Смеситель газовоздушной смеси радиационной газовой горелки

Полезная модель относится к области «малой» теплоэнергетики, в частности к конструкциям газовых радиационных горелочных устройств, предназначенных для установки в теплогенерирующие устройства (в т.ч. водогрейные и паровые котлы).
Известна радиационная газовая горелка, содержащая жаропрочный пористый цилиндрический насадок с заглушкой с одной стороны и газоподводящим патрубком с соплом с другой стороны (RU №2462661, МПК F23D 14/14, 2012).
Недостатком данного решения является то, что подвод воздуха производится инжекцией, и регулирование топливовоздушного режима не представляется возможным.
Известен также узел смешения газовоздушной смеси радиационной газовой горелки, содержащей инфракрасный излучатель, выполненный из пористого жаропрочного материала в виде полой трубы со сферическим оголовком, сопряженный с диффузором смесителя, содержащего соосно объединенные конфузор, горловину и диффузор, при этом в полости последнего соосно установлен конический распределитель потока (см. RU №2640305, МПК F23D 14/16, 2017).
Недостаток этого решения в том, что смесеобразующие характеристики устройства недостаточно высоки.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, выражается в улучшении смесеобразующих характеристик устройства.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении качества смесеобразования.
Для решения поставленной задачи смеситель газовоздушной смеси радиационной газовой горелки, содержащий инфракрасный излучатель, выполненный из пористого жаропрочного материала в виде полой трубы со сферическим оголовком, сопряженный с диффузором смесителя, содержащего соосно объединенные конфузор, горловину и диффузор, при этом в полости последнего соосно установлен конический распределитель потока, отличается тем, что в полости конфузора установлен сообщенный с подводящим газопроводом кольцевой газораспределитель, по периметру которого выполнены отверстия для вывода газа диаметром не более 1 мм, обращенные к продольной оси конфузора, при этом конфузор сопряжен с горловиной, имеющей диаметр, равный 0,4-0,5 диаметрам полости инфракрасного излучателя, при этом зазор между стенкой диффузора и распределителем потока составляет 0,05-0,1 диаметра полости инфракрасного излучателя. Кроме того, полость конфузора сообщена с воздуховодом. Кроме того, в диффузоре размещены электроды розжига, к которым подведен газопровод пилотного розжига.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
При этом совокупность признаков формулы полезной модели обеспечивает упрощение выхода на стационарный режим и совершенствование смесеобразующих характеристик устройства.
При этом признаки формулы полезной модели обеспечивают решение следующих функциональных задач.
Признаки «…в полости конфузора установлен сообщенный с подводящим газопроводом кольцевой газораспределитель, по периметру которого выполнены отверстия для вывода газа…» обеспечивают возможность качественного смесеобразования, при этом подача воздуха может быть обеспечена вентилятором или воздуходуйкой.
Признаки, указывающие, что отверстия для вывода газа выполнены «диаметром не более 1 мм, обращенные к продольной оси конфузора» повышают эффективность внедрения струй газа в подводимый воздушный поток и тем самым качество смешивания газа с воздухом.
Признаки, указывающие, что «конфузор сопряжен с горловиной, имеющей диаметр, равный 0,4-0,5 диаметрам полости инфракрасного излучателя, при этом зазор между стенкой диффузора и распределителем потока составляет 0,05-0,1 диаметра полости инфракрасного излучателя» обеспечивают возможность работы устройства на низких расходах воздуха и топлива без проскока пламени в зону смешивания газа и воздуха.
Признак, указывающий, что «полость конфузора сообщена с воздуховодом» обеспечивает возможность использования для подачи воздуха воздуходувок и/или вентиляторов.
Признаки «…в диффузоре размещены электроды розжига, к которым подведен газопровод пилотного розжига…» обеспечивают внутренний розжиг устройства и быстрый его выход на режим, что обеспечивает стабильность работы и снижение термомеханических деформаций излучателя за счет более плавного разогрева.
Заявленное устройство иллюстрируется чертежом, где схематически показан его продольный разрез.
На чертеже показаны инфракрасный излучатель 1, смеситель 2, кольцевой газораспределитель 3, диффузор 4, электроды зажигания 5, распределитель потока 6, горловина 7, конфузор 8, газопровод пилотного розжига 9, подводящий газопровод 10.
Инфракрасный излучатель 1 выполнен в виде полой трубы со сферическим оголовком из пористого жаропрочного материала, например, из пористого никель-алюминиевого сплава (пористость 55%, размер пор 470 мкм, размер Ni-Al элементов скелета 1350 мкм). Инфракрасный излучатель 1 сопряжен с диффузором 4 смесителя 2, содержащего соосно объединенные конфузор 8, горловину 7, диффузор 4, а также конический распределитель потока 6, электроды зажигания 5 и газопровод пилотного розжига 9 выполнены из жаропрочной стали.
Смеситель 2 (полость конфузора 8) содержит кольцевой газораспределитель 3, подвод газа к которому осуществляется подводящим газопроводом 10, при этом ввод воздуха осуществляется с открытого торца конфузора 8 по воздуховоду, сообщенному с вентилятором, либо воздуходуйкой (на чертеже не показаны). По периметру кольцевого газораспределителя 3 выполнены отверстия для вывода газа диаметром не более 1 мм, обращенные к продольной оси конфузора 8.
Конфузор 8 соосно соединен с горловиной 7 (имеющей диаметр, равный 0,4-0,5 диаметрам полости инфракрасного излучателя 1), которая в свою очередь сообщена с диффузором 4, внутри которого размещен распределитель потока 6, электроды зажигания 5 и газопровод пилотного розжига 9. Зазор между стенкой диффузора 4 и распределителем потока 6 составляет 0,05-0,1 диаметра полости инфракрасного излучателя 1.
Кроме того, и газопровод пилотного розжига 9 и подводящий газопровод 10 снабжены запорно-регулирующей арматурой известной конструкции (на чертежах показана, но не обозначена).
Горение топливно-воздушной смеси происходит в полости пористого жаропрочного цилиндрического излучателя (полой трубы со сферическим оголовком (инфракрасный излучатель 1)).
2
Диапазон регулирования удельной мощности радиационной газовой горелки составляет от 15 до 40 Вт/см, рассчитанных как полная мощность горелки, отнесенная к площади поверхности инфракрасного излучателя 1.
Для запуска горелки в корпус подается воздух через торец конфузора 8 (и далее, через зазор между стенкой диффузора 4 и распределителем потока 6 в диффузор 4), а топливо подается в газопроводе пилотного розжига 9, причем оптимальное соотношение воздуха и газа регулируют упомянутой запорно-регулирующей арматурой. При этом происходит разогрев излучателя в течение 10-15 сек, затем запускается основной подвод газа по подводящему газопроводу 10. При этом происходит плавный разогрев излучателя без разрушения, и выход на режим в целом занимает не более 10 мин.