Газовий радіаційний нагрівник для опалення приміщень

1 Газовий радіаційний нагрівник для опалення приміщень, що містить трубчастий випромінюючий корпус, утворений з'єднаними між собою двома боковими трубами, центральною трубою та перепускним колектором, інжекційний газовий пальник зі стабілізатором, розміщений у випромінюючому корпусі, систему запалювання та контролю полум'я з приєднаним до неї патрубком для підводу газу у пальник, патрубок для відведення продуктів згоряння з СПІВВІСНО приєднаною до нього витяжною трубою, відбивальний екран, розта шований над випромінюючим корпусом з зазором по всій його довжині, який відрізняється тим, що він обладнаний додатковою циліндричною вставкою, встановленою СПІВВІСНО у центральній трубі корпусу нагрівача та з'єднаною з пальником фіксуючим стержнем 2 Газовий радіаційний нагрівник за п 1, який відрізняється тим, що відношення відстані між вихідним торцем стабілізатора пальника та вхідним торцем циліндричної вставки до діаметра стабілізатора пальника дорівнює 3,0-3,5 3 Газовий радіаційний нагрівник за пп 1 та 2, який відрізняється тим, що відношення внутрішнього діаметра центральної труби випромінюючого корпусу нагрівача до зовнішнього діаметра циліндричної вставки дорівнює 1,5-1,6 4 Газовий радіаційний нагрівник за пп 1, 2 та З, який відрізняється тим, що відношення довжини циліндричної вставки до довжини центральної труби випромінюючого корпусу нагрівника дорівнює 0,15-0,2 О Винахід належить до газових радіаційних випромінюючих пальників (нагрівників) Нагрівач може бути використаний для опалення цехів, складів, майстерень, спортзалів, гаражів, теплиць, птахоферм, тваринницьких ферм, ангарів та інших виробничих приміщень Відомий газовий радіаційний нагрівач для опалення приміщень, розроблений та широко поширений на свгговому ринку фірмою "Кюблер" (Німеччина), який вміщує випромінюючий корпус Уподібної форми (двотрубний), в якому встановлений газопальниковий пристрій з під'єднаною до нього системою запалювання та контролю полум'я, елементом для підключення електроенергії та вентилятором Над випромінюючим корпусом по всій його довжині з зазором розташований відбивальний екран Нагрівач фірми "Кюблер" має порівняно невелику теплообмінну робочу поверхню, у зв'язку з цим для опалення приміщень потрібна значна КІЛЬКІСТЬ нагрівачів Крім того, наявність вентилятора потребує підключення електроенергії до нагрівача, що збільшує вартість експлуатації нагрівача Зоя Принцип дії нагрівача фірми "Кюблер" передбачає подачу газу та повітря у випромінюючий корпус за допомогою двопроводного пальника, який забезпечує повне згоряння газу на початковій ДІЛЯНЦІ випромінюючого корпусу Це призводить до значного перегріву цієї ділянки, зниженню теплокомфорту у обігріваємому приміщенні, внаслідок його нерівномірного обігріву, що значно знижує експлуатаційну надійність нагрівача Як прототип вибраний газовий радіаційний нагрівач (заявка на патент України № 93040388, по якій одержано позитивне рішення від 20 07 1966р , копія рішення експертизи на видачу патенту на винахід додається), який вміщує випромінюючий корпус, виконаний з труб різного діаметру, в якому розміщений інжекційний газовий пальник з патрубком для підводу газу та приєднана до нього система запалювання та контролю полум'я, яка розміщена у футлярі Крім того, нагрівач обладнаний відбивальним екраном, розташованим з зазором над випромінюючим корпусом по всій його довжині, приєднаним до випромінюючого корпусу патрубком для підводу продуктів згоряння та СПІВВІСНО з'єднаною з ним витяжною трубою Для підвісу ю (О о 42065 нагрівача у приміщенні до відбивального екрану приєднаний хомут з ланцюгами Відношення робочої довжини випромінюючого корпусу до довжини витяжної