ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ ГАЗА В ГАЗОГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВАХ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, СПЕКТР И ЭПЮРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ

В последнее время в Советском Союзе и за рубежом стали применять беспламенные газогорелочные устройства инфра­красного излучения.

При проектировании газовых инфракрасных излучателей, можно выбрать два конструктивных решения: 1) металлические листы нагреваются снаружи маленькими газовыми факелами или посредством потока горячих отработанных газов. При этом листы в соответствии с их размерами, температурой и состоя­нием поверхности создают диффузное инфракрасное излучение; 2) стехиометрическую газовоздушную смесь пропускают либо через пористые или перфорированные пластины из керамическо­го материала, либо через металлические сетки и сжигают ее на поверхности последних.

В первом случае продукты сгорания не соприкасаются с ма­териалами, нагреваемыми с помощью инфракрасного излучения в изолированном пространстве печи (например, в туннеле); при втором — горячие — продукты сгорания поступают в сушильное пространство, т. е. соприкасаются с нагреваемыми материалами.

Отличительные особенности беспламенных излучающих ин — жекционных горелок по сравнению с факельными заключаются в следующем:

1) значительное количество тепла, выделяемого этими горел­ками, передается излучением;

2) газ сгорает в тонком слое на поверхности излучающей насадки (без видимого факела);

3) газогорелочные устройства инжектируют в качестве пер­вичного весь необходимый для сгорания воздух;

4) продукты сгорания указанных газогорелочных устройств содержат значительно меньшее количество окиси углерода, чем продукты сгорания факельных горелок;

5) применение излучающих газогорелочных устройств для технологических нужд позволяет в несколько раз сократить про­должительность технологических операций, улучшить качество обрабатываемого продукта, уменьшить количество Потребляе­мой энергии, упростить и автоматизировать пуск-остановку аг­регата и его регулирование. Однако следует иметь в виду, что для каждого вида продукции должен быть разработан свой осо­бый технологический режим обработки инфракрасными лучами. Кроме того, необходимо иметь в виду, что прежде чем исполь­зовать газогорелочные устройства в промышленности, необходи­мо в каждом отдельном случае производить технико-экономи­ческий расчет для определения пригодности данного способа нагрева.

Принципиальная схема беспламенной излучающей горелки показана на рис. 13. Газ, выйдя из форсунки, инжектирует воз­дух. Инжектор-смеситель рассчитывается таким образом, чтобы при заданном гидравлическом сопротивлении горелочного (из­лучающего) насадка и давлении газа перед форсункой количе­ство первичного воздуха находилось в пределах 1,08—1,1 от

1 2 З Ч

5

ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ ГАЗА В ГАЗОГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВАХ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, СПЕКТР И ЭПЮРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ

Рис. 13. Принципиальная схема беспламенной излучающей горелки

/—рефлектор; 2— каналы в керамической насадке: S — насадка; 4— распределительная коробка; 5 — инжектор-смеситель; 6 — фор­сунка

Теоретически необходимого. Газовоздушная смесь, образующая­ся в инжекторе горелки, поступает в распределительную короб­ку под давлением €,15—0,2 мм вод. ст. Далее проходит через керамический насадок, состоящий из огнеупорных плиток с большим количеством сквозных либо цилиндрических, либо ко­нических каналов малого диаметра или ступенчатых каналов двух диаметров: вначале (по ходу смеси) меньшего и на выходе большего и сгорает у наружной поверхности плиток.

Близкий к стехиометрическому состав газовоздушной смеси, хорошее перемешивание газа с воздухом и небольшая скорость выхода смеси обеспечивает возможность сгорания ее на поверх­ности насадка в тонком слое. Однако незначительное отклоне­ние от указанных пределов коэффициента избытка воздуха рез­ко снижает эффект беспламенного сжигания газа. При увели­ченном подсосе первичного воздуха температура насадка падает, а излучатедьная способность газогорелочного устройст­ва понижается. При пониженном подсосе появляются языки пламени, происходит неполнота сгорания, возникает необходи­мость подвода вторичного воздуха.

В настоящее время имеется большое количество конструкций газогорелочных устройств инфракрасного излучения отечествен­ного производства и зарубежных фирм.

