RU2069814C1

RU2069814C1 - Infra-red gas heater

Info

Publication number: RU2069814C1
Application number: RU93057493A
Authority: RU
Inventors: О.М. Шехтман; Л.В. Редин; Н.А. Шушин
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Термодин"
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1996-11-27

Abstract

FIELD: power engineering; heating of large rooms; thermal treatment of materials and articles in drying kilns and heat- treating furnaces. SUBSTANCE: radiator 6 is mounted around burner forming passage; it is made in form of Venturi tube changing to smooth- section tube 8; exit section of burner is located before throat of Venturi tube; burner is mounted for longitudinal motion relative to radiator 6; ratio of areas of passage section of gas nozzle 4 and combustion chamber 3 ranges from 20 to 50. EFFECT: enhanced reliability. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехники, а конкретно, к нагревательным устройствам и может быть использовано для обогрева больших помещений, например, фабрик, магазинов, спортивных сооружений, строительных площадок, ангаров, складов, а также для тепловой обработки материалов и изделий в сушильных и термических печах в металлургической, авиационной, машиностроительной и других областях промышленности. The invention relates to the field of heat engineering, and in particular, to heating devices and can be used for heating large rooms, for example, factories, shops, sports facilities, construction sites, hangars, warehouses, as well as for the heat treatment of materials and products in drying and thermal furnaces in metallurgy, aviation, engineering and other industries.

Известна радиационная горелка, содержащая рефлектор, отражающие стенки которого выполнены из металлических листов, под воздействием горелки или горелочной пластины металлические стенки нагревают и осуществляют тепловое излучение. По обе стороны горелочной пластины имеются две расположенные одна против другой отражающие стенки разной ширины. При наклонном размещении горелочной пластины нижняя отражающая стенка выполнена более узкой, чем верхняя отражающая стенка. Широкая отражающая стенка имеет направленный вверх изгиб [1]
Известен газовый нагреватель, ближайший по технической сущности и принятый за прототип, содержащий инжекционную горелку со смесителем, входное сечение которого выполнено регулируемым, пазовое сопло, патрубок подачи воздуха, а на выходе горелки установлен излучатель [2]
Недостатком данной горелки является неустойчивое горение на переменных режимах работы, высокий уровень шума при горении, малая эффективность при использовании и пожароопасность.Known radiation burner containing a reflector, the reflective walls of which are made of metal sheets, under the influence of the burner or burner plate, the metal walls are heated and carry out thermal radiation. On both sides of the burner plate there are two opposite one another reflecting walls of different widths. When the burner plate is tilted, the lower reflective wall is narrower than the upper reflective wall. The wide reflective wall has an upward bend [1]
Known gas heater, the closest in technical essence and adopted for the prototype, containing an injection burner with a mixer, the inlet section of which is adjustable, a slot nozzle, an air supply pipe, and an emitter is installed at the burner outlet [2]
The disadvantage of this burner is unstable combustion in variable modes of operation, high noise during combustion, low efficiency during use and fire hazard.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение эффективности теплоотдачи, снижение уровня шума, повышение устойчивости работы в широком диапазоне изменения режимных параметров и повышение безопасности работы нагревателя. The problem solved by the invention is to increase the efficiency of heat transfer, reducing noise, increasing stability in a wide range of operating parameters and improving the safety of the heater.

Поставленная задача решается тем, что инфракрасный газовый нагреватель содержит инжекционную горелку со смесителем и с регулируемым входным сечением сопла. На выходе горелки установлен излучатель. Новым является то, что излучатель установлен на выходе горелки с образованием канала вокруг нее, выполнен в виде трубы Вентури, переходящей в трубу равномерного сечения. При этом, выходное сечение горелки расположено до горла трубы Вентури. Горелка установлена с возможностью перемещения вдоль оси относительно излучателя. Отношение площадей сопла подвода газа к площади камеры смешения составляет 20-50. The problem is solved in that the infrared gas heater contains an injection burner with a mixer and with an adjustable inlet section of the nozzle. An emitter is installed at the burner outlet. What is new is that the emitter is installed at the outlet of the burner with the formation of a channel around it, made in the form of a Venturi pipe passing into a pipe of uniform cross section. At the same time, the outlet section of the burner is located up to the neck of the venturi. The burner is mounted to move along the axis relative to the emitter. The ratio of the areas of the gas supply nozzle to the area of the mixing chamber is 20-50.

