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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2272219

STRAHLUNG BRENNER

STRAHLUNG BRENNER

Name des Erfinders: Vladimir Shmelev
Der Name des Patentinhabers: Institut für Chemische Physik. NN RAS Semenov (RU); Vladimir Shmelev
Korrespondenzanschrift: 119991, Moskau, ul. Kossygin, 4, Institut für Chemische Physik der Russischen Akademie der Wissenschaften, der Patentabteilung
Startdatum des Patents: 2004.10.14

Die Erfindung bezieht sich auf ein Energiesystem, nämlich den Strahlungsbrenner kann für private und industrielle Bedürfnisse in verschiedenen thermischen Kraftwerken verwendet werden, im Haushalt und Haushaltsgasherde, Heizungen, Öfen, Öfen und erhöht die Umwelt- und Betriebseigenschaften des Brenners, da sie eine vollständige Verbrennung gewährleistet, Kraftstoff und scharfe Verringerung der Menge an CO in den Verbrennungsprodukten. Strahlungsbrenner umfasst einen Körper in Form einer Gaseinspritzdüse mit einem Mischrohr und einer perforierten Strahlungs Keramikdüse in einem Hohlraum mit einer Querabmessung ausgebildet ist und eine Tiefe von nicht weniger als 10 mm, die perforierte Keramik abstrahlenden Düse als zweistufigen eine einstufige oder mehrere Hohlraum polostey- ausgebildet ist Zellen oder einem zweistufigen System von konzentrischen ringförmigen Vertiefungen ist der Durchmesser oder Querabmessung des Auslaßabschnitts der oberen Stufe nicht mehr als 1,5-fache des Durchmessers oder der Querabmessung des Auslaßabschnitts der unteren Stufe, und die Höhe der oberen Stufe der vollen Tiefe von 0,05-0,95 Hohlraum mit perforiertem Boden und Wände sind untere Stufe Hohlraum.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Energiesystem, nämlich den Strahlungsbrenner und kann für private und industrielle Bedürfnisse in verschiedenen thermischen Kraftwerken, im Haushalt und Haushaltsgasherde, Heizungen, Trockner, Öfen verwendet werden.

Industriebrenner bekannt ist (aus dem US-Patent №5174744 von 29/12/92) mit niedrigem CO und NOx-Emissionen in die Atmosphäre, die aus einer Mischeinheit aus Brennstoff und Oxidationsmittel besteht, die gelochten Keramikplatten (Düsen), bei der das Verbrennungsgas und Licht Maschensieb das heißt, die Brennerflamme erhitzt wird , erhöht sich die Temperatur der Austrittsfläche der Düse und ermöglicht die Oxidation von CO zu CO 2, CO - Emissionen zu reduzieren, und der Bildschirm oberhalb der Brennerplatte in einem Abstand befestigt, der auf der Länge der Flamme abhängt.

Ein Nachteil dieses Brenners ist eine unzureichende Reduktion der Emissionen von Kohlenmonoxid, die schwache mechanische Festigkeit leichten Mesh-Bildschirm und seine Abdeckung in Form einer speziellen Keramikschaum und einem erheblichen Fertigungs Komplikation Brenner.

Strahlungsbrenner bekannt (RU №2066023, F 23 D 14/12, 1994), mit einem Gehäuse mit einem perforierten Deckel aufweist, spielt die Rolle der Strahlung in dem Auslaßabschnitt des Körpers Austrittsdüse versehen Schild.

Ein Nachteil dieses Brenners sind hohe Anforderungen an die thermische und oxidative Stabilität der Schirmkappen, die die Notwendigkeit der Verwendung von teuren Nickelstahlgüten bestimmen. Verfügbarkeit Bildschirmabdeckung erhöht sich der hydraulische Widerstand Verbrennungsstabilität bei niedrigen Kraftstoffdruck verschlechtert, und stellt sicher, Reduktion von Kohlenmonoxid in den Verbrennungsprodukten unter 0,008%.

