Газовий дифузійний саморегулюючий пальник для спалювання природного газу

Винахід стосується теплотехніки, а саме спалювання природного газу в якості палива в нагрівальних установках і може бути застосований в приладах нагрівання обладнаних газовими пальниками. Відомі газові пальники для спалювання природного газу, які містять дросель, сопло, механізм управління, корпус пальника, пристрій забезпечення тяги, а також такі, що складаються з патрубків основної додаткової подачі повітря [1]. Відомо інший пальник виготовлений із трьох коаксіальне розташованих труб, через одну із яких подають газ, а через іншу повітря із внутрішнім перфорованим соплом для змішування повітря із зовнішньої труби з газом. Внутрішня труба примусової подачі повітря при зниженні навантаження різко зменшить діапазон саморегулювання, що може призвести до перегріву нагрівних приладів через складну залежність між потоком газу та температурою нагрівного приладу [2], Відома теж газова горілка, де навколо центральної паливної розміщена рухома обичайка, що творить із останню та корпусом канали подачі первинного і вторинного повітря [3], Вадами згаданих вище газових пальників с примусова подача повітря, а потреба збільшення номінальної теплової потужності призводить до непропорційного збільшення габаритів самих пальників. Регулювання потужності здійснюють вручну або іншими пристроями, у засаді дії яких є механічна зміна подачі повітря або газу. Крім вищезазначених недоліків згаданих приладів спалювання газу є й обмеження діапазону використання для пальників цих типів, а саме - виключне застосування для вогнищ великих об'ємів. Найбільш близьким технічним рішенням є пальний пристрій складений із повітропровідного корпусу зі завихрувачами на виході основного повітряного каналу і центральної газової труби з вихідними повітряними каналами у районі камери попереднього змішування, обладнані розсікачами, центральна газова труба на вихідному кінці оснащена циліндричним наконечником із обтікачем із плавним переходом зі сторони основного повітряного каналу і наконечником із участком раптового розширення зі сторони газового каналу, при цьому вхідні повітряні канали розташовані як під нахилом, так і радіальне в місці раптового розширення [4]. Недоліком цього пристрою є його складність через те, що конструкцією пального пристрою передбачено примусову подачу повітря в результаті, якої мас місце інжекція газу, що свідчить про інший фізичний принцип роботи пристрою, що викликало потребу застосування наконечника з пристроєм обтікання потоком та участком раптового розширення, радіальних і нахилених під кутом каналів. Даний пальний пристрій призначений виключно для промислового використання із застосуванням штучного та загашеного газу та приладів подачі під тиском як повітря, так і газу, що в кінцевому результаті робить його мало придатним для застосування в термонагрівних приладах працюючих на природному газі таких як котли тепломереж, локальних водонагрівних систем або побутові кахельні печі. В основу винаходу поставлено завдання створення газового дифузійного саморегулюючого пальника для спалювання природного газу шляхом ежекції газовим струменем повітря при саморегулюванні завдяки взаємодифузії газу та повітря, прийому ежекцію в широкому діапазоні навантаження досягають завдяки направленості сопел, що дасть змогу забезпечити повне використання газоповітряної суміші і тим самим підняти К.К.Д, газового пальника до 95%. Поставлене завдання досягають тим, що в газовому дифузійному саморегулюючому пальнику для спалювання природного газу сопла розташовані концентричне під кутом α до осі пальника. Кут нахилу α сопел вибрано таким чином, що при магістральному тиску природного газу від 70 до 1000 мм водяного стовпа має місце рух потоку газу вздовж осі, внаслідок чого наступить повне перемішування газу із повітрям та дифузійне утворення повітряно-газової суміші. Вихідний потік природного газу через сопла одночасно забезпечить додаткове розрідження, що, у свою чергу, призводить до зворотнього зв'язку ефекту саморегулювання пальника. У порівнянні із прототипом, в якому застосовано принцип інжекції, бо газ надходить у наконечник, з внутрішнім діаметром який значно більший за внутрішній діаметр газової труби. В прототипі в наконечнику на участку раптового розширення в районі розкриття газової струї наступить зрівняння тисків газу і повітря, а оскільки повітря с під певним тиском, то