RU2084762C1

RU2084762C1 - Infrared radiation burner

Info

Publication number: RU2084762C1
Application number: RU94024408A
Authority: RU
Inventors: Юрий Александрович Жебрак; Владимир Иванович Сорокин; Александр Владимирович Стопневич; Владимир Андреевич Вязков
Original assignee: Юрий Александрович Жебрак; Владимир Иванович Сорокин; Александр Владимирович Стопневич; Владимир Андреевич Вязков
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1997-07-20

Abstract

FIELD: industry and agriculture; heating and drying systems; drying of paint coatings, local heating of parts; heating of industrial and farm locations. SUBSTANCE: burner consists of housing 1, infrared radiation reflector 2, injector consisting of gas nozzle 3 and mixer 4, reflector 5 with shelf 6, radiating ceramic attachment 7 with flat inlet and radiating surfaces and gauze 8. Ceramic radiating attachment is provided with square holes uniformly distributed over its surface. Passage area of holes is smaller than critical one according to flame overshoot, with summary area of hole cross section being 0.35-0.75 of attachment area. Summary through section of holes of gauze is 0.5-0.7 of total area of its surface. Guaze is set at a distance from attachment 10 to 20 times greater than sine of side of attachment holes. Reflector is secured after mixing tube, diameter D, square to its axis. Reflector is made in form of plate with shelf bent towards injector. Reflector is installed at a distance 2.5-3.0 times exceeding diameter D. Area of plate is 2.5-3.0 times greater than cross-section of mixing tube. Area of shelf is 0.1-0.2 of plate area. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике сжигания газа в горелках инфракрасного излучения и может быть использовано в системах отопления, сушки и нагрева, например, для отопления рабочих зон промышленных и сельскохозяйственных помещений, сушки лакокрасочных покрытий, местного нагрева изделий и пр. The invention relates to techniques for burning gas in infrared burners and can be used in heating, drying and heating systems, for example, for heating working areas of industrial and agricultural premises, drying coatings, local heating of products, etc.

Известна промышленная горелка (патент США N 5174744 от 29.12.92 г.) с низкими выбросами СО и О_x в атмосферу, которая состоит из узла смешения топлива и окислителя, горелочной перфорированной плиты, над которой происходит сжигание газа, и легкого сетчатого экрана, который нагревается пламенем горелки и способствует окислению СО в СО₂, уменьшая выбросы СО в атмосферу, при этом экран устанавливается над горелочной плитой на расстоянии, зависящем от длины пламени. Снижение выбросов СО позволяет сжигать топливо в низкотемпературном рассредоточенном факеле, что обеспечивает пониженное образование NO_x.Known industrial burner (US patent N 5174744 from 12.29.92) with low emissions of CO and O _x into the atmosphere, which consists of a unit for mixing fuel and oxidizer, a burner perforated stove over which gas is burned, and a light mesh screen, which heated by the flame of the burner and promotes the oxidation of CO in CO ₂ , reducing emissions of CO in the atmosphere, while the screen is installed above the burner stove at a distance depending on the length of the flame. Reducing CO emissions allows you to burn fuel in a low-temperature dispersed flare, which provides reduced formation of NO _x .

Недостатком такой горелки является специальное покрытие сетчатого экрана керамической пеной, что существенно усложняет изготовление горелки. The disadvantage of this burner is the special coating of the mesh screen with ceramic foam, which greatly complicates the manufacture of the burner.

Известен также излучающий нагреватель (патент США N 5139415 от 18.08.92 г.), состоящий из корпуса, который включает в себя трапецеидальный рефлектор излучения, инжектора, состоящего из инжектирующего газового сопла и смесительной трубы, горелочной излучающей насадки и сетки. Смесительная труба расположена в корпусе таким образом, что продукты сгорания, образующиеся в горелке, нагревают газовоздушную смесь перед попаданием в излучающую насадку, что увеличивает эффективность работы горелки за счет снижения давления газа и уменьшения расходов на производство и ремонт. Also known is a radiating heater (US patent N 5139415 from 08/18/92), consisting of a housing that includes a trapezoidal radiation reflector, an injector consisting of an injection gas nozzle and a mixing pipe, a burner emitting nozzle and a grid. The mixing pipe is located in the housing so that the combustion products formed in the burner heat the gas-air mixture before it enters the emitting nozzle, which increases the efficiency of the burner by reducing gas pressure and reducing the cost of production and repair.