В отечественных горелках в большинстве случаев применя­ется насадок (рис. 14) из керамических плиток размером 69х Х47 мм и толщиной 12 мм, соединен­ных между собой специальной склеи­вающей массой. На каждой плитке размещается около 700 цилиндриче­ских сквозных каналов диаметром 1—1,5 мм. Размещение каналов пока­зано на рисунке. Суммарное сечение каналов, составляющее 40—45% всей рабочей поверхности плитки, обеспе-. чивает малые гидравлические сопро­тивления насадка и высокое теплона — пряжение поверхности ‘.

Во избежание проскока пламени диаметр цилиндрических каналов и меньший диаметр ступенчатых или конусных каналов делают менее кри­тического. В случае цилиндрических каналов горение сосредоточивается близ поверхности насадка, а при сту­пенчатых отверстиях оно сосредоточи­вается в расширенной части канала внутри плитки.

Следовательно, принятый диаметр’ отверстий насадка 1,5 мм для природного и 1—1,2 мм для сжи­женного газов меньше критического. и. это позволяет избежать проскока пламени внутрь горелки.

— 69

ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ ГАЗА В ГАЗОГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВАХ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, СПЕКТР И ЭПЮРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ

Рис. 14. Размещение от- верстиц на поверхности насадки

При работе на сжиженном газе горелки более устойчивы к отрыву и менее устойчивы к проскоку, чем при работе на при­родном газе, так как скорость распространения пламени для сжиженного газа выше, чем для природного.

33

Керамические плитки могут быть разнообразной формы и размеров в зависимости от назначения и от тепловой нагрузки горелки. Оптимальная температура излучающей поверхности горелки равна при керамической насадке 800—950° С. На рис. 15 изображен график, показывающий зависимость температуры излучающей поверхности горелки от расхода природного газа (площадь излучающей поверхности 240 см[1]). Исследование тем­пературных режимов керамической огневой насадки показало, что максимальная температура керамических плиток достигает­ся при коэффициенте избытка воздуха а = 1,05.

На рис. 16 показано распределение температур по высоте плитки толщиной 12 мм, изготовленной из пористой огнеупорной массы. Разность температур огневой поверхности и тыльной стороны плитки составляет примерно 780° С. При коэффициенте

Избытка воздуха 1,05 и рас­хода природного газа 80 л/ч температура огневой по­верхности ~970° С.

Керамические плитки должны быть механически прочными, с низким коэффи­циентом теплопроводности, малым гидравлическим соп­ротивлением, небольшим объемным весом и термо­стойкими. Живое сечение от­верстий для подачи газовоз­душной смеси должно сос­тавлять не менее 50% излу­чающей поверхности плитки.

Керамические плитки из­готовляются из следующих составов (в весовых %): глина часов-ярская — 45%; каолин — 25%; тальк —25%; окись хрома —5%.

К керамическим плит­кам предъявляются сле­дующие технические тре­бования: предел проч­ности при изгибе дол­жен составлять не ме­нее 35 кгс/см2, коэффици­ент теплопроводности 0,5 ккал/ч — М-град и объ* Емный вес 1 г/см3.

Керамические плитки должны выдерживать рез­кие температурные коле­бания. При попадании на насадок работающей го­релки холодной воды блок керамических пли­ток не должен растрескиваться.

Для изготовления плиток могут применяться составы, разра­ботанные АКХ им. К. Д. Памфилова и Государственным иссле­довательским керамическим институтом (табл. 6).

1000г

900 — S00 700 —

G

Г.

О %

II т

S

500 ■

Т

300

1оо гоо зоо т Soo. т.

Расход природного газа на 240с/н1 излучающей поверхности в Л/ч

Рис. 15. Зависимость температуры из­лучающей поверхности горелки от расхода природного газа

На рис. 17 представлен горелочный насадок к газовым го­релкам инфракрасного излучения с пирамидальными выступа­ми на его излучающей поверхности.

