Котел на газовому паливі з інфрачервоним пальником

Винахід стосується теплотехніки і може бути використаним в усі х галузях народного господарства, де використовують котли на газовому паливі. Зараз як у парових, так і водогрійних котлах широко використовують газове паливо. Але використання цього палива пов'язано з деякими проблемами, які обумовлені особливостями процесу горіння природного газу. По-перше - для забезпечення повного згоряння газу об'єм топки котла повинен у декілька разів перевищувати об'єм факелу палаючого газу. По-друге - потік енергії, яку несе випромінювання факелу, розповсюджується переважно горизонтально, а потік енергії, яку несуть продукти згоряння газу, направлений вертикально, що приводить до існування двох різних поверхонь теплообміну - радіаційного й конвекційного, тому котли з факельними пальниками мають топки великого об'єму і значні поверхні нагріву (патент SU 1495594 від 13.07.1997p). Найближчім аналогом котла на газовому паливі, що заявляється, вибраний як прототип, є котел VITODENS 200 фірми Viessmann Werke Gm.H&Co, ФРН, який має поверхню нагріву Inox-Radial (патент ФРН №19912572 від 19.03.99р.), виконану у формі циліндра, який охоплює виконану у формі полусфери, випромінюючу поверхню інфрачервоного пальника Matrix-compackt (Конструкція котла у цілому показана на ст. 25 у проспекті фірми Viessmann Programm 1999 VITOTEC, Technik Funktion Design, (9445 101 - 8D 06/99 Technische Аnderungen vorbehalten). Використання у цьому котлі інфрачервоного пальника дозволило покращити його екологічні показники. Однак на думку заявників є можливість більш ефективного використання властивостей інфрачервоного пальника з метою зменшення габаритів і матеріаломісткості котла. Загальними суттєвими ознаками відомого котла та котла на газовому паливі, що заявляється, є котел з інфрачервоним пальником. В основу винаходу поставлено задачу розробки конструкції котла, яка дозволяє зменшити габарити і матеріаломісткість котла за рахунок зменшення об'єму топки і збільшення ефективності використання поверхонь нагріву котла. Поставлена задача вирішується тим, що у заявленому котлі на газовому паливі використовуючи в якості джерела тепла інфрачервоний пальник, поверхня нагріву котла виконана одночасно проникаючою для продуктів згоряння пальника і непроникаючою для його випромінювання і розташована відносно випромінюючої поверхні пальника еквідистантно, на відстані не більше 1-5 товщин шару, в якому згоряє газ. Відмінна риса інфрачервоного пальника полягає у тому, що газ згоряє в ньому без видимого полум’я в тонкому, прилягаючому до випромінюючої поверхні пальника шарі. У результаті ця поверхня нагрівається до високої температури і стає могутним джерелом видимого й іфрачервоного випромінювання. Зокрема дослідним шляхом встановлено, що повне згоряння газу на поверхні керамічних плиток проходить у шарі товщиною 1-3 діаметра отворів у плитках. При цьому випромінююча поверхня пальника виконана у формі багатогранної призми, що наближається до форми циліндра, зібраної з окремих керамічних плиток, які мають безліч наскрізних отворів, а поверхня нагріву котла створена щонайменш двома рядами водяних труб (круглого або прямокутного перерізу) розташованих у шаховому прядку по утворюючій циліндру, який співвісно охоплює випромінюючу поверхню пальника так, що відстань від цієї поверхні до труб вн утрішнього ряду дорівнює 3-50 діаметрам отворів у керамічних плитках, або трубами (круглого чи прямокутного перерізу) розташованими в один ряд, а умови радіаційної непроникності досягнуті за допомогою додаткових спеціально зігнутих пластин теплообміну. Крок труб у рядах t і відстань між ними s підібрані так, що будь-які дві сусідні труби внутрішнього ряду і розташована за ними труба зовнішнього ряду мають дві спільні дотичні, а поверхня водяних труб має високий коефіцієнт поглинання випромінювання пальника e = 0,8 і більше. Наявність цих прикмет дозволяє зробити висновок про новизну заявляємого рішення. Дані розпізнавальні прикмети не витікають логічним шляхом з сучасного рівня розвитку техніки котлів на газовому паливі, а досягнуті за рахунок творчого рішення технічної задачі шляхом виконання поверхні нагріву котла проникної для продуктів згоряння пальника і непроникної для його випромінювання і розташування відносно випромінюючої поверхні