Піролізний пальник моісєєва з повітропроводами

Реферат: Піролізний пальник з повітроводами містить основну пластину з отвором і патрубок, прикріплений до повітропроводу вхідного повітря. Додатково містить верхню пластину, розташовану над основною пластиною та суцільну по усій площі, окрім отвору у центрі, до якого герметично прикріплений патрубок, дозатор, розміщений між верхньою та основною пластинами, які можуть бути різні за площею і формою та мати вигини, а основна пластина у межах дозатора може мати декілька отворів. При цьому обидві пластини поєднані з соплами, які виконані в один або декілька ярусів, та по периметру основної пластини розташовані облямовуючі елементи у вигляді заглиблень або стрічок з металу, або дискретних поперечних вставок, які виходять за кромку основної пластини, крім цього, до низу основної пластини прикріплені або ребра, та/або горизонтальні ділянки периферійних повітропроводів г-подібної форми, вертикальні ділянки яких закінчуються наконечниками. UA 106097 U (54) ПІРОЛІЗНИЙ ПАЛЬНИК МОІСЄЄВА З ПОВІТРОПРОВОДАМИ UA 106097 U UA 106097 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до теплоенергетики, безпосередньо до спалювання твердого, рідкого та газоподібного палива, і найбільш ефективно може бути використаний у виробництві піролізних теплогенераторів побутового та промислового призначення, в першу чергу опалювальних котлів, печей. Відомий розподілювач повітря для котла верхнього горіння [Євразійський патент № 005303, МПК F23L 1/00, 2004 p.], котрий містить порожнистий диск з конусним наконечником у нижній частині, що з'єднаний з встановленим на верхній поверхні перехідником для кріплення до повітропроводу. При цьому на поверхнях диска, перехідника та наконечника виконано наскрізні отвори, крізь які подають вхідне повітря в зону горіння палива. Недоліком відомого пристрою є обмежена область використання тільки для дров, а також швидке пошкодження повітропроводу внаслідок його находження у зоні кінетичного впливу полум'я без охолодження. Відомий розподілювач повітря [патент патент Російської Федерації № 2532051, МПК F24B 1/185, 2015 p.], який містить основу з пластини з отвором у центрі, встановлений над ним патрубок з отворами на бічній поверхні для кріплення до повітропроводу, рухоме кільце з фіксатором відносно патрубка і отворами, а також додаткову пластину з отвором у центрі, закріплену під основною пластиною. Пристрій забезпечує подання визначеної кількості вхідного повітря в зону горіння над паливом у вертикальному напрямку та уздовж верхнього шару палива. Недоліком відомого пристрою є неможливість подання повітря під верхній шар палива, що обмежує область використання для спалювання дрібнофракційного палива (пелети, тирсові і торф'яні брикети) і палива з підвищеною або неоднорідною вологістю, а також швидке пошкодження повітропроводу внаслідок горіння біля поверхні патрубка, недостатня ефективність згоряння горючих газів. Найбільш близьким по суті і отриманому технічному результату є відомий розподілювач повітря [патент Російської Федерації № 2502019, МПК F23L 1/00, 9/02, 2013 р.], який містить основу з пластини з отвором у центрі, встановлений над ним патрубок з отворами на бічній поверхні для кріплення до повітропроводу, рухоме кільце з фіксатором відносно патрубка и відповідними отворами. Пристрій забезпечує подання визначеної кількості вхідного повітря як в зону над паливом, так і у верхній шар палива. Недоліком відомого пристрою є обмежена область використання тільки для твердого палива та швидке пошкодження вхідного повітропроводу внаслідок горіння навколо його поверхні, при цьому має місце недостатня ефективність згоряння горючих газів. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення конструкції розподілювача повітря шляхом виконання його у вигляді пальника, який забезпечує подання визначеної кількості вхідного повітря у різних напрямках відносно зони горіння, а саме у верхній шар палива, але не вздовж повітропроводу від центру пальника, тобто тільки над паливом та на край пальника, щоб створювати оптимальні умови для піролізного процесу, рівномірного спалювання різноманітних видів палива, підвищення рівня безпеки та збільшення терміну експлуатації пальника та повітропроводу. Поставлена задача вирішується тим що, що піролізний пальник з повітроводами, який містить основну пластину з отвором і патрубок, прикріплений до повітропроводу вхідного повітря, згідно з корисною моделлю, додатково містить верхню пластину, розташовану над основною пластиною та суцільну по усій площі, окрім отвору у центрі, до якого герметично прикріплений патрубок, дозатор, розміщений між верхньою та основною пластинами, які можуть бути різні за площею і формою та мати вигини, а основна пластина всередині дозатора може мати декілька отворів, при цьому обидві пластини поєднані з соплами, які виконані в один або декілька ярусів, та по периметру основної пластини розташовані облямовуючі елементи у вигляді заглиблень або стрічок з металу або дискретних поперечних вставок, які виходять за кромку основної пластини, крім цього, до низу основної пластини прикріплені або ребра, та/або горизонтальні ділянки периферійних повітропроводів г-подібної форми, вертикальні ділянки яких закінчуються наконечниками. Згідно з корисною моделлю, периферійний повітропровід виконаний у формі труби, будь якого перерізу, а наконечники можуть її загострювати або притупляти і бути без отворів або з отворами. Згідно з корисною моделлю, ребра та горизонтальні ділянки повітропроводів спрямовані від центру до краю основної пластини, при цьому ребра можуть бути прямими або вигнутими. Заявлений піролізний пальник забезпечує подання визначеної кількості вхідного повітря у різних напрямках до зони горіння, а саме у верхній шар палива, над паливом та на край пальника, і це дозволяє створювати оптимальні умови піролізного процесу при горінні 1 UA 106097 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 різноманітних видів палива та підвищити рівень безпеки і термін експлуатації пальника та повітропроводу. Між технічним результатом та суттєвими ознаками корисної моделі є причинно-наслідковий зв'язок, який реалізується наступним чином. Встановлення верхньої пластини над основною пластиною і дозатора між ними забезпечує відділення від вхідного повітря його частки, що йде на периферію пальника та далі крізь сопла, і подання решти вхідного повітря під основну пластину та крізь її облямовуючі елементи до периферії зони горіння палива. Це дозволяє виключити горіння відхідних продуктів згоряння біля повітропроводу та запобігти перегріву останнього внаслідок слабкої взаємодії з продуктами згоряння, бо найбільш ефективно енергія передається у разі кінетичного контакту за другим законом термодинаміки від середовища з більшою температурою до менше нагрітого середовища крізь поверхню їх розділу, що розраховують за законом Ньютона-Ріхмана. Згідно з цим емпіричним законом щільність теплового потоку на кордоні взаємодіючих середовищ пропорційна їх різниці температур (так званий температурний напір). На різні конструктивні елементи пальника кінетична енергія і енергія випромінювання, що впливають на повітропровід та верхню пластину зовні з зони горіння або відхідних газів (тобто з джерела тепла), мають неоднаковий вплив. Тепловий потік і енергію випромінювання, що потрапляє на поверхню пальника, зокрема на верхню пластину і повітропровід, визначають наступним чином. Спектральна щільність джерела випромінювання визначається формулою Планка. На відстані від джерела потужність випромінювання визначають шляхом рішення рівняння переносу випромінювання. Випромінювання йде від кожної точки джерела тепла до усіх точок на поверхні верхньої пластини, де вона опромінюється з цього джерела. Отримані значення випромінювання на кордоні з поверхнею верхньої пластини помножують