труби складає 2,5-3,0, до внутрішнього діаметру центральної труби самого корпусу 25-30, відношення сумарної площі прохідних перерізів двох бокових труб випромінюючого корпусу до площі прохідного перерізу його центральної труби дорівнює 1,1-1,2 Центральна труба нагрівача затулена заглушкою з отвірами Принцип дії відомого нагрівача для опалення приміщень передбачає підвод газу та повітря у зону згоряння центральної труби корпусу нагрівача за допомогою інжекційного пальника За рахунок природної тяги, створеної витяжною трубою, СПІВВІСНО приєднаною до патрубка для відводу продуктів згоряння, надходить додаткове повітря для повного згоряння газу, яке відбувається на короткій ДІЛЯНЦІ центральної труби корпусу нагрівача у безпосередній близькості від пальника зі значним виділенням теплоти У результаті перегрів початкової ділянки корпусу нагрівача також є значним 3 центральної труби продукти згоряння направляють у колектор і далі у бокові труби корпусу нагрівача, звідки вони надходять до патрубка для відводу продуктів згоряння, витяжну трубу та викидаються в атмосферу Конструкція нагрівача не дозволяє вирішити поставлене завдання, бо під час його роботи внаслідок перегріву початкової ділянки центральної труби корпусу відбувається нерівномірне теплове випромінювання на робочі місця у приміщенні, отже не досягається теплокомфорт у приміщенні та знижується експлуатаційна надійність нагрівача В основу винаходу поставлене завдання удосконалення газового радіаційного нагрівача для опалення приміщень, в якому за рахунок пропонуємого розташування та габаритів додаткового елементу - циліндричної вставки - забезпечується вирівнювання епюри розподілу температури на поверхні випромінюючого корпусу нагрівача, що призводить до підвищення експлуатаційної надійності нагрівача, виявленої у підвищенні його терміну служби, крім того, покращуються умови теплокомформу в обігріваємому приміщенні Поставлене завдання вирішене таким чином, що газовий радіаційний нагрівач для опалення приміщень, що містить трубчатий випромінюючий корпус, утворений з'єднаними між собою двома боковими трубами, центральною трубою та перепускним колектором, інжекційний газовий пальник зі стабілізатором, розміщений у випромінюючому корпусі, систему запалення та контролю полум'я з під'єднаним до неї патрубком для підвода газу у пальник, патрубок для відведення продуктів згоряння з СПІВВІСНО під'єднаною до нього витяжною трубою, відбивальний екран, розташований над випромінюючим корпусом з зазором по всій його довжині, згідно з винаходом, обладнаний додатковою циліндричною вставкою, встановленою СПІВВІСНО у центральній трубі корпусу нагрівача та з'єднаною з пальником фіксуючим стержнем Додатковими ВІДМІННОСТЯМИ Є 1 Відношення відстані між вихідним торцем стабілізатора пальника та вхідним торцем ци ліндричної вставки до діаметру стабілізатора пальника дорівнює 3,0-3,5 2 Відношення внутрішнього діаметру центральної труби випромінюючого корпусу нагрівача до наружного діаметру циліндричної вставки дорівнює 1,5-1,6 3 Відношення довжини циліндричної вставки до довжини центральної труби випромінюючого корпусу нагрівача дорівнює 0,15-0,2 Сукупність заявляємих додаткових ознак газового радіаційного нагрівача, обладнаного додатковою циліндричною вставкою, забезпечує високі показники та дозволяє вирішити поставлене завдання Обладнання газового радіаційного нагрівача для опалення приміщень додатковою циліндричною вставкою з урахуванням и наявного розміщення та габаритів дозволяє створити нагрівач з більш високою експлуатаційною надійністю, оскільки виключається перегрів початкової ділянки центральної труби випромінюючого корпусу за рахунок оптимізацм згоряння газу та формування факелу в зоні