Патрубок подвода воздуха установлен на входе камеры смешения с образованием кольцевого сопла подвода газа вокруг него и с возможностью перемещения вдоль продольной оси. При этом, вход в камеру смешения спрофилирован. На выходе излучателя может быть установлен диффузор. Кроме того, нагреватель может быть установлен под углом до 5 к горизонтальной плоскости. An air supply pipe is installed at the inlet of the mixing chamber with the formation of an annular gas supply nozzle around it and with the possibility of movement along the longitudinal axis. At the same time, the entrance to the mixing chamber is profiled. A diffuser can be installed at the output of the emitter. In addition, the heater can be installed at an angle of up to 5 to the horizontal plane.

На фиг. 1 представлен поперечный разрез инфракрасного газового нагревателя. In FIG. 1 is a cross-sectional view of an infrared gas heater.

На фиг. 2 представлено сопло подвода газа в камеру смешения горелки. In FIG. 2 shows a nozzle for supplying gas to the burner mixing chamber.

Инфракрасный газовый нагреватель включает инжекционную горелку, содержащую входное устройство воздуха (патрубок) 1, представляющее собой патрубок с конфузорным входом, установленный с возможностью перемещения вдоль оси в передней стенке корпуса форкамеры 2 (например, на резьбе). Входное устройство подачи воздуха 1 установлено в камере смешения 3 с образованием кольцевого сопла 4 вокруг него для подвода газа в камеру смешения 3. Газ подается через патрубок 5 в форкамеру 2, охватывающую входное устройство подачи воздуха 1 и часть камеры смешения 3. На выходе камеры смешения 3 горелки установлен излучатель 6 с образованием канала вокруг нее. Излучатель выполнен в виде трубы Вентури 7, переходящей в трубу равномерного сечения 8, на выходе которой установлен диффузор 9. Выходное сечение горелки расположено до горла трубы Вентури 7. Горелка установлена с возможностью перемещения вдоль оси относительно излучателя 6. Для чего излучатель 6 на пилонах 10 закреплен с втулкой 11, которая установлена на горелке посредством, например, резьбового соединения. Отношение площадей сопла 4 подвода газа к площади камеры смешения 3 составляет 20-50. Входная кромка камеры смешения 3 выполнена спрофилированной таким образом, что при перемещении вдоль оси входного устройства подвода воздуха 1 площадь проходного сечения сопла 4 подачи газа будет изменяться. An infrared gas heater includes an injection burner containing an air inlet device (pipe) 1, which is a pipe with a confuser inlet, mounted for movement along the axis in the front wall of the chamber 2 (for example, on a thread). The inlet air supply device 1 is installed in the mixing chamber 3 with the formation of an annular nozzle 4 around it for supplying gas to the mixing chamber 3. Gas is supplied through the pipe 5 to the prechamber 2, covering the inlet air supply 1 and part of the mixing chamber 3. At the outlet of the mixing chamber 3 burner mounted emitter 6 with the formation of a channel around it. The emitter is made in the form of a Venturi pipe 7, passing into a pipe of uniform cross section 8, at the outlet of which a diffuser 9 is installed. The output section of the burner is located up to the neck of the Venturi pipe 7. The burner is installed with the possibility of movement along the axis relative to the emitter 6. For this, the emitter 6 on the pylons 10 fixed with a sleeve 11, which is mounted on the burner by, for example, a threaded connection. The ratio of the areas of the nozzle 4 of the gas supply to the area of the mixing chamber 3 is 20-50. The input edge of the mixing chamber 3 is made profiled in such a way that when moving along the axis of the input air supply device 1, the passage area of the gas supply nozzle 4 will change.

Работает инфракрасный газовый нагреватель следующим образом. The infrared gas heater operates as follows.