на функцію поглинання випромінювання верхньою пластиною для кожної довжини хвилі випромінювання і на косинуси кутів між вибраною точкою джерела випромінювання і нормаллю до точки його впливу на пластині. Кінцевий результат, як енергію випромінювання, що надходить у задану точку верхньої пластини або повітропроводу, отримують після інтегрування поглинутого поверхнею випромінювання, що прийшло у цю точку з усіх напрямків та з усього спектру випромінювання (https://ru.wiki2.org/wiki/, http://mashxxl.info/info/697564/). Теорія показує та експериментальні дані підтверджують, що енергія випромінювання від джерела тепла, яка потрапляє у кожну точку пальника, залежить від кута, під яким вона надходить, наприклад, до кожної точки верхньої пластини або повітропроводу, і від властивості матеріалу, з якого вони виконані. При кінетичній взаємодії відхідних продуктів згоряння з верхньою пластиною або повітропроводом енергія до них передається набагато інтенсивніше, що підтверджує обробка різних експериментальних даних, яку вперше зробили Ньютон і Ріхман незалежним чином. З цієї причини в заявленій конструкції відхідні продукти згоряння віддалені від повітропроводу і центру верхньої пластини на край пальника, що зменшує їх нагрів і дозволяє створювати оптимальні умови спалювання піролізних газів, що утворюються при горінні різноманітних видів палива, та підвищити рівень безпеки і термін експлуатації пальника та повітропроводу. При проходженні повітря між верхньою та основною пластинами здійснюється його підігрів та охолодження обох пластин, що забезпечує збільшення терміну їх експлуатації. Однак, основна пластина завжди ближче до полум'я, яке може бути з нею у інтенсивному кінетичному та випромінювальному контакті, і тому вона повинна бути краще захищені від вогнища. Це потребує використання спеціальних матеріалів або підвищення товщини цієї пластини. Вибір оптимальних розмірів та геометрії конструкційних елементів пальника, які створюють повітропровідні канали, крізь які іде вхідне повітря (дозатор повітря, зазори між верхньою та основною пластинами, канали між ребрами, отвори у периферійних повітропроводах і їх наконечниках) дозволяє охолоджувати пластини та повітропровід і створювати необхідний кількісний розподіл повітря по зонам горіння та забезпечити його стабільність для ефективного спалювання різноманітного палива. Виконання ребер та горизонтальних ділянок периферійних повітропроводів спрямованих від центру до краю пластини, забезпечує відтворення каналів визначеного перерізу для потоків повітря під основною пластиною, що забезпечує рівномірне розповсюдження повітря і необхідний простір для процесу горіння. При цьому, ребра можуть бути прямими або вигнутими. Зокрема ребра, що йдуть проти годинникової стрілки, якщо на них дивитися знизу до гори, утворюють найбільш рівномірний потік повітря по площині пальника в північній півкулі Землі, так як потік при русі зміщується декілька в право за рахунок впливу сили Коріоліса, тобто за годинниковою стрілкою, якщо дивитися зверху вниз і тому підкручені у цю ж сторону ребра сприяють рівномірності розповсюдження потоку повітря. В південній півкулі зміщення від впливу 2 UA 106097 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 сили Коріоліса йде в протилежний бік і конструкція пальника має бути дзеркальною до описаної вище. Рівномірна подача повітря забезпечує якісне горіння твердого, рідкого і газоподібного палива. Використання ребер оптимальної форми для твердого палива зменшує утворювання твердого шару золи. З цією ж метою використовують периферійні повітропроводи. Наконечники на них забезпечують зменшення засмічення отворів, та покращують проникнення повітря крізь верхній шар палива, що впливає на потужність пальника і інтенсифікує процес горіння. Це суттєво діє для рідкого палива, коли утворюється барботажне змішування повітря і палива. Оптимальна геометрія сопла (або декількох