Таблица 6

Состав масс для изготовления керамических плиток и их основные физико-технические показатели

Состав компонентов

CD

К *

-ч®

О о

О е;

А

«и

Тип смеси

Тальк

Глина латнеи — ская

Диатомит

О о

О

Fc,

Асбест

Лигнин (сверх 100%)

Влажность п] прессовании е

Температура ( га в °С

*

»=с

Го <j

>>

Ев

3

О

О

J Объемный вес в кг/дм3

Ю

О я

И

03 К

Ев

К ъ

Коэффициент проводности | Ккалім град ч

I

II III

30 30 30

65 45 55

20

5 5

5

10

50 20 15

35 35 26

1040 960 960

12,5 9,5 6

0,93 1,24 ‘1,35

16

27 23,5

0,53 0,58 0,54

При сжигании газовоздушной смеси на поверхности плоских перфорированных керамических плиток наблюдается неравно­мерность нагревания их поверхности. Появление зон с различ­ной температурой нагрева объ­ясняется различием в толщине перемычек между отверстиями и различием диаметров отвер­стий. В представленном на ри­сунке насадке сгорание газо­воздушной смеси происходит на поверхности керамических пирамидок или конусов. При этом возрастает площадь ра — диирующей поверхности, иск­лючается или значительно уменьшается неравномерность нагрева керамики, повышается полнота сгорания и доля тепла, передаваемого в виде лучистой энергии.

Проведенные испытания показывают, что керамические на­садки долговечны и не растрескиваются под действием резких изменений температуры. При увлажнении раскаленная поверх­ность насадка резко охлаждается, а после испарения воды вновь быстро разогревается, оставаясь при этом неповрежденной.

Небольшая теплоаккумулирующая способность излучающей поверхности насадка способствует быстрому разогреву его, т. е. горелка может работать как безынерционный нагревательный прибор.

ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ ГАЗА В ГАЗОГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВАХ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, СПЕКТР И ЭПЮРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ

Рис. 17. Внешний вид горелочного на­садка с пирамидальными выступами на излучающей поверхности

3:

35

Для интенсификации процесса сжигания газа и выравнива­ния температуры по поверхности керамического насадка над ним (на расстоянии 8—10 мм) устанавливается металлическая сетка из жароупорного металла. Сетка используется также в качестве стабилизатора горения при небольшом обдувании на­
садка. Кроме того, сетка повышает температуру насадка на 100—130° С.

В условиях эксплуатации горелок инфракрасного излучения на открытом воздухе требуется высокая их ветроустойчивость. Это может быть достигнуто следующим образом:

1) созданием равных по величине давлений перед керамиче­ским насадком и, во всасывающей камере при обдувании го­релки;

2) применением керамических плиток с отверстиями диамет­ром 0,8—1 мм;

3) установкой специальных ветрогасящих перегородок и се — . ток, располагаемых пе£>ед горелочным насадком;

4) повышением давления газа перед горелкой;

5) установкой перед горелочным насадкодо экрана с макси­мальной пропускательной способностью инфракрасного излу­чения.

Это решение следует считать самым правильным, так как экран защищает горелочный насадок от охлаждения и, следо­вательно, препятствует снижению мощности излучения.

При разогреве плитки температура газовоздушной смеси мо­жет повыситься настолько, что станет возможным проскок пла­мени даже через отверстия с диаметром меньше критического. Поэтому плитки должны изготовляться из малотеплопроводного материала.

Проскок пламени возникает, когда хотя бы в одной точке фронта пламени скорость распространения пламени превышает скорость истечения газовоздушной смеси. Возникновение про­скока пламени зависит от характеристики горючего газа, соста­ва, температуры и расхода газовоздушной смеси, диаметра ог­невого отверстия и характера распределения скоростей в выход­ном отверстии. Некоторое влияние может оказывать также и форма огневого канала.

При нормальном расходе газа температура огневой поверх­ности не превышает 900° С и горение происходит над поверх­ностью плиток. При горении видны раскаленные перегородки, окаймляющие темные отверстия. Поверхность плитки имеет красновато-оранжевый цвет.

При увеличенном расходе газа температура поверхности плитки повышается и меняется расположение зон горения. От­дельные участки плитки раскаляются до белого цвета (темпера­тура их составляет 1050—1100° С). Смесь подогревается в вы­ходной части каналов до температуры самовоспламенения и зо­на горения перемещается в каналы. Внутренняя поверхность выходной’части каналов раскаляется, увеличивается поток теп­ла, передаваемого теплопроводностью в глубь плитки, а темпе­ратура наружной поверхности ее уменьшается до 950—1000° С. Так как температура поверхности плитки достигает температу­ры внутренних стенок канала, то отверстия в ней трудно раз­личить, вся плитка как бы покрывается огненной пеной (плаз­мой). При дальнейшем разогреве плитки зона горения все даль­ше продвигается в глубь каналов, перегородки между ними темнеют и видны раскаленные светящиеся отверстия. В этом случае происходит проскок пламени внутрь смесительной каме­ры горелки.

