RU183750U1 - Pre-mix gas burner - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к горелкам предварительного смешивания, может применяться для систем нагрева воздуха. Снижение количества вредных веществ, выделяемых при горении топлива, достигается за счет того, что внутри пламенной трубы соосно с ней установлен конус. Вершина конуса направлена к входному отверстию пламенной трубы. Конус расположен вдоль всей перфорированной части трубы. Вокруг трубы установлен сетчатый насадок, выполненный из жаропрочных волокон сплава FeCrAl. 2 фиг.

The utility model relates to pre-mix burners and can be used for air heating systems. Reducing the amount of harmful substances released during fuel combustion is achieved due to the fact that a cone is mounted coaxially with the inside of the flame tube. The top of the cone is directed towards the inlet of the flame tube. The cone is located along the entire perforated part of the pipe. Around the pipe is a mesh nozzle made of heat-resistant fibers of the FeCrAl alloy. 2 of FIG.

Description

Полезная модель относится к устройству газовых горелок, в частности к горелкам предварительного смешивания. Может применяться для систем автономного нагрева воздуха, работающих на природном газе, и предназначенных, например, для нагрева жилых и производственных помещений при обеспечении низкого уровня вредных веществ в продуктах сгорания газового топлива.The invention relates to the arrangement of gas burners, in particular to premix burners. It can be used for autonomous air heating systems operating on natural gas and intended, for example, for heating residential and industrial premises while ensuring a low level of harmful substances in the combustion products of gas fuel.

Известна воздушно-газовая горелка по патенту Китая на полезную модель №204114941, F23D 14/02, 2014. Горелка содержит воздушно-топливные смесители, соединенные с центробежными вентиляторами, соединительный фланец и двухслойную бесшовную трубу, расходомер воздуха, впускное отверстие для газа снабжено газовым клапаном. Для обеспечения полного сгорания и сокращения выбросов оксидов азота и окиси углерода горелка выполнена с возможностью управления потоком газа в соответствии с потоком воздуха с помощью дроссельного клапана. Газоснабжение можно отключить с помощью отсечного клапана, чтобы обеспечить требуемое соотношение при смешивании воздуха и газа. Недостатком является сложность системы регулирования подачи газа на горение, сложность обеспечения равномерного горения вдоль поверхности дымовой трубы.Known air-gas burner according to China patent for utility model No. 204114941, F23D 14/02, 2014. The burner contains air-fuel mixers connected to centrifugal fans, a connecting flange and a two-layer seamless pipe, the air flow meter, the gas inlet is equipped with a gas valve . To ensure complete combustion and reduce emissions of nitrogen oxides and carbon monoxide, the burner is configured to control the gas flow in accordance with the air flow using a throttle valve. The gas supply can be turned off using the shut-off valve to ensure the desired ratio when mixing air and gas. The disadvantage is the complexity of the system for regulating the supply of gas for combustion, the difficulty of ensuring uniform combustion along the surface of the chimney.