Industriebrenner bekannt mit einer erhöhten Wärmekapazität des Heizkörpers Temperatur 1473-1723K und eine keramische Düse eine Reihe von rechteckigen Schlitzen hergestellt ist, gemäß der Art von flachen plötzliche Ausdehnung (A.K.Rodin, Gasheizung L Mischgasgemische Brennen:.. Nedra 1987 , s.21-23, Abb.2.4).

Der Nachteil dabei ist die Entstehung einer Rückblende Schlitzbrenner, während die spezifische Wärmebelastung aufgrund übermäßiger Kanalbreite und die Umsetzung in dem Raum zwischen den Leitblechen bei einer hohen thermischen Belastung des Flare-Verbrennungsmodus mit einer hohen Temperatur in der Verbrennungszone zu reduzieren, was zu einer Erhöhung der Stickstoffoxide in dem Rauchgas. Ein weiterer Nachteil ist die geringe mechanische Festigkeit von langen, dünnen Wände zwischen den Kanälen.

Der nächste Lösung des technischen Wesen und erzielte Ergebnis ist ein Brenner Infrarotstrahlung, umfassend ein Gehäuse, einen Injektor in Form einer Gasdüse mit einem Mischrohr und einer Keramik perforiert emittierende Düse konfiguriert ist, eine zusätzliche Funktionsbildschirm und einen Reflektor auszuführen, die in der Volumenkonfiguration in der Form gebildet wird Hohlräume mit einer Querabmessung und einer Tiefe von nicht weniger als 10 mm und werden nur perforiert, oder nur die Bodenwand Hohlraum oder die Wände und der Boden (RF Patent №2151957, Kl. F 23 D 14/12, 2000 YG) (Prototyp).

Die Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisch in einem Brenner erfolgt hauptsächlich in dem Oberflächenbereich innerhalb der emittierenden Hohlräume perforierten Keramikdüsen und Nachverbrennung unverbrannter Komponenten - weit von den Wänden der Hohlräume im Volumen der keramischen Loch emittierenden Düsen.

Der Nachteil des Prototyps Brenner uneben Nachverbrennung von unverbrannten Komponenten auf der Höhe des Hohlraums, und selbst die völlige Abwesenheit von Nachverbrennung der unverbrannten Komponenten in der Nähe des Austrittsabschnitt des Hohlraums gebildet wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine hohe Strahlungsbrenner zu schaffen, die auf die Umweltverträglichkeit und die Leistung verbessert wurde, die vollständige Verbrennung von Kraftstoff und einem starken Rückgang in der Menge an CO in den Verbrennungsprodukten bieten wird, die Verbrennungsstabilität in einem breiten Gasdruckbereich zu verbessern, eine Erhöhung der Strahlungseffizienz und ermöglichen darüber hinaus den Anwendungsbereich zu erweitern Anwendung von Strahlungsbrenner.

Diese Aufgabe wird durch die vorgeschlagene Strahlungsbrenners erzielt, umfassend einen Körper, einen Injektor in Form einer Gasdüse mit einem Mischrohr und einer Keramik perforiert Austrittsdüse in einem Zweikammer-oder mehrstufigen Hohlräume, Zellen oder als ein System von zweistufigen konzentrischen ringförmigen Hohlraum mit einer Querabmessung und Tiefe ausgebildet nicht weniger als 10 mm, der Durchmesser oder die Querschnittsgröße der Ausgangsstufe des oberen Hohlraums nicht mehr als 1,5-fache des Durchmessers oder der Querschnittsgröße des Ausgangshohlraum der unteren Stufe und der oberen Stufenhöhe von 0,05-0,95 der Gesamttiefe des Hohlraums, und Bodenwand und den Hohlraum Bodenstufe perforiert.