Проведенные исследования устойчивости горения по отноше­нию к проскоку пламени в горелках инфракрасного излучения позволяют рекомендовать для них керамические плитки с диа­метром отверстий 1,5 мм при работе на природном газе и 1— 1,2 мм на сжиженном. Эти исследования позволили также уста­новить новые закономерности возникновения проскока пламени, отличные от известных для обычных инжекционных горелок. Характерным является увеличение вероятности проскока с по­вышением расхода газа. Проскок может возникать даже при критических и еще меньших диаметрах огневых отверстий.

Это положение подтверждается также опытами сжигания в горелках инфракрасного излучения коксового газа. Поэтому следует рекомендовать для горелок на коксовом газе перфори­рованные керамические плитки с диаметром отверстий 0,85 мм„ Конусообразные каналы с расширенным выходом увеличивают, а с суженным уменьшают область проскока пламени по срав­нению с цилиндрическими каналами того же сечейия.

Нагреваемые инфракрасными горелками изделия оказывают некоторое влияние на огневой насадок, повышая его температу­ру за счет обратного излучения. С повышением температуры облучаемой поверхности и с уменьшением расстояния между ней и излучающей горелкой вероятность проскока пламени внутрь смесительной камеры увеличивается. Отрицательное влияние обратного излучения нагреваемого предмета на устой­чивость работы горелок, инфракрасного излучения при низко­температурной обработке материала сказываться не будет, на­пример, в процессах сушки, которые происходят при относитель­но низких температурах, не превышающих 200° С.

При установке металлических сеток над керамическими на­садками устойчивость горения горелок инфракрасного излуче­ния в отношении проскока пламени понижается.. Поэтому при использовании этих сеток для повышения ветроустойчивости го* релок и выравнивания температуры излучающей поверхности следует несколько уменьшать номинальный расход газа. Как известно, сетка служит одновременно вторичным излучателем и наличие ее позволяет увеличить коэффициент излучения го­релки. Наибольшее количество излучаемого тепла передается при наличии над керамическими плитками металлических се­ток — стабилизаторов — из хромоникелевой проволоки. Опти­мальная характеристика сеток: диаметр проволоки 1,2—1,3 мм; Размер стороны квадратной ячейки 2,3—2,5; живое сечение сетки 0,4—0,5 мм (40—50%).

Исследованиями установлено, что для стабилизации горения, повышения и выравнивания температуры излучающего насадка целесообразно применять ребристую поверхность на огневой стороне излучающей панели. В этом случае сетка-стабилизатор может иметь живое сёчение больше 0,5.

На работу инжекционных газогорелочных устройств инфра­красного излучения оказывает влияние угол наклона излучаю­щего насадка по отношению к горизонту. Изменяя угол наклона

2,0

Рис. 18. График зависимости коэффициента избытка воз­духа а от избыточного давления в смесительной камере

Насадка, можно до некоторой степени регулировать давление в камере смешения горелки, а также изменять коэффициент ин — жекции.

График зависимости коэффициента избытка воздуха а от из­быточного давления в смесительной камере горелки H приведен на рис. 18.

График показывает, что если при потолочном (горизонталь­ном) расположении горелок (Р =180°) и H=0 мм вод. ст. коэф­фициент первичного воздуха горелки имеет оптимальную вели­чину а^.=а=1,05, то с уменьшением угла установки горелки значение а^. растет и достигает при {5=0° величины 1,3.

Такой характер зависимости коэффициента первичного воз­духа горелки от угла (5 объясняется действием самотяги, обра­зующейся по высоте огневых каналов керамических плиток из­лучающего насадка и вызывающей уменьшение гидравлическо­го сопротивления последнего по мере уменьшения угла установ­ки горелки.

За

Таким образом, критерием оценки правильности расчета га­зовых инжекционных горелок инфракрасного излучения низкого давления следует считать коэффициент первичного воздуха, оп­тимальная величина которого должна обеспечиваться при го­ризонтальном их расположении (Р =180°).

ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ ГАЗА В ГАЗОГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВАХ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, СПЕКТР И ЭПЮРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ

Рис. 19. График зависимости температуры излучающего насадка горелки от избыточного давления в камере

На графике (рис. 19) показана зависимость температуры tE насадка от избыточного давления H в смесиуельной камере го­релки, а на рис. 20 — зависимость расхода газа горелкой от уг­ла ее расположения по отношению к горизонтальной плоскости. Многочисленные результаты испытаний ограничены на графике двумя кривыми.

Перспективным является изготовление излучающего огнево­го насадка из металлических жаропрочных сеток. Схема горел­ки с таким насадком приведена на рис. 21.

Принцип действия этой горелки тот же, что и с керамиче­ским насадком (см. рис. 13).

Подготовленная в смесительной камере для горения одно­родная по составу газовоздушная смесь выходит в зону горения через один или несколько рядов металлических сеток. Сгорание газа происходит между последней (наружной) и предпоследней сетками, расположенными на небольшом расстоянии друг от друга. Сетки раскаляются до высокой температуры и становят­ся источником излучения.

Основной задачей при разработке инфракрасных горелок с металлическими сетчатыми насадками является подбор сеток, обеспечивающих устойчивость горения при достаточно высокой температуре их.

Правильный выбор конструкции и числа металлических се­ток в горелках способствует подогреву газовоздушной смеси до

Температуры, близкой к температуре в зоне горения, стабильности процесса горения и вы­сокому выходу лучис­той энергии.

.Число сеток и ком­бинация их могут быть различными. Однако для надежности рабо­ты горелок количество их должно быть не ме­нее двух, а диаметр ячеек нижнего ряда се­ток не превышать кри­тического. В зависимо­сти от общего гидрав­лического сопротивления сеток напор перед горелкой опреде­ляется расчетом или подбирается экспериментально.

Кроме описанных выше ти­пов инфракрасных излучателей применяются также чаше — и кольцеобразные, трубчатые и панельные с насадком из кера­мики и металлических листов.

Чаше — и кольцеобразные излучатели используют для на­грева деталей на конвейерных линиях или, компонуя их в группы, для образования излу­чающих панелей значительной площади.

Жу

М

ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ ГАЗА В ГАЗОГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВАХ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, СПЕКТР И ЭПЮРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ

Рис. 21. Схема газовой горелки инфракрасного излучения с метал­лическим сетчатым излучателем

1 — форсунка; 2 — рефлектор; 3 — сет­ка насадка; 4 — предохранительная сет­ка; 5 — корпус; 6 — диффузор

Большое распространение за рубежом получили газовые инфракрасные излучатели с панелями пористой керамики. Через поры керамической панели проходит газ, предварительно смешанный с воздухом, и сжигается на ее поверхности. Поверх­ность панели активизирована окислами металлов для каталити­ческого горения газа. Иногда к этим материалам прибавляют так называемые промоторы, которые усиливают действие ката­лизаторов. На активизированной поверхности панели происхо­
дит полное сгорание газа, причем даже при сравнительно низ-, кой температуре газ сгорает со скоростью, которая в обычных условиях соответствует высокой температуре. При этих условиях даже кратковременное соприкосновение газовоздушной смеси с раскаленным огнеупорным материалом создает возможность сжигать газы с различной скоростью распространения пламени. Большое значение имеют состав и зернистость материала пане­ли, так как зона горения высотой около 5 мм должна стабили­зироваться на поверхности панели. Температура панели может достигать 950—1000° С. Сжигание газа в панели происходит в основном так же, как и в других беспламенных излучающих го­релках. Смесь газа с воздухом подводится под панель — голов­ку горелки, где создается давление, необходимое для преодо­ления гидравлического сопротивления панели и убыстрения движения смеси до выходной скорости. Газовоздушная смесь, выходя через поры панели, сгорает на поверхности. При высо­кой скорости сжигания газа пламя невидимо. При изменении давления смеси газа под головкой тепловая нагрузка горелки соответственно понижается или повышается. Однако понижение давления смеси и уменьшение тыловой нагрузки в некоторых пределах не вызывают неустойчивости горения или проскока пламени. Проскок пламени возникает лишь в результате значи­тельного повышения тепловой нагрузки. Сжигание газа обычно сопровождается слабым шипением.

