Факельна насадка пальникового пристрою

1. Факельна насадка пальникового пристрою, що виконана з вогнетривкого матеріалу, яка відрі 3 випромінювання. Частина випромінювання замикається в просторі між елементами, поглинається випромінюючими поверхнями елементів насадки та збільшує їх температуру до 1000-1200°С, що, у свою чергу, приводить до збільшення радіаційного потоку з поверхні. Велика глибина насадки утрудняє підмішування холодного навколишнього повітря в зону хімічної реакції, а збереження високої температури продуктів, що не перевищує 1200°С, забезпечує повну завершеність хімічних реакцій, у тому числі доокислення СО в СО2, і не приводить до утворення помітної кількості оксидів азоту. Дана насадка пальникового пристрою, яка має підвищені енергетичні та експлуатаційні характеристики, забезпечує різке збільшення питомої потужності пальника. Головним недоліком відомого технічного рішення (а також і інших вищеописаних конструкцій насадок) є те, що при хімічному окисленні горючої суміші (горінні) беруть участь лише валентні електрони зовнішніх електронних оболонок (оптичні електрони з енергіями зв'язків 0,5-2,0 еВ), при цьому електрони внутрішніх оболонок атомів і молекул не приймають участі в утворенні хімічних зв'язків і, як наслідок, ефективність пальникового пристрою з даною насадкою не достатньо велика. Завданням, поставленим в основу пропонованого технічного рішення, є різке підвищення ефективності процесів горіння за рахунок максимального використання внутрішніх електронів елементів горючого середовища з енергіями зв'язків 5-100 еВ і вище. Генерування подібних електронів можна досягти шляхом формування у високотемпературному середовищі локальних фотонейтронних джерел з їх подальшим розмноженням в процесі роботи пристрою пальника. Поставлене завдання вирішується тим, що у факельній насадці пальникового пристрою, яка виконана з вогнетривкого матеріалу, згідно з пропонованим технічним рішенням внутрішня її поверхня містить активуючий шар з радіоізотопів, а також і тим, що як радіоізотопи активуючий шар насадки містить інтерметалооксидні сполуки лантаноїдів з коротким періодом напіврозпаду, наприклад, неодим, самарій. Створення на внутрішній поверхні факельної насадки активуючого шару із радіоізотопів, напри 53715 4 клад, інтерметалооксидних сполук лантаноїдів з коротким періодом напіврозпаду (неодим, самарій) істотно збільшує її фотолізну та радіолізну здатність. Як робоче середовище для генерування високоенергетичних електронів і іонів з утворенням високотемпературної плазми можна використовувати перегріту водяну пару, що інжектується в пальник. Конструктивно факельна насадка (див. креслення Фіг.1) являє собою трубчастий елемент 1 з вогнетривкого матеріалу (металокераміка) з циліндровою або усіченою конічною поверхнею, розміри якої вибираються за умов нещільного охоплення факела пальника, на внутрішню частину якої нанесений активуючий радіоактивний шар 2 з радіоізотопів, наприклад, інтерметалооксидні сполуки лантаноїдів з коротким періодом напіврозпаду (неодим, самарій) та поверхневою щільністю 11,2г/см3. Насадка містить кріпильні елементи 3 для її фіксації в зоні горіння пальникового пристрою. Факельна насадка працює таким чином. За допомогою газового пальникового пристрою внутрішню порожнину насадки розігрівають до температури більше 1500°С, після чого інжектують в нею перегріту водяну пару, яка, взаємодіючи з випромінюючою поверхнею насадки, розкладається на іони водню та кисню, в процесі горіння яких підвищується температура робочого середовища до 3000°С. При цьому вихід фотонейтронів з утвореної таким чином водневої плазми дозволяє отримати високоенергетичні електрони, які у свою чергу істотно збільшують електронну температуру самої плазми, а значить і кількість фотонейтронів. Для підтвердження ефективності роботи радіаційної насадки, визначення теплофізичних характеристик плазмоутворюючої поверхні усередині випромінюючої факельної насадки, витрат природного газу, необхідного для ініціації фотоплазмового розкладання перегрітої водяної пари, визначення витрат води для її утворення, а також часу виходу на режим водневого живлення, автором були проведені випробування на базі термодинамічного центру "УкрНДІнафтогазінформ». Результати випробувань представлені в Таблиці 1. 5 53715 6 Табл. 1 № п/п 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Час від початку випробувань, год. 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Витрати газу, м3/год. Витрати води, л/год. 3 8,25 7,94 7,62 7,3 7,05 6,82 6,67 6,21 5,83 5,35 5,10 5,08 4,93 4,24 3,77 3,03 2,51 2,06 1,98 1,03 0,25 0,00 0,00 4 20,0 21,0 22,0 23,0 23,5 23,8 24,2 24,6 24,8 24,9 25,0 25,1 25,2 25,9 26,2 27,0 27,2 30,9 33,8 36,0 37,9 40,0 41,8 За методикою вихід на режим здійснювався шляхом періодичного - раз в 0,5 години зменшення витрат газу - в середньому на 0,4м3/год при одночасному збільшенні витрат води, що подається в термокомпресійну камеру, - в середньому на 0,85л/годину. Динаміка зниження споживання природного газу і переведення пальникового пристрою на воднево-плазмове живлення приведена на діаграмі Фіг.2. Проміжні значення на графіку лінійно інтерпольовані. При зростанні температури плазмоутворюючої поверхні (після 14,5 годин випробувань) Т° випромінюв. плазмоутворюв. поверхні, °С 5 1550 1580 1630 1690 1750 1820 1890 1960 2050 2110 2160 2180 2210 2320 2400 2510 2600 2650 2690 2720 2760 2790 2820 швидкість споживання води для підтримки температури зросла і склала 2,2-2,5л/годину. Вихід на режим стався через 21 годину. Після відключення джерела газового живлення подальше збільшення теплової потужності пристрою (і збільшення температури випромінювання при збільшенні довжини факела) пальника здійснювалося виключно за рахунок спалювання воднево-кисневій суміші, збагаченій озоном, отриманими в результаті фотоплазмового розкладання водяного газу, що подавався в плазмову зону. 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 53715 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601