горіння з більш рівномірним виділенням теплоти по довжині випромінюючого корпусу при різних витратах газу та мінімальному коефіцієнті надлишка повітря Усунення перегріву початкової ділянки центральної труби випромінюючого корпусу нагрівача забезпечує вирівнювання епюри температур по довжині випромінюючого корпусу, а отже, вирівнювання теплових потоків, направлених від нагрівача до підлоги обігріваємого ним приміщення На фіг 1 показаний загальний вигляд радіаційного нагрівача для опалення приміщень, на фіг 2 - розріз нагрівача по А-А, на фіг 3 - розріз нагрівача по Б-Б Пропонуємий газовий радіаційний нагрівач для опалення приміщення вміщує трубчатий випромінюючий корпус -подібної форми, утворений з'єднаними між собою двома боковими трубами 1, центральною трубою 2 та перепускним колектором 3 До вхідного торця центральної труби 2 за допомогою кріплення 4 під'єднаний інжекційний газовий пальник 5 зі стабілізатором 6, з'єднаний з системою запалювання та контролю полум'я 7 До системи запалювання та контролю полум'я 7 під'єднаний патрубок 8 для підводу газу у пальник 5 До вихідних торців бокових труб 1 нагрівача під'єднаний патрубок для підводу продуктів згоряння 9, до якого СПІВВІСНО приєднана витяжна труба 10 Зверху до труб 1 та 2 по всій їх довжині з зазором за допомогою стояка 11 під'єднаний відбивальний екран 12, прикріплений за допомогою хомута 13 ланцюгами 14 до стелі обігріваємого приміщення Усередині центральної труби 2 нагрівача СПІВВІСНО встановлена циліндрична вставка 15, з'єднана з кріпленням 4 пальника 5 фіксуючим стержнем 16 Відношення відстані між вихідним торцем стабілізатора пальника та вхідним торцем циліндричної вставки до діаметру стабілізатора пальника дорівнює 3,0-3,5, відношення внутрішнього діаметру центральної труби випромінюючого корпусу нагрівача до наружного діаметру циліндричної вставки дорівнює 1,5-1,6, відношення довжини циліндричної вставки до довжини центральної труби випромінюючого корпусу нагрівача дорівнює 0,15-0,2 42065 Робота газового радіаційного нагрівача для опалення приміщень здійснюється таким чином Після вмикання системи запалення та контролю полум'я 7 підводять газ у пальник 5 та далі в його стабілізатор 6 через патрубок 8 Більша частина повітря (первинне повітря), необхідна для згоряння газу, ежектується у пальник 5 за рахунок кінетичної енергії газового струменя, що виходить з сопла пальника 5, де змішується з газом Первинна газоповітряна суміш з стабілізатора 6 пальника 5 надходить у циліндричну вставку 15 Решта повітря (вторинне повітря), необхідне для повного згоряння газу у нагрівачі, надходить у кільцевий зазор, створений центральною трубою 2 випромінюючого корпусу нагрівача та стабілізатором 6 пальника 5 за рахунок природної тяги, створеної у нагрівачі витяжною трубою 10 3 кільцевого зазору вторинне повітря надходить у центральну трубу 2 випромінюючого корпусу, де воно поступово змішується з газоповітряною сумішшю, що виходить з стабілізатора 6 пальника 5, причому менша частина вторинного повітря підмішується до первинної газоповітряної суміші та надходить у циліндричну вставку 15, а більша його частина надходить у кільцевий зазор, створений центральною трубою 2 випромінюючого корпусу нагрівача та циліндричною вставкою 15 Повне змішування вторинного повітря з первинною газоповітряною сумішшю здійснюється за вихідним торцем циліндричної вставки 15 у центральній трубі 2 Догоряння газу відбувається у перепускному колекторі 3 Утворені продукти згоряння з колектору 3 надходять у бокові труби 1 випромінюючого корпусу нагрівача, далі у патрубок для відводу продуктів згоряння 9, витяжну трубу 10, звідки їх викидають в атмосферу За допомогою монтажного хомута 13 та ланцюгів 14 нагрівач підвішують