Трубчатые излучатели состоят из керамических труб или ме­таллических (жаропрочных), раскаленных изнутри продуктами сгорания газа. Трубы служат обогревательными элементами в различных печах, где нельзя допускать соприкосновения мате­риала с отходящими продуктами сгорания. Нагревательные ке­рамические трубы можно применять для температур вы­ше 1000° С.

41

При изменениях статического давления внутри труб отходя­щие газы не проникают в рабочее пространство печи. Преиму­ществами трубчатых излучателей являются малая тепловая ак­кумуляция, быстрый разогрев, относительно высокий к. п. ді и минимальный объем ремонтных работ. В последнее время для трубчатых излучателей стали применяться металлические трубы из жаропрочных сталей, из которых составляются панели печей с защитной атмосферой. Инфракрасные излучатели с панелями из металлических листов, нагреваемых продуктами сгорания до температуры 200—500° С, называют «черными» или «темными». Их широко используют в туннельных сушилках. Существуют несколько вариантов черных излучателей для разных областей промышленного использования. Но чаще всего они представля­ют собой туннели с двумя кожухами, где внутренний активный кожух нагревается группой атмосферных инжекционных горе­лок. Температура активного кожуха 200—500° С при тепловой нагрузке излучающей поверхности до 10000 ккалім2 -ч. Полез-

4—882
ное тепло, излученное активной поверхностью металлического кожуха, составляет примерно половину всего внесенного коли­чества тепла. Остальные 50% тепла теряются внешним кожухом и с отходящими газами. Потерю тепла с отходящими газами можно уменьшить соответствующей рекуперацией.

В отличие от высокотемпературных «светлых» излучателей черные излучатели имеют температуру излучающей поверхности

ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ ГАЗА В ГАЗОГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВАХ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, СПЕКТР И ЭПЮРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ

12 10 8 Є T Г 0 г T 6 8 Ю 12 ЛгрЯЛ Плотность излучения 8 тл! сиГИии

Рис. 22. Распределение плотности излучения в полу­сфере 12-плиточной горелки (Fn3N =0,035 м2)\ радиус полусферы в мм: а — 300; 6 — 400; в — 500; г —600; Д — 700

Ниже температуры воспламенения паров растворителей и исклю­чают контакт продуктов сгорания с нагреваемыми материала­ми. Это позволяет применить их в условиях повышенной пожа — ровзрывоопасности, например, при сушке лакокрасочных по­крытий и тогда, когда нежелателен контакт продуктов сгорания с нагреваемым материалом.

"Интенсивность нагрева материалов (изделий) черными инфракрасными излучателями при прочих равных условиях ни­же, чем светлыми излучателями, имеющими более высокую тем­пературу излучающей поверхности (насадка). . С другой сторо­ны, излучение от черных излучателей более равномерно по пло­щади, чем от светлых (высокотемпературных) при одних и тех же размерах излучающей поверхности. Неравномерность излу­чения тем больше, чем выше температура излучающей поверх­ности.

При определении интенсивности излучения различных типов газовых горелок инфракрасного излучения в качестве приемни­ка может быть использован полупроводниковый болометр ти-
па 0ПБ-5К, разработанный и изготовленный Институтом фи­зики АН УССР.

4*

43

Исследованиями установлено, что у газовых горелок инфра­красного излучения с перфорированными и пористыми керами­ческими излучающими насадками, даже при расположении над ними стабилизирующих металлических сеток, интенсивность (плотность) излучения в различных направлениях по полусфе­ре от нормали к насадку неодинакова (рис. 22). По нормали к

Поверхности (ф=90°) на близких расстояниях от излучающего насадка плотность излучения меньше, чем под углом 75 и 45°. При приближении к краям горелки (<р->- 0°, ф-»180°) плотность излучения снова снижается.

Это объясняется тем, что стенки цилиндрических каналов в керамическом насадке имеют большой перепад температур по высоте (по глубине). Вследствие этого с уменьшением угла из­лучения ф составляющая излучения от стенок каналов QCT. KaH стремится к нулю, т. е.

£>изл = Qneper + QcT-кав = в (1 — l|)KaJ jj^ * + бфкан

Где Qneper—тепло, излучаемое перегородками;

QcT. KaH— тепло, излучаемое стенками канала.