Известна горелка газовая с цилиндрической трубой горелки по международной заявке на изобретение WO2017194394. В цилиндрической трубе горелки находится смесительная камера. Впускное отверстие содержит металлическую сетку в форме купола, через которую в смесительную камеру поступает газ. Сгорание газа происходит на поверхности цилиндрической трубы после выхода его из смесительной камеры. Поверхность трубы горелки состоит из перфорированного металлического листа. На части трубы выполнена глухая зона, с отсутствием перфорации. Выходное отверстие трубы закрыто торцевой крышкой. Горелка снабжена электродом зажигания и зондом, измеряющим пламя. Колоша горелки выполнена из металлических волокон. При работе горелки на поверхности калоши стабилизируется пламя. Недостатком является сложность обеспечения равномерного горения по длине цилиндрической трубы, образование вредных веществ в процессе горения.Known gas burner with a cylindrical tube burner according to the international application for the invention WO2017194394. A mixing chamber is located in the cylindrical tube of the burner. The inlet contains a dome-shaped metal mesh through which gas enters the mixing chamber. Gas combustion occurs on the surface of a cylindrical pipe after it leaves the mixing chamber. The surface of the burner pipe consists of a perforated metal sheet. On the part of the pipe a blind zone is made, with no perforation. The pipe outlet is closed with an end cap. The burner is equipped with an ignition electrode and a flame measuring probe. The burner head is made of metal fibers. When the burner is operating, the flame stabilizes on the surface of the galoshes. The disadvantage is the difficulty of ensuring uniform combustion along the length of the cylindrical pipe, the formation of harmful substances in the combustion process.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрана газовая горелка по патенту США на изобретение № 295207, F23D 14/02, 2012, содержащая трубу с покрывающим её элементом, снабженным множеством отверстий. Горелка содержит средство для крепления трубы к камере сгорания, средство подачи газа-окислителя. Внутри трубы расположено устройство для возможности подачи минимального количества газа. Устройство содержит вогнутый элемент с боковыми стенками и дном, наконечник канала подачи газа с множеством отверстий, искровой электрод и зонд. Недостатком является сложность обеспечения равномерного горения вдоль поверхности трубы, приводящая к не полному сгоранию топлива на определенных участках и повышенному выделению вредных веществ.As the closest analogue to the claimed technical solution, a gas burner according to the US patent for invention No. 295207, F23D 14/02, 2012, containing a pipe with a covering element provided with many holes, was selected. The burner contains means for attaching the pipe to the combustion chamber, means for supplying an oxidizing gas. Inside the pipe there is a device for supplying a minimum amount of gas. The device contains a concave element with side walls and a bottom, a tip of the gas supply channel with many holes, a spark electrode and a probe. The disadvantage is the difficulty of ensuring uniform combustion along the surface of the pipe, leading to incomplete combustion of fuel in certain areas and increased emission of harmful substances.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении количества вредных веществ, выделяемых при горении топлива.The technical result of the claimed invention is to reduce the amount of harmful substances released during fuel combustion.

Технический результат достигается за счет того, что в газовой горелке предварительного смешивания, содержащей смеситель с входным отверстием для подачи газа, вентилятор, перфорированную пламенную трубу, вокруг которой с зазором установлен сетчатый насадок, согласно изобретению, внутри пламенной трубы соосно с ней установлен конус, вершина конуса направлена к входному отверстию пламенной трубы, конус расположен вдоль всей перфорированной части трубы, сетчатый насадок выполнен из жаропрочных волокон сплава FeCrAl.The technical result is achieved due to the fact that in the gas burner pre-mixing, containing a mixer with an inlet for supplying gas, a fan, a perforated flame tube, around which a mesh nozzle is installed with a gap, according to the invention, a cone is installed coaxially with the inside of the flame tube, apex the cone is directed to the inlet of the flame pipe, the cone is located along the entire perforated part of the pipe, the mesh nozzle is made of heat-resistant fibers of the FeCrAl alloy.