Недостатком такой горелки является сложность конструкции и увеличение NO_x в продуктах сгорания за счет увеличения температуры газовоздушной смеси и зоны горения.The disadvantage of this burner is the design complexity and an increase in NO _x in the combustion products due to an increase in the temperature of the gas-air mixture and the combustion zone.

Известна также ветроустойчивая газовая горелка (Авторское свидетельство N 177017, кл. F 23 D 14/4, 1965), состоящая из корпуса с примыкающим к нему рефлектором, инжектора в виде газового сопла и размещенной во входном участке корпуса смесительной трубы, отражателя, расположенного напротив среза последней, и, размещенных в выходном участке корпуса с образованием камеры горения керамической излучающей насадки с плоскими входной и излучающей поверхностями и сетки и специального кожуха, который совместно с корпусом и рефлектором с отверстиями образует стабилизирующую работу инжектора камеру. Предложенная конструкция обеспечивает повышенную ветроустойчивость за счет постоянного перепада давления в камере независимо от величины динамического напора ветра. A wind-resistant gas burner is also known (Author's certificate N 177017, class F 23 D 14/4, 1965), consisting of a housing with an adjacent reflector, an injector in the form of a gas nozzle and a mixing pipe located in the inlet section of the housing, a reflector located opposite a cut of the latter, and placed in the output section of the housing with the formation of a combustion chamber of a ceramic radiating nozzle with flat inlet and radiating surfaces and a grid and a special casing, which together with the housing and the reflector with holes form t stabilizing the operation of the injector chamber. The proposed design provides increased wind resistance due to the constant pressure drop in the chamber, regardless of the magnitude of the dynamic pressure of the wind.

Недостатком такой горелки является сложность конструкции и возможность недожога и повышенного образования CO за счет попадания продуктов сгорания в отверстия рефлектора. The disadvantage of this burner is the design complexity and the possibility of underburning and increased formation of CO due to the ingress of combustion products into the holes of the reflector.

Целью изобретения является снижение выбросов CO и NO_x в атмосферу.The aim of the invention is to reduce emissions of CO and NO _x in the atmosphere.

Поставленная цель достигается тем, что отражатель выполнен в виде закрепленной параллельно выходному срезу смесительной трубки пластины с отогнутой в сторону последней полкой и удален от смесительной трубки на расстояние, превышающее в 2,5.3,0 раза ее диаметр, пластина выполнена с площадью, превышающей в 2,5.3,0 раза сечение смесительной трубки, ее полка - с площадью, составляющей 0,1. 0,2 от площади пластины, насадка выполнена с равномерно распределенными по ее поверхности отверстиями квадратного профиля, имеющими суммарную площадь проходного сечения, составляющую 0,35.0,70 от площади ее поверхности, каждое отверстие выполнено с проходным сечением, меньшим критического по проскоку пламени, сетка выполнена с суммарным проходным сечением отверстий, составляющим 0,5.0,7 от общей площади ее поверхности, и удалена от насадки на расстояние, превышающее в 10.20 раз величину стороны профиля отверстий насадки. The goal is achieved in that the reflector is made in the form of a plate fixed parallel to the output section of the mixing tube with the last shelf bent to the side and removed from the mixing tube by a distance exceeding 2.5.3.0 times its diameter, the plate is made with an area exceeding 2 , 5.3.0 times the cross section of the mixing tube, its shelf with an area of 0.1. 0.2 of the plate area, the nozzle is made with square-shaped openings evenly distributed over its surface, having a total passage area of 0.35.0.70 of its surface area, each hole is made with a passage section smaller than the critical distance through the flame, mesh made with a total bore hole cross section of 0.5.0.7 of the total surface area thereof and is removed from the nozzle by a distance exceeding 10.20 times the side size of the nozzle hole profile.

Предложенное решение ведет к тому, что зона горения сокращается за счет равномерности распределения смеси по всей поверхности насадки и время пребывания в высокотемпературной зоне снижается, что ведет к уменьшению образования NO_x. В то же время сжигание газа в камере между поверхностями насадки и сетки обеспечивает оптимальные условия сжигания газа без образования CO.The proposed solution leads to the fact that the combustion zone is reduced due to the uniform distribution of the mixture over the entire surface of the nozzle and the residence time in the high temperature zone is reduced, which leads to a decrease in the formation of NO _x . At the same time, gas combustion in the chamber between the surfaces of the nozzle and the grid provides optimal conditions for gas combustion without the formation of CO.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не выявило признаки, подобные заявляемым, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in the art did not reveal signs similar to the claimed, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences".