Газ с низким давлением Р_o 5-200 мм вод. столба подается в форкамеру 2 по патрубку 5 и через кольцевое сопло 4 поступает в камеру смешения 3. Скорость истечения газа из сопел достигает 60-70 м/с. Высокоскоростная струя газа подсасывает воздух из атмосферы через входное устройство подачи воздуха 1. Проходная площадь кольцевого сопла 4 подвода газа может регулироваться перемещением в осевом направлении входного устройства подвода воздуха 1. Соотношение площадей сопла и площади камеры смешения составляет 20-50, что обеспечивает коэффициент эжекции объемной примерно 5-8. В камере смешения 3 газ и воздух постепенно смешиваются, образуя на срезе камеры смешения горячую смесь со скоростью смеси до 8-12 м/с. Излучатель 6, расположенный на выходе из горелки, эжектирует вторичный воздух из атмосферы. При этом срез камеры смешения 3 расположен до горла трубы Вентури в зоне низких скоростей вторичного потока воздуха, подсасываемого из атмосферы, что предотвращает отрыв пламени от среза камеры смешения 3 горелки. Смесь поджигается устройством воспламенения, например, запальником (на фиг. не показан)). Так как скорость движения смеси более чем на порядок превышает нормальную скорость распространения пламени 40-60 см/с, то горение образуется в слое смешения струи, истекающей из горелки частичного смешения и потоком воздуха подсасываемой этой струей. Оба потока движутся спутно, вследствие чего замедляется скорость смешения потоков, а длина пламени увеличивается (до 2 м). Постепенное смешение и постепенное сгорание по длине нагревателя 6 дает возможность избежать зон локального перегрева трубы нагревателя 6, получить равномерную температуру нагрева на большой длине (до 3 м). Высокая скорость истечения из горелки частичного смешения позволяет получить коэффициент эжекции 2-3 при полном давлении смеси до 200 Па. Этого давления достаточно, чтобы организовать поток в трубе нагревателя длиной до 60-70 диаметров трубы. Выхлоп из нагревателя 6 может осуществляться непосредственно в помещении, если свободной конвекцией продукты сгорания удаляются из помещения. Выхлоп может осуществляться в коллектор, если используется несколько излучателей. При этом, дополнительная вытяжка осуществляется дутьевым вентилятором или другим способом.Gas with low pressure P _o 5-200 mm of water. the column is fed into the prechamber 2 through the nozzle 5 and through the annular nozzle 4 enters the mixing chamber 3. The velocity of the gas outflow from the nozzles reaches 60-70 m / s. A high-speed gas jet draws air from the atmosphere through the air inlet 1. The passage area of the annular gas supply nozzle 4 can be controlled by moving in the axial direction of the air inlet 1. The ratio of the nozzle area to the mixing chamber area is 20-50, which ensures a volumetric ejection coefficient about 5-8. In the mixing chamber 3, gas and air are gradually mixed, forming a hot mixture at a section of the mixing chamber with a mixture velocity of up to 8-12 m / s. The emitter 6, located at the outlet of the burner, ejects secondary air from the atmosphere. In this case, the slice of the mixing chamber 3 is located up to the throat of the venturi in the low-velocity zone of the secondary stream of air drawn in from the atmosphere, which prevents the flame from breaking off from the slice of the mixing chamber 3 of the burner. The mixture is ignited by an ignition device, for example, a pilot light (not shown in FIG.)). Since the speed of the mixture is more than an order of magnitude higher than the normal flame propagation speed of 40-60 cm / s, combustion is formed in the mixing layer of the jet flowing out of the partial mixing burner and sucked up by this stream of air. Both flows move in a satellite, as a result of which the mixing rate of the flows slows down, and the flame length increases (up to 2 m). Gradual mixing and gradual combustion along the length of the heater 6 makes it possible to avoid zones of local overheating of the heater pipe 6, to obtain a uniform heating temperature over a long length (up to 3 m). The high velocity of the partial mixing burner from the burner makes it possible to obtain an ejection coefficient of 2-3 at a total mixture pressure of up to 200 Pa. This pressure is enough to organize the flow in the heater pipe up to 60-70 pipe diameters. The exhaust from the heater 6 can be carried out directly in the room, if free convection products of combustion are removed from the room. The exhaust can be carried out in the collector if several emitters are used. In this case, an additional hood is carried out by a blower fan or in another way.