Технический результат обеспечивается за счет установки конуса внутри пламенной трубы. Расположение конуса вершиной в сторону входного отверстия трубы, вдоль всей её перфорированной части, позволяет равномерно уменьшить площадь её поперечного сечения вдоль всего участка выхода газо-воздушной смеси. При выходе требуемое количество газо-воздушной смеси к концу трубы уменьшается, т.к., часть газо-воздушной смеси уже вышла через выходные отверстия в начале трубы. За счет уменьшения площади сечения трубы вдоль конуса обеспечивается равномерный расход газо-воздушной смеси через отверстия на поверхности пламенной трубы. Это обеспечивает равномерный выход смеси и равномерное сгорание топлива по всей длине трубы, предотвращает неполное сгорание топлива на отдельных участках поверхности трубы. Выполнение сетчатого насадка из жаропрочных волокон сплава FeCrAl позволяет обеспечить процесс каталитического сжигания топлива с низким количеством выделения вредных веществ. Данный материал обладает свойствами катализатора преобразования газо-воздушной смеси в продукты сгорания с выделением тепла и уменьшенным образованием окиси углерода и оксидов азота. Именно совокупность отличительных признаков позволяет обеспечить равные объемы выхода газо-воздушной смеси вдоль трубы и обеспечить равные условия для протекания химических реакций горения вдоль пламенной трубы. Это в свою очередь приводит к минимальным выбросам вредных веществ. The technical result is achieved by installing a cone inside the flame tube. The location of the cone with the apex toward the inlet of the pipe, along its entire perforated part, makes it possible to uniformly reduce its cross-sectional area along the entire exit section of the gas-air mixture. Upon exit, the required amount of gas-air mixture to the end of the pipe decreases, because part of the gas-air mixture has already left through the outlet openings at the beginning of the pipe. By reducing the cross-sectional area of the pipe along the cone, a uniform flow rate of the gas-air mixture through the holes on the surface of the flame pipe is ensured. This ensures a uniform exit of the mixture and uniform combustion of fuel along the entire length of the pipe, prevents incomplete combustion of fuel in individual sections of the pipe surface. The implementation of the mesh nozzle made of heat-resistant fibers of the FeCrAl alloy allows the catalytic combustion of fuel with a low amount of harmful substances to be provided. This material has the properties of a catalyst for converting a gas-air mixture into combustion products with heat generation and reduced formation of carbon monoxide and nitrogen oxides. It is the combination of distinctive features that allows to ensure equal volumes of gas-air mixture output along the pipe and provide equal conditions for chemical combustion reactions along the flame pipe. This in turn leads to minimal emissions of harmful substances.

На фигуре 1 представлено аксонометрическое изображение горелки предварительного смешивания с сетчатым насадком пламенной трубы.The figure 1 presents an axonometric image of the burner pre-mixing with a mesh nozzle of the flame tube.

На фигуре 2 представлено аксонометрическое изображение горелки предварительного смешивания с конусом, установленным внутри пламенной трубы.The figure 2 presents a perspective view of a pre-mixing burner with a cone mounted inside the flame tube.

Горелка предварительного смешивания содержит пламенную трубу 1, смеситель 2 с патрубком для подачи газа 3, присоединенным к системе подачи газа 4. Смеситель 2 соединен с вентилятором 5. Между вентилятором 5 и пламенной трубой 1 установлен переходник 6 и фланцы 7, 8 для установки горелки в камеру сгорания, например, теплообменного блока воздухонагревательного устройства. На фланце 7 установлен патрубок визуального контроля горения 9. Пламенная труба 1 имеет перфорированную часть 10 и гладкую часть 11. Перфорированная часть 10 содержит множество отверстий 12, равномерно нанесенных на поверхность пламенной трубы 1. На гладкой части пламенной трубы 1 расположены датчик контроля пламени 13 и запальный трубопровод 14. Торец пламенной трубы 1 со стороны выходного конца закрыт заглушкой 15. Снаружи пламенной трубы 1 установлен сетчатый насадок 16. Внутри пламенной трубы 1, вдоль её перфорированной части 10, соосно с ней установлен конус 17.The pre-mixing burner contains a flame pipe 1, a mixer 2 with a gas supply pipe 3 connected to a gas supply system 4. The mixer 2 is connected to a fan 5. An adapter 6 and flanges 7, 8 are installed between the fan 5 and the flame pipe 1 to install the burner in a combustion chamber, for example, a heat exchange unit of an air heating device. A pipe for visual control of combustion 9 is installed on the flange 7. The flame pipe 1 has a perforated part 10 and a smooth part 11. The perforated part 10 contains many holes 12 uniformly applied to the surface of the flame pipe 1. On the smooth part of the flame pipe 1, a flame control sensor 13 and ignition line 14. The end face of the flame pipe 1 is closed by a plug 15 on the side of the outlet end 15. A mesh nozzle 16 is installed outside the flame pipe 1. Inside the flame pipe 1, along its perforated part 10, is aligned with the mouth copulating cone 17.

Газовая горелка предварительного смешивания работает следующим образом.The gas burner pre-mixing works as follows.