Температура каналов зависит от их длины. Чем ближе к центру насадка, тем заметнее фкан стремится к нулю. Следова­тельно, излучение от стенки каналов уменьшается, т. е. второй член формулы стремится к нулю.

Отсюда можно сделать вывод, что излучение этих горелок не подчиняется закону Ламберта. Характер индикатрис яркости излучения связан с внутренним строением вещества и состояни­ем его поверхности, т. ь. Ет

/(Ф).

Еп

Если для абсолютно черного тела /(ф) = 1, то для всех нечерных тел F (ф) < 1. Для серого тела

F(ф) = const < 1,

А для газовых горелок инфракрасного излучения, как мы видели,

F (ф) =f= const.

При расчетах излучения газовых горелок необходимо учитывать их ин­дикатрису яркости излучения, опреде­ляющую зависимость калорической яркости излучения от направления.

Измерения лучистого потока по плоскости, параллельной горелочному насадку на различном расстоянии от него, показали, что интенсивность из­лучения (плотность потока) распре­деляется неравномерно (рис. 23). Не­равномерность возрастает с прибли­жением излучающей поверхности к облучаемой плоскости и определяется по величине среднеквадратичных от­клонений отдельных лучистых пото­ков и от среднего лучистого потока, С увеличением расстояния от точ­ки замера до излучателя среднеквад­ратичное отклонение значительно снижается.

Среднеквадратичное отклонение составляет: для газовых 12-плиточных инфракрасных горелок—0,5; 8-плиточных—0,34 и 6-плиточных—0,33.

При сравнении распределения плотностей излучения горелок с рефлектором и без него было установлено, что рефлектор не оказывает существенного влияния на распределение плотностей излучения. Поэтому для облучения по площади рекомендуется применять горелки без рефлектора.

При использовании инфракрасных горелок важно знать их спектральную характеристику и эпюры излучения.

На рис. 24 показана спектральная характеристика инфра­красной горелки с керамическим насадком и стабилизирующей

ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ ГАЗА В ГАЗОГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВАХ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, СПЕКТР И ЭПЮРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ

1,08 1,3 1,55 1,9 2,35 2,6 ■Длина волны 8 мк

Рис. 24. Спектры излу­чения керамическим на­садком с отверстием ди­аметром 1 мм и метал­лической сеткой

44

Металлической сеткой, а в табл. 7 даны результаты испытаний горелки с керамическим насадком со стабилизатором и без него.

Как видно из графика, максимум излучения с увеличением температуры насадка не смещается в сторону коротких волн, т. е. здесь не соблюдается закон Вина.

Это объясняется тем, что кроме излучения самого насадка действует излучение продуктов сгорания газа, состоящих в основном из углекислоты и водяных паров, т. е. из трех атом* ных газов, обладающих селективностью излучения.

Поэтому горелки инфракрасного излучения с. перфорирован­ными и пористыми керамическими насадками должны рассма­триваться как селективные излучатели, их максимум излучения находится в пределах 1,5—2 мк для керамических насадков со стабилизирующей металлической сеткой и 2—2,55 мк без сетки.

Из табл. 7 видно, что при наличии стабилизирующих метал­лических сеток значительно увеличивается энергия излучения при одной и той же удельной тепловой нагрузке горелок. Од­нако даже при наличии металлических сеток передача тепла излучением составляет всего лишь 45—55%, а не 60—62%, как это указано в некоторых литературных источниках.

Таблица 7

Результаты испытаний горелки с керамическим насадком без сетки стабилизатора и при установке ее

Удельная тепловая наг­рузка в Ккал/см’-ч

Без сеткн стабилизатора

При установке сетки стабилизатора

Доля излуча­емой энергии в % г,

*кв°С

Чизл8 Ккал/см?-ч

Доля излуча­емой энергии і в %

<кв°с

‘изл в Ккал/см?-ч

8.3

9.4 10,3 11,3

43 42

40,8 40

730 750 760 790

3,57 3,95 4,2 4,52

47 50 53

54,5

780 810 830 860

3,9 4,7 5,45 6,15

Ваш отзыв

Рубрика: ГАЗОВЫЕ ГОРЕЛКИ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *