ее структуры в результате длительного хранения).
Таким образом, предложенное конструктивное решение обеспечивает надежную и эффективную эксплуатацию горелочного устройства инфракрасного излучения.
На фиг. 1 представлен главный вид конструктивной схемы горелочного устройства инфракрасного излучения.
Горелочное устройство инфракрасного излучения состоит из корпуса 1, внутри которого размещен перфорированный цилиндр 2 рабочей зоны горения, внутри которого установлен топливный инжектор 3.
Перфорированный цилиндр 2 рабочей зоны горения выполнен из нержавеющей стали и заполнен засыпкой 4 в виде пористого неметаллического материала с жаростойкостью до 1500°C (например, из криптола, муллита, газобетона и др.). Топливный инжектор 3 представляет собой трубку из нержавеющей стали с перфорациями для распыления топлива, которая через регулировочный вентиль подключена к топливоподающей линии. Между корпусом 1 и перфорированным цилиндром 2 образован пространством воздушный коллектор 5, к которому подведены штуцеры 6, соединенные с компрессорным устройством через игольчатый вентиль. Количество и размер перфораций в цилиндре 2 и в топливном инжекторе 3 зависит от номинальной тепловой мощности горелочного устройства инфракрасного излучения и от размера фракций засыпки 4. Вверху корпуса 1 выполнено выходное окно 7 для отвода дымовых газов, над которым закреплен сетчатый насадок-излучатель 8.
Внутри засыпки 4 перфорированного цилиндра 2 рабочей зоны горения установлен запальный элемент 9.
Пуск горелочного устройства инфракрасного излучения в работу осуществляют с помощью топливного инжектора 3, по которому поступает топливо (жидкое или газообразное). Через перфорации инжектора 3 топливо проникает внутрь засыпки 4 пористого неметаллического материала.
Одновременно, через штуцеры 6, в воздушный коллектор 5 осуществляют подвод воздуха по направлению к топливному инжектору 3 так, что воздушный поток попадает вовнутрь засыпки 4 пористого неметаллического материала. С помощью запального элемента 9 осуществляют розжиг горелочного устройства инфракрасного излучения. Процесс горения протекает в режиме беспламенного, т.к. происходит внутри засыпки 4 пористого неметаллического материала. Перфорированный цилиндр 2 и сетчатый насадок-излучатель 8 обеспечивают вторичное излучение тепловой энергии. Сетчатый насадок-излучатель 8 обеспечивает дожигание горючих газов, образованных в результате углеводородной конверсии в процессе горения. Перфорированный цилиндр 2 и сетчатый насадок-излучатель 8 обеспечивают барьер от возможного уноса частиц засыпки 4 пористого неметаллического материала за счет относительно высоких скоростей воздушных, топливовоздушных потоков. Транспорт дымовых газов осуществляется через выходное окно 7.