В смеситель 2 поступает воздух через входное отверстие и природный газ - через патрубок для подачи газа 3. Смеситель 2 выполнен в виде трубы Вентури, и представляет собой металлическую трубу переменного сечения с входным и выходным отверстием. Патрубок для подачи газа 3 расположен перпендикулярно оси смесителя 2. Из смесителя 2 воздух и газ попадают в центробежный вентилятор 5 с корпусом в виде улитки. Вентилятор 5 обеспечивает образование газо-воздушной смеси и подачу требуемого количества воздуха для процесса сжигания топлива. Далее газо-воздушная смесь проходит по переходнику 6. Выходное сечение вентилятора 5, как правило, прямоугольное. Переходник 6 обеспечивает переход с прямоугольного сечения на круглое с сохранением площади сечения и обеспечением равномерного расхода газо-воздушной смеси по длине устройства. Газо-воздушная смесь выходит через отверстия 12 цилиндрической поверхности пламенной трубы 1. Воспламенение газо-воздушной смеси происходит с помощью запального трубопровода 14, подсоединенного к системе подачи газа 4.Площадь входного отверстия трубы равна сумме площадей всех выходных отверстий на поверхности пламенной трубы 1 для того, чтобы количество газо-воздушной смеси прошло через горелку без изменения скорости движения потока. Сечение выходных отверстий 12 на поверхности пламенной трубы 1 выбирают таким образом, что скорость прохождения через них газо-воздушной смеси выше, чем скорость распространения пламени для данной смеси. За счет этого пламя при горении находится на поверхности пламенной трубы 1, и не проникает внутрь неё. При этом весь поток газо-воздушной смеси выходит через отверстия 12пламенной трубы 1, т.к. её выходной конец закрыт заглушкой 15. С помощью конуса 17 уменьшают площадь проходного сечения пламенной трубы 1. Требуемое количество газо-воздушной смеси по длине трубы 1 уменьшается, т.к. часть газо-воздушной смеси уже вышло через выходные отверстия 12. Конусом 17 обеспечивают равномерный расход газо-воздушной смеси через отверстия 12 пламенной трубы 1 путем создания сопротивления потоку газо-воздушной смеси за счет уменьшения проходного сечения пламенной трубы. Конус 17 крепят сваркой. Для обеспечения соосности конуса 17 и пламенной трубы могут дополнительно устанавливать центровочное кольцо. Расположение вершины конуса 17 соответствует началу расположения отверстий 12, а основание конуса 17 расположено в конце расположения отверстий 12 на поверхности пламенной трубы 1.Сетчатый насадок 16 изготавливают из металлических нитей жаропрочных волокон сплава FeCrAl, который имеет название «металло-фибро-ткань». Данный материал обладает свойствами катализатора преобразования газо-воздушной смеси в продукты сгорания с выделением тепла. При нагревании этого материала и попадания на него смеси природного газа с воздухом происходит процесс горения без пламени, при котором газо-воздушная смесь (СН₄+О₂+N₂) превращается в продукты сгорания (СО, СО₂, Н₂О, NO_X) с выделением тепла. При данном процессе количество выделяемых вредных веществ (СО и NO_X) значительно ниже, чем при обычном горении природного газа. После воспламенения смеси на первом этапе происходит обычное пламенное горение. При достижении металло-фибро-тканью сетчатого насадка 16 температуры начала каталитического горения, пламя исчезает, и весь процесс происходит на ткани, без открытого горения. За счет установки конуса 17 и сетчатого насадка 16 исключают образование разных объемов пламени по длине трубы 1, приводящее к различному протеканию химических процессов вдоль трубы 1, и как следствие, к неполному сгоранию топлива и переводят пламенное горение в каталитическое горение. Все процессы при этом происходят на поверхности нитей сетчатого насадка 16, температура которых постоянна, все химические реакции происходят в равных условиях при минимальном выбросе вредных веществ.The mixer 2 receives air through the inlet and natural gas through the pipe for supplying gas 3. The mixer 2 is made in the form of a venturi, and is a metal pipe of variable cross-section with an inlet and outlet. The pipe for supplying gas 3 is located perpendicular to the axis of the mixer 2. From the mixer 2, air and gas enter the centrifugal fan 5 with a housing in the form of a scroll. The fan 5 provides the formation of a gas-air mixture and the supply of the required amount of air for the process of burning fuel. Next, the gas-air mixture passes through the adapter 6. The output section of the fan 5, as a rule, is rectangular. The adapter 6 provides a transition from a