Stanzlöcher in der unteren Stufe eines zweistufigen oder mehrstufigen hohlraumZellHohlräume zwischen 0 und 90 ° zum Radius der Innenfläche des Hohlraums (durchgeführt mit dem Auslass) angewinkelt sein.

Untere Ebene perforiert Hohlraum kann aus poröser Keramik gebildet werden.

Die untere Ebene des Hohlraums kann mit einem Spalt von 2 mm zwischen ihnen und mit der zusätzlichen Funktion zum Ausführen eines Gas Verwirblers als ein Satz von ringförmigen Elementen aus Keramik oder Metall gebildet werden.

Konstruktionsmerkmale des vorgeschlagenen Brenner bereitzustellen Verbrennungsgasgemisches in die Hohlräume unter starker Strahlungsrückkopplung von den Wänden der Düsenhohlraum und entfernt von kalter Umgebungsluft in die Verbrennungszone mischen, wodurch die Temperatur der Innenfläche der emittierenden zunimmt Düsenhohlraum, das heißt, erhöht die Strahlungseffizienz, da die zweistufige Hohlraumstruktur es gewährleistet eine vollständige Nachverbrennung unverbrannter Gasbestandteile in die Rezirkulationszone in der zweiten Phase des Hohlraums, wobei aufgrund der geringen Strömungswiderstand aufgrund des Mangels Mesh-Sieb (der Bildschirm selbst die Funktion der Düse) und einen Teil des Gasrückführung wird die Verbrennungsstabilität in einem weiten Bereich von Kraftstoffdruckänderung erhöht. Zusätzlich erhöht aufgrund des Volumens des keramischen Düsenkonstruktion, die Leistungsdichte des Brenners mit dem Auslaßabschnitt des Gerätes. Verbesserung der ökologischen und Betriebseigenschaften des vorgeschlagenen Brenner ermöglicht es Ihnen, den Umfang ihrer Anwendung zu erweitern.

Umsetzung Speisegasgemisch durch die Löcher in der perforierten Düse tangential ausgebildet (Winkel 90 °) zu der radial inneren Oberfläche des Hohlraums oder in einem beliebigen Winkel zu dem Radius in dem Bereich von 0 bis 90 ° (Bereich zu dem Loch gehalten wird), oder führen tangentiale Bewegung des Gasgemisches in den Lücken Verpackung hergestellt als ein Satz von ringförmigen Elementen und erhöht die Verweilzeit der Verbrennungsprodukte in den Hohlräumen, die in einer vollständigeren Verbrennung der Beendigung der chemischen Reaktionen führt.

Die Gestaltung des Bodens der perforierten Stufe Hohlraum des porösen Keramik erheblich vereinfacht und reduziert die Kosten des Brenners Fertigungstechnologie.

Die Vorrichtung vorgeschlagen Strahlungsbrenner auf der beigefügten Figur (Figur 1) gezeigt, die einen Längsschnitt des Brenners mit einer Schütt Keramikdüse zeigt.

STRAHLUNG BRENNER

Strahlungsbrenner (1) besteht aus einem Gehäuse 1, eine Düsen Gasinjektor 2 zu dem Mischrohr 3, der emittierenden Keramikpackung 4 in der Zwei-Volumen gebildet Konfiguration einer Vielzahl von Zwei-Ebenen-Zellhohlräume mit perforiertem Boden und den Wänden des Hohlraums und der unteren Stufe 5 obere Stufe Hohlraum 6 mit einem größeren Durchmesser ungelocht Wänden.

Die emittierende Düse 4, ausgebildet als ein zweistufiges System von konzentrischen Ringelementen mit einem Spalt zwischen ihnen besteht aus einer unteren Stufe 5 und der oberen Stufe größeren Düsendurchmesser 6 4 (Figur 2).