Таким образом, применение горелки частичного смешения с входом газа по периферии канала и с последующим подсосом вторичного воздуха позволяет организовать устойчивое горение при давлении газа Р₀ ≈ 50-2500 Па, что соответствует запасу устойчивости горелки ≈ 7. Обычные горелки полного смешения имеют запас около 3. Вследствие малых скоростей перемешивания, увеличивается длина пламени, что дает более равномерный нагрев излучающей трубы, что увеличивает эффективность теплообмена. Вследствие низких скоростей потока и ламинарного, диффузного горения, горелка становится практически бесшумной. Вследствие расположения горелки до трубы Вентури, горелка практически не реагирует на колебания давления в выхлопной системе в широком диапазоне давлений Δp~ 100-300 Па. Горелка неопасна в пожарном отношении. При срыве пламени и отказе системы автоматики коэффициент эжекции вторичного воздуха увеличивается, смесь обедняется. Выброс бедной смеси из горелки излучателя может не вызвать опасности ее возгорания, так как концентрация газа может уменьшиться до 4% и менее.Thus, the use of a partial mixing burner with a gas inlet along the periphery of the channel and subsequent suction of secondary air makes it possible to organize stable combustion at a gas pressure of P ₀ ≈ 50-2500 Pa, which corresponds to a burner stability margin of ≈ 7. Conventional full mixing burners have a margin of about 3 Due to the low mixing speeds, the flame length increases, which gives a more uniform heating of the emitting pipe, which increases the heat transfer efficiency. Due to low flow rates and laminar, diffuse combustion, the burner becomes virtually silent. Due to the location of the burner up to the venturi, the burner practically does not respond to pressure fluctuations in the exhaust system over a wide pressure range Δp ~ 100-300 Pa. The burner is fire hazardous. In case of flame failure and failure of the automation system, the secondary air ejection coefficient increases, the mixture becomes leaner. The ejection of a lean mixture from the burner of the emitter may not cause a risk of ignition, since the gas concentration may decrease to 4% or less.

При установке инфракрасного газового нагревателя под углом до 5^o к горизонтальной плоскости появляется дополнительная тяга за счет перепада давлений из-за разности высоты установки входа и выхода.When you install an infrared gas heater at an angle of up to 5 ^o to the horizontal plane, additional traction appears due to the pressure drop due to the difference in the height of the input and output.

Кроме того, при горизонтальной установке нагревателя, образующийся при охлаждении продуктов сгорания на выходе из нагревателя конденсат выливается. В этом случае нагреватель должен быть снабжен устройством для сбора конденсата. При установке нагревателя под углом 5^o конденсат не выливается, что повышает удобство эксплуатации инфракрасного газового нагревателя.In addition, when the heater is installed horizontally, condensate formed during cooling of the combustion products at the outlet of the heater is poured out. In this case, the heater should be equipped with a condensate collection device. When installing the heater at an angle of 5 ^o condensate does not pour out, which increases the usability of the infrared gas heater.

Claims

1. An infrared gas heater containing an injection burner with a mixer, the inlet cross section of which is adjustable, a gas nozzle, an air supply pipe, and an emitter installed at the outlet of the burner, characterized in that the emitter is installed around the burner to form a channel and is made in the form of a Venturi pipe, passing into the pipe of uniform cross section, while the output section of the burner is located up to the throat of the venturi, the burner is installed with the possibility of longitudinal movement relative to the emitter, and the ratio oschadey passage section of the gas nozzle and the mixing chamber 50 is 20.

2. The heater according to claim 1, characterized in that the air supply pipe is introduced into the inlet section of the mixing chamber with the formation of an annular nozzle around it for gas supply and is mounted with the possibility of longitudinal movement, while the entrance to the mixing chamber is profiled.

3. The heater according to claim 1, characterized in that a diffuser is installed at the output of the emitter.

4. The heater according to claim 1, characterized in that it can be installed at an angle of up to 5 ^o to the horizontal plane.