rectangular to a circular section while maintaining the cross-sectional area and ensuring uniform flow of the gas-air mixture along the length of the device. The gas-air mixture exits through the holes 12 of the cylindrical surface of the flame tube 1. Ignition of the gas-air mixture occurs using the ignition pipe 14 connected to the gas supply system 4. The area of the pipe inlet is equal to the sum of the areas of all outlet openings on the surface of the flame pipe 1 so that the amount of gas-air mixture passes through the burner without changing the flow velocity. The cross section of the outlet openings 12 on the surface of the flame tube 1 is chosen in such a way that the speed of passage of the gas-air mixture through them is higher than the speed of propagation of the flame for this mixture. Due to this, the flame during combustion is on the surface of the flame tube 1, and does not penetrate into it. In this case, the entire flow of the gas-air mixture exits through the openings 12 of the flame tube 1, because its output end is closed by a plug 15. Using a cone 17, the passage area of the flame tube 1 is reduced 1. The required amount of gas-air mixture along the length of the pipe 1 is reduced, because part of the gas-air mixture has already left through the outlet 12. The cone 17 provide a uniform flow of the gas-air mixture through the holes 12 of the flame tube 1 by creating resistance to the flow of the gas-air mixture by reducing the flow area of the flame tube. The cone 17 is fixed by welding. To ensure the alignment of the cone 17 and the flame tube, an alignment ring can be additionally installed. The location of the top of the cone 17 corresponds to the beginning of the location of the holes 12, and the base of the cone 17 is located at the end of the location of the holes 12 on the surface of the flame tube 1. The mesh nozzles 16 are made of metal fibers of heat-resistant fibers of the FeCrAl alloy, which has the name "metal-fiber fabric". This material has the properties of a catalyst for converting a gas-air mixture into combustion products with the release of heat. When this material is heated and a mixture of natural gas with air gets on it, a combustion process without flame occurs, in which the gas-air mixture (CH ₄ + O ₂ + N ₂ ) is converted into combustion products (CO, CO ₂ , H ₂ O, NO _X ) with the release of heat. In this process, the amount of emitted harmful substances (CO and NO _X ) is significantly lower than with conventional combustion of natural gas. After ignition of the mixture in the first stage, the usual flame combustion occurs. When the mesh-nozzle 16 reaches the temperature of the onset of catalytic combustion by the metal-fiber fabric, the flame disappears, and the whole process occurs on the fabric, without open burning. Due to the installation of the cone 17 and the mesh nozzle 16, the formation of different volumes of flame along the length of the pipe 1 is eliminated, leading to different chemical processes along the pipe 1, and, as a result, to incomplete combustion of the fuel and flame burning is converted to catalytic combustion. All processes in this case occur on the surface of the threads of the mesh nozzle 16, the temperature of which is constant, all chemical reactions occur under equal conditions with a minimum emission of harmful substances.

Таким образом, заявляемая полезная модель, позволяет снизить количество вредных веществ, выделяемых при горении топлива. Thus, the claimed utility model allows to reduce the amount of harmful substances released during fuel combustion.

Claims (1)

Газовая горелка предварительного смешивания, содержащая смеситель, соединенный с системой подачи газа, вентилятор, перфорированную пламенную трубу, вокруг которой с зазором установлен сетчатый насадок, отличающаяся тем, что внутри пламенной трубы соосно с ней установлен конус, вершина конуса направлена к входному отверстию пламенной трубы, конус расположен вдоль всей перфорированной части трубы, сетчатый насадок выполнен из жаропрочных волокон сплава FeCrAl. A gas pre-mixing burner comprising a mixer connected to a gas supply system, a fan, a perforated flame tube, around which a mesh nozzle is installed with a gap, characterized in that a cone is aligned coaxially with the flame tube, the top of the cone is directed to the inlet of the flame tube, the cone is located along the entire perforated part of the pipe, the mesh nozzle is made of heat-resistant fibers of the FeCrAl alloy.

Images