у верхній частині приміщення на певній відстані від підлоги Розігрітий корпус нагрівача випромінює теплову енергію в напрямку підлоги приміщення Направленому випромінюванню теплової енергії до підлоги приміщення сприяє відбивальний екран 12 У процесі випробування пропонуємого нагрівача встановлено, що введення циліндричної вставки, встановленої в центральній трубі корпусу нагрівача СПІВВІСНО з пальником, усуває перегрів початкової ділянки центральної труби корпусу нагрівача, забезпечує формування факелу необхідної довжини у широких межах регулювання по паливу при мінімальному коефіцієнті витрати повітря Роль циліндричної вставки полягає у муфелюванні факелу на початковій ДІЛЯНЦІ центральної труби корпусу нагрівача та забезпеченні надходження вторинного повітря у зону згоряння через кільцевий зазор, утворений вставкою та центральною трубою корпусу нагрівача Вторинне повітря, що надходить через кільцевий зазор, охолоджує циліндричну вставку, в якій відбувається горіння, зменшуючи таким чином температуру початкової ділянки центральної труби випромінюючого корпусу нагрівача Згоряння палива відбувається у вигляді розтягнутого факелу по всій довжині центральної труби випромінюючого корпусу нагрівача з догорянням у перепускному колекторі Найбільш сприятливі умови для надходження вторинного повітря в зону згоряння досягаються при відно шенні внутрішнього діаметру центральної труби корпусу нагрівача до наружного діаметру циліндричної вставки, рівному 1,5-1,6 В цьому випадку опір у кільцевому зазорі при надходженні вторинного повітря у нагрівач є мінімальним Встановлено також, що при відношенні довжини циліндричної вставки до довжини центральної труби корпусу нагрівача, рівному 0,15-0,2, досягаються оптимальні умови для формування факелу необхідної довжини у центральній та бокових трубах корпусу нагрівача, виключається місцевий перегрів початкової ділянки центральної труби корпусу, створюються умови для згоряння газу з мінімальним утворенням оксидів азоту у продуктах згоряння, забезпечується рівномірний розподіл температур по довжині центральної та бокових труб, а при відношенні відстані між виходним торцем стабілізатора пальника та вхідним торцем циліндричної вставки до діаметру стабілізатора пальника, рівному 3,0-3,5, досягається надійна стабілізація факелу, забезпечується стійке горіння у центральній вставці при мінімальному коефіцієнті надлишку повітря за рахунок підсосу певної КІЛЬКОСТІ вторинного повітря через оптимальний зазор між торцем стабілізатора та вихідним торцем вставки Стійка теплова робота нагрівача, рівномірний розподіл температур по довжині центральної та бокових труб корпусу нагрівача, виключення місцевого перегріву корпусу нагрівача покращують умови експлуатації нагрівача при різній тепловій потужності, при цьому підвищується термін служби нагрівача, а на робочих місцях у приміщенні забезпечується задана температура та створюється особливе відчуття теплокомфорту Газовий радіаційний нагрівач пропонуємої конструкції пройшов випробування на експериментальній базі Інституту газу НАН України У наступних таблицях 1-3 наведені основні показники, які отримані у процесі ДОСЛІДІВ при різних співвідношеннях конструктивних параметрів пропонуємого нагрівача Показники, наведені у таблиці 1, отримані при різних співвідношеннях внутрішнього діаметру центральної труби корпусу нагрівача (DK) до наружнього діаметру циліндричної вставки (DB), причому ІНШІ ознаки пропонуємого винахіду мали заявлені значення У таблиці 2 наведені показники, отримані при дослідженні нагрівача при різних відношеннях довжини циліндричної вставки (І_в) до довжини центральної труби корпусу нагрівача (Ц), причому ІНШІ ознаки пропонуємого винахіду мали заявлені