в результаті наступить автоматичний забор необхідної кількості повітря. Відмінність лежить у тому, що у прототипу під тиском саме повітря з постійним його розходом 1250м3/год. Крім цього повітря подають через сопла розташовані під кутом і радіальне, стабілізацію витоку повітря забезпечують раптовим розширенням газу в наслідок різкої зміни діаметру, а у винаходу природний газ подають під тиском мережі, в наслідок чого газовий потік призводить до захоплення частин повітря потоком газу, і в результаті дифузійного змішування наступить утворення газоповітряної горючої суміші. Чим більший тиск мережі, більша швидкість витікання газового потоку і в результаті - збільшення кількості повітря захопленого потоком газу і як наслідок саморегулювання пальника. На фігурі зображено повздовжній розріз газового дифузійного саморегулюючого пальника для спалювання природного газу. Газовий дифузійний саморегулюючий пальник для спалювання природного газу виготовлено із розташованих коаксіально відносно осі двох різного діаметру труб 1, 2 робочої 3 та задньої 4 шайб, патрубка подачі природного газу 5, порожнини-каналу подачі повітря 6, порожнини-каналу подачі природного газу 7, сопел 8 розміщених концентричне під кутом α до осі пальника в робочій шайбі 3. Газовий дифузійний саморегулюючий пальник для спалювання природного газу працює таким чином, що природний газ подають через патрубок 5 в утворену між трубою 1 та трубою 2 порожнину-канал, причому з однієї сторони простір між трубами 1 та 2 заглушено зі задньої сторони шайбою 4, а із робочої сторони шайбою 3. Завдяки наявності у робочій шайбі 3 сопел 8 природний газ з порожнини-каналу 7 виходить на ЗОБНІ через сопла 8. Розташовані концентричне під кутом α до осі пальника сопла 8, спрямовують потік газу до центру та вздовж осі. Природний газ у мережу магістралі подають під тиском від 70 до 1000мм водяного стовпа чим забезпечують його постійне надходження споживачам. Виходячи із шайби 3 під тиском крізь сопла 8 потік природного газу, завдяки розташуванню їх під кутом α, призводить до дифузії газу з повітрям, створюючи газоповітряну суміш,, рух цього потоку газоповітряної суміші проходить вздовж осі. Крім цього потік газу при витіканні через сопла 8 під кутом α створить додаткову різницю тисків на осі, яка лежить у робочій частині порожнини-каналу 6. Створювана так різниця тисків залежить від тиску мережі, Узалежнена від тиску мережі різниця тисків призводить до ежекції потоку повітря у кількості необхідній для утворення газоповітряної суміші, таким чином забезпечують ефект саморегулювання пальника у широкому діапазоні навантажень, а розташовані концентричне під кутом α до осі пальника сопла 8 одночасно забезпечують взаємодифузійне переміщування повітря і природного газу, різницю тисків, а також, крім їх повного взаємного перемішування, процес формування факелу із газоповітряної суміші вздовж осі пальника. Відрегульовану таким чином соплами 8 газоповітряну суміш спалюють тунельним способом. Технічний результат досягають із одночасним використання вогнища по патенту України № 5098, де середня температуру спалювання у тунелях становить до 1400°С, у порівнянні із факельним способом максимальна температура якого становить 900°С, бо газоповітряна суміш при тунельному спалюванні а саме її важкі фракції, догоряють у вогнищі за допомогою додаткової температури. Конструкція пальника завдяки ежекційному саморегулюванню забезпечить досягнення потрібної температури в тунелю, чим забезпечують К.К.Д. пальника до 95%. Високу ефективність застосування газового дифузійного саморегулюючого пальника для спалювання природного газу підтверджено низькою температурою відпрацьованих вихідних газів, що становить від 75°С (для кахельних побутові« печей) до 120°С (для котлів КВГ-6,5), Таким чином газовий дифузійний саморегулюючий пальник для спалювання природного газу здатний повністю замінити існуючі інжекційні, дифузійні газові пальники, придатний в експлуатації для різноманітних об'ємів вогнищ, в тому числі і вогнищ малих об'ємів, що застосовують в побутових нагрівних приладах, наприклад кахельні печі, водонагрівні котли різних конструктивних виконань тощо. Бібліографічні дані: 1. Справочное пособие. Газовое оборудование, приборы и арматура. Под ред. Р.И.Рябцева,М. Недра, 1985г.; 2. Авт.св.СРСР №1560913, МПК F 23 D 14/20; 3. Авт.св.СРСР №1330408, МПК F 23 D 14/20; 4. Патент України № 19735, МПК F 23 D 14/00