Газораспределитель радиационной газовой горелки

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ РАДИАЦИОННОЙ ГАЗОВОЙ ГОРЕЛКИ(71) Заявитель Научно-производственное частное унитарное предприятие Технологии химической физики(72) Авторы Жданок Ольга Михайловна Лапцевич Павел Степанович Крауклис Андрей Владимирович Жданок Виталий Александрович(73) Патентообладатель Научно-производственное частное унитарное предприятие Технологии химической физики(57) 1. Газораспределитель радиационной газовой горелки, выполненный в виде решетки,отличающийся тем, что толщина решетки составляет не более 5,0 мм, решетка имеет ребра толщиной не более 1,0 мм, угол наклона ребер к плоскости решетки 45-60, а кромки соседних ребер лежат в одной плоскости, перпендикулярной к плоскости решетки. 2. Газораспределитель по п. 1, отличающийся тем, что ребра выполнены в виде плоских или гофрированных пластин, или концентрических конусных колец. Фиг. 1 Изобретение относится к области техники для сжигания газообразного топлива, а именно к радиационным газовым нагревателям, в частности к газораспределителям радиационных газовых горелок, применяемых в технике и в быту. Радиационные газовые горелки позволяют повысить эффективность передачи тепла к нагреваемому объекту за счет использования преимуществ лучистого теплообмена. Кроме того, за счет эффективного радиационного охлаждения излучающей поверхности температура в зоне горения снижается, что приводит к значительному уменьшению содержания окислов азота в продуктах сгорания. 11650 1 2009.02.28 Важнейшим элементом радиационной газовой горелки является газораспределитель. Известна радиационная горелка 1 с излучающей поверхностью в виде двухслойной керамической матрицы. Первый слой, обращенный внутрь горелки, толщиной 0,25 см,имеет пористую структуру с диаметром пор 0,01-2,5 мм. Толщина второго слоя 1,25 см,диаметр пор 1,2510,00 мм. Второй слой выполняет роль газораспределителя. Известна промышленная горелка инфракрасного излучения 2, характеризующаяся низким содержанием СО ив продуктах сгорания. Горелка состоит из корпуса, рефлектора инфракрасного излучения, инжектора с соплом и смесителем, отражателя с полкой, газораспределителя излучающей керамической насадки и сетки. Размещение отражателя на определенном расстоянии от выхода инжектора позволяет организовать равномерное горение по всей рабочей поверхности горелки и снизить содержание окиси углерода и окислов азота в продуктах сгорания. К недостаткам радиационных газовых горелок с керамическими излучающими элементами относятся низкая стойкость к механическим и тепловым ударам, небольшой диапазон регулирования по мощности, большое гидравлическое сопротивление. Этих недостатков, во многом, лишены радиационные газовые горелки с излучающими элементами в виде металлических сеток. Известна горелка для водогрейных котлов 3. Горелка имеет излучающий элемент, который представляет собой металлическую сетку полусферической формы и, по крайней мере, одну перфорированную газораспределительную поверхность также в форме полусферы. Горение газовоздушной смеси происходит над поверхностью сетки. Газораспределительная поверхность служит для создания более однородного потока газовоздушной смеси. Недостатком радиационных газовых горелок с металлосетчатым излучателем и газораспределителем является то, что достаточно большая доля лучистой энергии от излучателя направлена в противоположную от теплоприемника сторону. Это приводит к нежелательному нагреву корпуса горелки. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является металлосетчатая инфракрасная горелка, описание которой приводится в работе 4. Горелка содержит набор металлических сеток, расположенных по ходу потока газовоздушной смеси. Первая сетка - распределительная, служит для преобразования динамической составляющей давления в статическую. Она же, одновременно, экранирует корпус горелки от обратного излучения. Вторая и третья сетки соединены в единый пакет и образуют излучатель горелки. Четвертая сетка - защитная, предохраняет излучатель от механических повреждений. В данной горелке первая сетка выполнена из перфорированной металлической пластины. В такой конструкции газораспределителя эффективность улавливания обратного излучения напрямую связана с суммарной площадью отверстий, сделанных в пластине,т.е. с живым сечением пластины. Следовательно, для повышения эффективности улавливания обратного излучения необходимо уменьшить живое сечение пластины, что приведет к возрастанию гидравлического сопротивления газораспределителя и, как следствие, к снижению работоспособности горелки в целом. Это является существенным недостатком данной конструкции газораспределителя. Задачей настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков газораспределителя и в результате повышение коэффициента полезного действия радиационной газовой горелки. Для решения поставленной задачи предлагается газораспределитель радиационной газовой горелки, выполненный в виде решетки, причем толщина решетки составляет не более 5,0 мм, решетка имеет ребра толщиной не более 1,0 мм, угол наклона ребер к плоскости решетки 45-60, а кромки соседних ребер лежат в одной плоскости, перпендикулярной к плоскости решетки. 