значення У таблиці 3 наведені показники, отримані при дослідженні нагрівача при різних відношеннях відстані між вихідним торцем стабілізатора пальника і торцем вставки (І) до діаметру стабілізатора пальника (dc), причому ІНШІ ознаки пропонуємого винаходу мали заявлені значення З таблиць 1, 2, 3 видно, що найбільш високі показники газового радіаційного нагрівача досягаються при заявлених відношеннях DK/DB = 1,51,6, І_в/Ц = 0,15-0,2 та l/dc = 3,0-3,5 При заявлених співвідношеннях у нагрівач надходить оптимальна КІЛЬКІСТЬ вторинного повітря, необхідного для згоряння газу без сажеутворення, забезпечуються умови для формування факелу необхід 42065 ноі довжини, його стабілізація та муфелювання на найбільш теплонапруженій ДІЛЯНЦІ випромінюючого корпусу нагрівача, що дозволяє значно знизити нерівномірність нагріву випромінюючого корпусу нагрівача, забезпечити мінімальний вихід NOX у широких межах регулювання теплового навантаження нагрівача і, таким чином, підвищити експлуатаційну надійність нагрівача У процесі випробувань газового радіаційного нагрівача також встановлено, що при позамежних значеннях заявлених співвідношень показники нагрівача погіршуються Згоряння палива у заданих межах відбувається з ХІМІЧНИМ недопалюванням, перевищуючим допустимі значення, та сажеутворенням, підвищується нерівномірність нагріву випромінюючого корпусу нагрівача за рахунок значного перегріву початкової ділянки центральної труби корпусу нагрівача і, як слідство, недостатнього прогріву його бокових труб, такий розподіл температур призводить до зростання вмісту NOX у продуктах згоряння, зниженню коефіцієнту використання палива у нагрівачі, що кінець кінцем, суттєвим чином позначається на зменшенні експлуатаційної надійності Використання газових радіаційних нагрівачів пропонуємої конструкції дозволяє відмовитися від використання котельних установок та спорудження теплотрас, нагрівачі не займають корисну площу приміщення та не порушують статику будівельних конструкцій Таблиця 1 Залежність Рк = f (Рв) DK/DB Показники 1,3 1,5 1,6 1,7 1,8 3,0 0,0 5 3,0 1,0 10 3,0 1,05 20 3,0 1,05 20 3,0 1,08 25 3,0 1,08 25 1,0 0,4 0,03 0,03 0,02 0,02 20 18 8 10 25 ЗО 70 50 ЗО ЗО ЗО ЗО 85 Витрата природного газу, м /г Загальний коефіцієнт надлишку повітря Розрядження в зоні горіння, Па Вміст СО у викидних продуктах згоряння, % Нерівномірність нагріву випромінюючого корпусу нагрівача, °С/п м Вміст N O X у продуктах згоряння на виході з нагрівача, мг/м Коефіцієнт використання палива у нагрівачі, % 1,4 90 92 91 88 87 Таблиця 2 Показники Залежність LB = f/(LK) и/ц 0,05 Витрата природного газу, м /г Загальний коефіцієнт надлишку повітря Нерівномірність нагріву випромінюючого корпусу нагрівача, °С/п м Вміст NO X у продуктах згоряння на виході з нагрівача, мг/м3 Питома матеріаломісткість нагрівача, кг/КВт Коефіцієнт використання палива у нагрівачі Показники 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 40 ЗО 10 8 8 8 60 45 35 ЗО ЗО ЗО 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 85 88 92 92 92 92 Залежність І = f(dc) Таблиця З l/dB 2,0 Витрата природного газу, м /г Загальний коефіцієнт надлишку повітря Розрядження у зоні горіння, Па Вміст СО у продуктах згоряння на виході з нагрівача Нерівномірність нагріву випромінюючого корпусу нагрівача, °С/п м Вміст NO X у продуктах згоряння на виході з нагрівача, мг/м3 Режим роботи нагрівача Коефіцієнт використання палива у нагрівачі, % 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 1,0 5 1,02 12 1,05 20 1,05 20 1,1 25 1,15 25 0,4 0,1 0,03 0,03 0,02 0,02 12 10 10 10 20 ЗО 35 32 ЗО ЗО СТІЙКИЙ СТІЙКИЙ СТІЙКИЙ СТІЙКИЙ 85 89 92 92 45 55 нестійкий нестійкий 90 80 42065 ФІГ. 1 А-А ПроЗунть/ с2ораная Фіг. 2 Б~Б И 0, V Фіг. З V 42065