Der Brenner arbeitet wie folgt. Das Gas fließt durch die Düse 2 und dem Mischrohr 3, spritzt eine erforderliche Menge an Luft, ein Gas-Luft-Gemisch mit der gewünschten Zusammensetzung gebildet wird, die dann durch den perforierten Boden Schritt Keramikdüsen (durch seinen Kanal in einem Winkel von 0 ° bis 90 ° zum Radius der Innenfläche des Hohlraums) zugeführt wird und verbrennt innerhalb von Hohlräumen in der Nähe der Innenfläche. Die Oberfläche des Düsenhohlraums auf eine hohe Temperatur erhitzt, als starke Quelle von Infrarotstrahlung. Ein Teil der Strahlung wird in den konkaven Hohlräumen verriegelt absorbierte Strahlungswände und zur Erhöhung ihrer Temperatur auf 1000-1200 ° C, was wiederum führt zu einer Erhöhung des Strahlungsflusses von der Oberfläche. Dann gelangen die Verbrennungsprodukte durch die obere Ebene der Keramikdüse ausgebildet ist, in einem nicht-perforierten Teil des Hohlraums mit einem größeren Durchmesser. Wenn der Überlauf von Verbrennungsprodukten aus dem Hohlraum unten zu der oberen Stufe mit einer scharfen Änderung in der Querschnittsdurchmesser in der Nähe der Bodenwand der oberen Stufe Rezirkulationsfluss (Drehungen) mit, wobei die Verweilzeit der wandnahen Schicht der Verbrennungsprodukte bei hoher Temperatur zunimmt. Dies führt zur Nachverbrennung unverbrannter Komponenten erzeugt, insbesondere in Verbrennungsgas an der Oberseite der Lochstufe Düse. Die konkave Form und eine große Tiefe der Düsenhohlräume Körbe in eine Zone der chemischen Reaktion der kalten Umgebungsluft mischt und hohe Temperatur der Produkte in den beiden Hohlraumstufen beizubehalten, jedoch nicht mehr als 1200 ° C in einem Abstand von 10 mm von der Oberfläche sorgt für eine vollständige Perfektion von chemischen Reaktionen, einschließlich Oxidation des CO zu CO 2 und in nennenswerten Mengen an Stickoxiden führt nicht.

Bei dem Aufbau des Gasbrenners in Einsatzgasgemisch durch die Löcher in der Lochdüsenstufe gebildet tangential oder in einem Winkel zum Radius der Innenfläche des Hohlraums (Winkeländerung zwischen 0 und 90 °) oder in der Konstruktion eines Gasbrenners mit einer Düse wird der perforierte Abschnitt davon hergestellt in ein Satz von ringförmigen Elementen aus Keramik oder Metall mit einem Spalt von 2 mm zwischen ihnen und die zusätzliche Funktion der Gas Verwirbler, die Verbrennungsprodukte innerhalb der Strahlungskammer bewegen sich auf Spiralbahnen auszuführen, während sie sich innerhalb des Hohlraums erhöht wird und dies führt vollständiger Beendigung der chemischen Reaktionen im Inneren des Hohlraums.

Ausgewählte Parameter der Keramikdüsen sind wie folgt definiert. Die Tiefe der konkaven Vertiefungen Keramikdüsen, einschließlich der Länge der Unterseite der perforierten oberen und nicht perforierten Teile der Düse mindestens 10 mm, vergleichbar mit der Länge der Nachverbrennung CO Bereich stellt Beendigung der chemischen Reaktionen unter den Bedingungen, die sie "Härtung" aufgrund der Beseitigung des Eindringens von kalter Umgebungsluft auszuschließen chemische Reaktionszone. Große Querabmessung der Hohlräume sind nicht weniger als 10 mm, ist es möglich, die Bodenwand und die Düsenhohlräume große Anzahl von zylindrischen Kanälen mit kleinem Durchmesser (weniger als 2 mm) und definiert einen geringen hydraulischen Widerstand gegen den Fluss der Verbrennungsprodukte zu perforieren, die Verbrennungsstabilität in einem breiten Bereich der Kraftstoffströmung erhöht.

Konstruktion von bulk Köpfe mit Hohlräumen perforierten Abschnitt davon als ein Satz von ringförmigen Elemente mit einem Spalt dazwischen gebildet wird (siehe Fig. 2), hat den zusätzlichen Vorteil in Bezug auf die Herstellbarkeit und die Einfachheit der Herstellung, erlaubt es, das Problem zu lösen und das genannte technische Ergebnis zu erzielen.

Experimentelle Studien haben Strahlungsbrenner vorgeschlagen, in Form von Prototypen realisiert und als eine einzige konkave Hohlraum hexagonal konstantem Querschnitt voller Tiefe von 50 mm und einer Querabmessung der unteren Ebene von 55 mm mit flachen perforierten Wandstrahlungshöhe von 40 mm und einer nicht perforierten oberen Stufe mit dem Kreuz 65 mm durchgeführt und Höhe 10 mm, zeigte, daß ein solcher Brenner hohe Energie- und Umweltparameter aufweist. Brenngas mit einem stabilen Betrieb des Brenners in einem weiten Bereich von Gasströmungsrate gehalten wird , bis zu extrem niedrig , wenn die spezifische Wärmekapazität von 30-50 kW / m 2, und die Oberflächentemperatur erreicht einen hohen - bis zu 1200 ° C im normalen Betriebsmodus mit dem Strahlungswirkungsgrad 60 65% auf ein Rekordtief CO-Konzentration im Verbrennungsprodukten - weniger als 0,0001%.

Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn das Verbrennungsgas emittierenden Düsen, perforiertes Teil davon als ein Satz von Metallringelementen mit einem Spalt dazwischen von 0,8 mm gebildet wird.

Somit sind alle Strukturelemente des Brenners sind bei der Lösung dieses Problems und zur Erreichung des genannten technischen Ergebnisses gerichtet - Umwelt- und Betriebsbrennereigenschaften erhöht durch eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs zu gewährleisten und den Fall CO-Menge, die Verbrennungsstabilität in einem breiten Kraftstoffdruckänderungsbereich zu verbessern, erhöhen ihre Strahlungseffizienz, und Bereitstellen Verarbeitbarkeit und Leichtigkeit der Herstellung des Brenners.

FORDERUNGEN

1. Strahlungsbrenner, umfassend ein Gehäuse, eine Gaseinspritzdüse mit einem Mischrohr und einer perforierten Strahlungs Keramikdüse in einem einzigen Zwei-Hohlraum ausgebildet ist, zweistufigen oder Mehrzellen-Hohlräumen, oder als zweistufiges System konzentrischer ringförmiger Hohlraum mit einer Querabmessung und einer Tiefe von nicht der Durchmesser oder die Querschnittsgröße der Ausgangsstufe des oberen Hohlraums kleiner als 10 mm ist, nicht mehr als 1,5-mal höher als der Durchmesser oder die Querabmessung der Austrittsabschnitt des Hohlraums und der unteren Stufenhöhe der oberen Stufe von 0,05-0,95 volle Tiefe des Hohlraumes, und Bodenwand und den Hohlraum Bodenstufe sind perforiert.

2. Strahlungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher in einem zweistufigen oder mehrstufigen cavity-Zellstadium Kavitäten abgewinkelte zwischen 0 und 90 ° zum Radius der Innenfläche des Hohlraums Unterseite perforiert.

3. Strahlungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Stufe perforiert Hohlraum poröser Keramik.

4. Strahlungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siebboden Hohlraum Ebene als ein Satz von ringförmigen Elementen aus Keramik oder Metall mit einem Spalt von 2 mm zwischen ihnen und mit der Zusatzfunktion ausgebildet ist, eine Gas Verwirbler auszuführen.

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Erscheinungsdatum 29.01.2007gg