11650 1 2009.02.28 Ребра газораспределителя могут быть в виде плоских или гофрированных пластин или концентрических конусных колец. Данная конструкция газораспределителя повышает равномерность потока гозовоздушной смеси, а также позволяет газораспределителю служить одновременно экраном для перехвата обратного излучения, что позволяет увеличить к.п. д. горелки. Предлагаемое техническое решение поясняется с помощью чертежей. Краткое описание чертежей фиг. 1 представляет место расположения газораспределителя в составе радиоционной газовой горелки,фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1,фиг. 3 - элемент Б газораспределителя на фиг. 1,фиг. 4 - элемент газораспределителя из конусных колец. Для наглядности газораспределитель радиоционной газовой горелки по изобретению представлен на чертежах (фиг. 1 и фиг. 2) в составе газовой горелки в проекциях. В корпусе 1 радиоционной газовой горелки газораспределитель 2, и обеспечивает равномерность распределения потока газовоздушной смеси по площади излучателя 3. При этом газораспределитель 2 одновременно служит для перехвата той части излучения от излучателя 3, которая направлена в сторону дна корпуса горелки, а также для подогрева поступающей на сжигание газовоздушной смеси. Для этого газораспределитель 2 изготавливается в форме ребристой решетки (пластинчатого теплообменника), ребра которой под определенным углом наклонены к плоскости решетки. Для того чтобы решетка была непрозрачна для излучения,кромки соседних ребер должны лежать на одной вертикали к плоскости решетки (фиг. 3). Излучение, попадающее на решетку, нагревает ребра решетки, а проходящий через зазор между ребрами решетки поток газовоздушной смеси нагревается за счет конвективного теплообмена. Это позволяет увеличить количество тепла, выделяющегося при сгорании газа,и тем самым повысить к.п. д. горелки. Определяющим параметром газораспределительной решетки является ее живое сечение. С одной стороны, оно должно быть как можно меньше, чтобы обеспечить высокую эффективность улавливания обратного излучения, а с другой стороны, оно должно быть достаточно большим, чтобы обеспечить низкое гидравлическое сопротивление. Таким образом, возможность повышения эффективности улавливания обратного излучения ограничена максимально допустимым гидравлическим сопротивлением газораспределительной решетки. Другим важным параметром газораспределительной решетки является площадь поверхности, контактирующей с потоком газовоздушной смеси. Чем более развитой будет поверхность контакта, тем большее количество тепла будет передаваться от нагретой решетки к газововоздушному потоку. Ребра решетки как раз и предназначены для того, чтобы увеличить этот параметр. Для увеличения поверхности теплообмена и его эффективности в газораспределителе можно также использовать гофрированные пластины либо кольца. Так газораспределитель может быть выполнен в виде соединенных между собой концентрических конусных колец (фиг. 4). При этом для того, чтобы кромки соседних ребер лежали в одной вертикальной плоскости, больший диаметр одного кольца должен быть равен меньшему диаметру другого соседнего кольца. Таким образом, газораспределительная решетка должна удовлетворять следующим требованиям иметь небольшое гидравлическое сопротивление обеспечивать максимальную теплопередачу в процессе сложного теплообмена между излучателем и решеткой, решеткой и потоком газовоздушной смеси иметь небольшие габаритные размеры. В табл. 1, 2, 3 приведены расчитанные по специально разработанной методике параметры работы газораспределительной решетки для радиационной газовой горелки с 3 11650 1 2009.02.28 удельной тепловой мощностью излучателя 200 кВт/м 2 площадью излучателя - 0,01 м 2. Материал решетки - сталь 12 Х 18 Н 9 Т. Задаваемые величины толщина решетки , угол наклона ребер к плоскости решетки, толщина ребер . Расчетные величины живое сечение решетки , гидродинамическое сопротивление р, количество передаваемого конвекцией тепла . Таблица 1 Из табл. 1 видно, что рост толщины решеткиприводит, с одной стороны, к увеличению живого сечения решетки , а, с другой стороны, к заметному уменьшению количества тепла , передаваемого решеткой газовоздушному потоку. Из табл. 2 видно, что увеличение толщины ребер решеткиприводит к уменьшению живого сечения решеткии практически не влияет на количество тепла , передаваемого решеткой газовоздушному потоку. Из табл. 3 видно, что уменьшение угла наклона ребер к плоскости решеткиприводит к уменьшению количества тепла , передаваемого решеткой газовоздушному потоку, а изменение живого сечения решеткиносит экстремальный характер. На основании приведенных данных и с учетом предварительных требований, предъявляемых к решетке газораспределителя, ее геометрические параметры должны быть следующими 4 11650 1 2009.02.28 толщина решетки - не более 5,0 мм. толщина ребер решетки - не более 1,0 мм. угол наклона ребер к плоскости решетки - 45 - 60. Источники информации 1. Патент США 4889481, 1989. 2. Патент 2084762, 1997. 3. Патент США 5474443, 1995. 4. Брюханов О.Н. и др. Унифицированная металлосетчатая инфракрасная горелка // Газовая промышленность. -3. - 1985. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5