пальника на певній відстані від поверхні нагріву котла і виконання поверхні нагріву котла і пальника певної форми. Ефективність та оригінальність вказаних відзнак знаходяться у тісному зв'язку з досягаємим технічним результатом. В порівнянні з прототипом заявлене рішення дозволяє: - зменшити габарити котла; - зменшити матеріаломісткість котла; - збільшити інтенсивність теплообміну. Можлива практична реалізація такої конструкції котла на газовому паливі, якій має інфрачервоний пальник, дозволяє зробити висновок відповідності її "промислова придатність". Приклад конструкції котла, що заявляється і можливі варіанти конструкції поверхонь нагріву показані на фігурах 1-3. На фіг.1 зображено вигляд конструкції заявляемого котла на газовому паливі в розрізі. На фіг.2 зображено переріз А-А котла і умови радіаційної непроникності його поверхні нагріву. На фіг.3 зображені варіанти поверхні нагріву котла на газовому паливі. Варіанти А і Б показують як забезпечити умову проникності для продуктів згоряння и непроникності для випромінювання водотрубних поверхонь нагріву. У варіанті А труби мають прямокутний переріз. У варіанті Б труби розташовані в один ряд, а умови радіаційної непроникності досягаються за допомогою додаткових спеціально зігнути х пластин теплообміну. Варіант Б (фіг.3) показує як забезпечити ці умови для димогарної поверхні нагріву. Котел на газовому паливі, фіг.1, містить циліндричний сталевий корпус 1, всередині якого розташовані водяні трубі 2, які утворюють поверхню нагріву котла двома рядами труб у шаховому порядку по утворюючій циліндра. Порядок розташування водяних тр уб зображено на фіг.2 в перерізі А-А. У нижній частині котла водяні труби об'єднані колектором 3, а у вер хній частині - колектором 4. Підігріта вода надходить у колектор 3 через патрубок 5, а відбирається із колектора 4 через патрубок 6. Об'єми котла, заповнені водою, умовно виділені спеціальним штрихуванням. Перегородка 12 відокремлює об'єм котла, де продукти згоряння віддають своє тепло циркулюючій у котлі воді, від об'єму, із якого продукти згоряння евакуюються у димохід. Інфрачервоний пальник виконано у формі багатогранної призми, яка має дві жароміцні металеві основи: нижню - 7 і верхню - 8. Бокова поверхня призми зібрана з окремих керамічних плиток 9, які містять безліч наскрізних отворів. У середині пальника знаходиться змішувач 10, у який газ подається через патрубок 11. Пальник знаходиться всередині порожнини, утвореної водяними трубами 2. При цьому бокова поверхня пальника і поверхня, яка утворена водяними трубами, розташовані співвісно так, що відстань між ними дорівнює 3-50 діаметрів отворів у керамічних плитках (фіг.2, переріз А-А). Котел працює таким чином: Газ через патрубок 11 подається у змішувач 10, де він змішується з повітрям, і газоповітряна суміш подається у середину порожнини інфрачервоного пальника. Через наскрізні отвори у керамічних плитках 9 вона потрапляє на зовнішню поверхню пальника, де згоряє. Ця поверхня пальника - випромінююча. В результаті горіння на ній газу вона нагрівається до температури 800 - 1000°С і у напрямку нормалі від неї починає випромінюватися міцний потік видимого та переважно інфрачервоного випромінювання. У цьому ж напрямку від цієї поверхні починає руха тися потік розпечених продуктів згоряння. Таким чином від випромінюючої поверхні пальника починає просуватись потужний потік тепла умовно показаний у вигляді сукупності стрілок на фіг.2 в перерізі А-А. Продукти згоряння, просуваючись від випромінюючої поверхні інфрачервоного пальника, проникають в зазори між водяними трубами, фіг.1, віддають своє тепло циркулюючій у цих тр убах воді. Остиглі продукти згоряння накопичуються у просторі, обмеженому корпусом котла 1. Направляючись потім нагору, вони обминають перегородку 12 і залишають котел. Потік випромінювання, просуваючись по нормалі від випромінюючої поверхні пальника, падає на поверхню тих же водяних труб 2. Крок труб у рядах t і відстань між рядами s підібрані таким чином, фіг.2 вид А, що вони утворюють непроникливу для випромінювання поверхню, тому випромінювання затримується цією поверхнею і віддає свою енергію воді, циркулюючій у тр убах 2. Щоб звести до мінімуму витрати енергії випромінювання на відбиття від поверхні цих тр уб, їх поверхня виконана добре поглинаючою ( e = 0,8 і більше).