Предлагаемое техническое решение отображено на прилагаемом чертеже, на котором представлен продольный разрез горелки и выделен элемент керамической излучающей насадки. The proposed technical solution is shown in the attached drawing, which shows a longitudinal section of the burner and highlighted the element of the ceramic radiating nozzle.

Горелка инфракрасного излучения состоит из корпуса 1, рефлектора инфракрасного излучения 2, инжектора, состоящего из газового сопла 3 и смесителя 4, отражателя 5 с полкой 6, излучающей керамической насадки 7 и сетки 8. The infrared burner consists of a housing 1, an infrared reflector 2, an injector consisting of a gas nozzle 3 and a mixer 4, a reflector 5 with a shelf 6, a radiating ceramic nozzle 7 and a grid 8.

Горелка работает следующим образом. Все элементы горелки крепятся в корпусе 1, к которому примыкает рефлектор инфракрасного излучения 2, имеющий трапецеидальное сечение. Газ, вытекая из сопла 3 в смесительную трубку 4, инжектирует необходимое количество воздуха, образуя газовоздушную смесь требуемого состава. За смесительной трубкой на расстоянии "K", равном 2,5 - 3,0 диаметра трубы "D", закрепляется отражатель 5, выполненный в виде пластины, сечение которой в 2,5 3,0 раза больше сечения смесительной трубки "Г". Отражатель выполнен с полкой 6, обращенной напротив потока газовоздушной смеси, а площадь полки составляет 0,1.0,2 от площади пластины. Подбор конструктивных параметров отражателя и его расположение обеспечивают равномерное распределение газовоздушной смеси по излучающей насадке. The burner operates as follows. All elements of the burner are mounted in the housing 1, which is adjacent to the infrared reflector 2 having a trapezoidal cross section. Gas flowing from the nozzle 3 into the mixing tube 4 injects the required amount of air, forming a gas-air mixture of the required composition. For the mixing tube at a distance "K" equal to 2.5 - 3.0 of the diameter of the pipe "D", a reflector 5 is made, made in the form of a plate, the cross section of which is 2.5 3.0 times the cross-section of the mixing tube "G". The reflector is made with a shelf 6 facing the flow of the air-gas mixture, and the shelf area is 0.1.0.2 of the plate area. The selection of the design parameters of the reflector and its location provide a uniform distribution of the gas-air mixture over the emitting nozzle.

Данное утверждение проиллюстрировано результатами о работе горелки, представленными в табл. 1. This statement is illustrated by the results on the operation of the burner, presented in table. one.

Излучающая керамическая насадка 7 выполнена с плоскими наружными поверхностями и перфорирована равномерно распределенными квадратными отверстиями (dxd), сечение которых меньше критического по проскоку пламени, а суммарная площадь проходного сечения отверстий составляет 0,35.0,75 от площади насадки. Нижнее значение живого сечения насадки ограничивается возрастанием сопротивления насадки, которое может преодолеть инжектор, а верхнее значение ограничивается возможностью стабилизации факела на насадке. Такая конструкция обеспечивает сжигание газа в одинаковых условиях по всей поверхности насадки. The emitting ceramic nozzle 7 is made with flat outer surfaces and is perforated with uniformly distributed square holes (dxd), the cross section of which is smaller than the critical along the flame penetration, and the total passage area of the holes is 0.35.0.75 of the nozzle area. The lower value of the live section of the nozzle is limited by the increase in resistance of the nozzle that the injector can overcome, and the upper value is limited by the possibility of stabilization of the torch on the nozzle. This design provides gas combustion under the same conditions over the entire surface of the nozzle.

За насадкой 7 на расстоянии "H", равном 10.20 размерам стороны отверстия "d", устанавливается сетка 8 с проходным сечением отверстий, равным 0,5.0,7 от площади ее поверхности. Сетка служит для защиты излучающей насадки от повреждений и, главное, для организации камеры, ограниченной наружной поверхностью насадки и внутренней поверхностью сетки, в которой завершается горение газа. Сетка накаляется продуктами сгорания и способствует полному сжиганию газа без образования CO, а за счет обратного излучения на насадку последняя накаляется до температур около 900^oC и становится источником излучения.Behind the nozzle 7, at a distance “H” equal to 10.20 the dimensions of the side of the hole “d”, a mesh 8 is installed with a passage section of the holes equal to 0.5.0.7 from its surface area. The grid serves to protect the emitting nozzle from damage and, most importantly, to organize the chamber, limited by the outer surface of the nozzle and the inner surface of the grid, in which the combustion of gas ends. The grid is heated by combustion products and contributes to the complete combustion of gas without the formation of CO, and due to the reverse radiation on the nozzle, the latter is heated to temperatures of about 900 ^o C and becomes a radiation source.

Выбранные параметры сетки и камеры определяются следующим образом. Нижнее значение живого сечения сетки 0,5 ограничивается увеличением сопротивления горелки, которое не может преодолеть инжектор, а верхнее значение 0,7 ограничивается уменьшением обратного излучения на насадку, в результате чего насадка не накаляется. Нижнее значение размера камеры 10/d ограничивается тем, что при меньшей камере горение не завершается и в продуктах сгорания появляется CO. Верхнее значение 20/d ограничивается уменьшением обратного излучения на насадку: насадка не накаляется и в продуктах сгорания также появляется CO. The selected grid and camera parameters are defined as follows. The lower value of the living cross section of the grid 0.5 is limited by an increase in the resistance of the burner that the injector cannot overcome, and the upper value of 0.7 is limited by a decrease in the backward radiation to the nozzle, as a result of which the nozzle does not glow. The lower value of the size of the chamber 10 / d is limited by the fact that with a smaller chamber the combustion does not end and CO appears in the combustion products. The upper value of 20 / d is limited by a decrease in the return radiation to the nozzle: the nozzle does not glow and CO also appears in the combustion products.

Данное утверждение проиллюстрировано результатами о работе горелки, представленными в табл.2. This statement is illustrated by the results on the operation of the burner, presented in table.2.

Таким образом, все заявляемые элементы горелки направлены на решение поставленной задачи снижение выбросов СО и NO_x: выбранная конструкция отражателя, его параметры и параметры перфорированной насадки обеспечивают равномерное распределение газовоздушной смеси по поверхности насадки и, соответственно, равномерно распределенный узкий фронт горения, а выбранные параметры насадки и сетки обеспечивают полное сжигание газа в объеме камеры, образованной насадкой и сеткой. При этом минимальное время пребывания в зоне горения ведет к минимальным образованиям NO_x, а сжигание в объеме с обратным излучением от сетки к насадке ведет к полному сгоранию газа без образования CO.Thus, all of the claimed burner elements are aimed at solving the problem of reducing CO and NO _x emissions: the selected reflector design, its parameters and the parameters of the perforated nozzle ensure uniform distribution of the gas-air mixture over the nozzle surface and, accordingly, a uniformly distributed narrow combustion front, and the selected parameters nozzles and grids ensure complete combustion of gas in the volume of the chamber formed by the nozzle and grid. In this case, the minimum residence time in the combustion zone leads to minimal NO _x formations, and combustion in a volume with backward radiation from the grid to the nozzle leads to complete combustion of the gas without the formation of CO.

Claims

An infrared burner, comprising a housing with an adjacent reflector, an injector in the form of a gas nozzle and a mixing tube located in the inlet portion of the housing, a reflector made opposite the outlet cut of the latter, and a ceramic emitting nozzle with a flat inlet placed in the outlet portion of the housing to form a combustion chamber and radiating surfaces and a grid, characterized in that the reflector is made in the form of a plate parallel to the output section of the mixing tube with the plate bent to the side the last shelf and removed from the mixing tube by a distance exceeding 2.5 3.0 its diameter, the plate is made with an area exceeding 2.5 3.0 times the cross section of the mixing tube, its shelf with an area of 0.1 0, 2 from the plate area, the nozzle is made with square-shaped openings evenly distributed over its surface, having a total passage area of 0.35 0.75 of its surface area, each hole is made with a passage section smaller than the critical one along the flamethrough, the mesh is made with amounts an aperture through-hole cross section of 0.5 0.7 of the total surface area thereof and is removed from the nozzle by a distance exceeding 10 20 times the size of the side of the profile of the nozzle holes.