ярусів сопел) забезпечує потрібну форму і кути ліній току повітря, що виходить за межи основної пластини так, щоб було найбільш ефективне змішування з відхідними від зони горіння газами. Облямовуючі елементи, що виконані у вигляді заглиблень або стрічок з металу або дискретних поперечних вставок, які виходять за кромку основної пластини, регулюють напрямок та об'єм повітряного потоку на краю пальника і утворюють необхідний мінімальний зазор, що гарантовано забезпечує проходження відхідних газів з під низу пальника. Виконання периферійних повітропроводів в вигляді труб г-подібної форми створює канали для подання повітря під поверхню сипкого (що в оптимальному режимі може утворити квазірідкий шар), або рідкого (що утворює барботажний шар) палива. Верхня та основна пластини можуть бути різні за площею і формою та мати вигини для того, щоб утворювати оптимальні умови спалювання різноманітних видів палива. Основна пластина всередині дозатора може мати або центральний отвір для більш інтенсивної подачі повітря в шар палива, тобто для гострого дуття, або декілька отворів, щоб краще утворювати охолодження верхньої і основної пластин, а також для забезпечення подання повітря у потрібні місця і в заданої кількості до палива. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями: де зображений вертикальний переріз пальника. Піролізний пальник містить елемент кріплення 1, патрубок 2, з'єднаний з повітропроводом 3, верхню пластину 4, основну пластину 5, сопла 6, облямовуючі елементи 7, дозатор повітря 8, ребра 9, периферійні повітропроводи 10 з отворами 11 і з наконечниками 12. Кріплення 1 і з'єднання патрубка 2 до повітропроводу 3 виконується герметичним. Периферійні повітропроводи 10 з наконечниками 12 виконують з вогнестійкого матеріалу. Верхня 4 і основна пластини 5 можуть бути неоднаковими за площею і формою та мати вигини (зокрема, хвилясті до периферії). Однак, верхня пластина до сопел 6 повинна бути суцільною по усій площі, окрім отвору у центрі, де вона поєднана з патрубком 2. Над пластиною 4 і під пластиною 5 та між ними можуть кріпитися зміцнюючи елементи (не показано). Облямовуючі елементи 7 виконують у вигляді заглиблень, або смужки з металу, або як дискретні поперечні вставки, які виходять за кордон краю пластини 5. Усі конструктивні елементи пальника кріплять один до одного зазвичай за допомогою зварювання. Для побутових котлів пластина 4 виготовлена з тонкого рядового металу 1-3 мм, пластина 5 - або з рядового металу 3-6 мм, або з нержавіючого вогнестійкого металу товщиною 0,8-2 мм. Ребра 9 можуть бути прямими або вигнутими, мати різноманітні вигини, зокрема по/або проти годинникової стрілки. Ребра 9 виготовлені з рядового металу за профілем: з полоси 3-4 мм, або з куточка, швелера, тавра. Пальник працює наступним чином. Вхідне повітря подається крізь приєднаний кріпленням 1 до з'єднувального патрубка 2 повітропровід 3 і далі розповсюджується між верхньою пластиною 4 і основною пластиною 5, а також під основною пластиною 5. Частина повітря виходить крізь сопла 6 (які для збільшення об'єму змішування та уповільнення у ньому руху повітря можуть розташовуватися у декілька ярусів) в зону догоряння відхідних газів, що утворюються у процесі згоряння палива, а решта повітря крізь отвори у основній пластині 5, тобто крізь отвір у її центрі (або крізь декілька отворів) та по каналах між ребрами 9, що зверху обмежені основною пластиною 5, крізь периферійні повітропроводи 10, крізь отвори 11 і наконечники 12, йде під основною пластиною 5 нижче до палива і виходить біля облямовуючих елементів 7. Кількісний розподіл повітря забезпечує спільна робота отворів у основній пластині 5 та дозатора повітря 8. При згорянні палива на елемент кріплення 1, патрубок 2, верхню пластину 4 і повітропровід 3 більшою мірою впливає випромінювання від полум'я і продуктів згоряння, що йде з півсфери над верхньою пластиною 4. Облямовуючі елементи 7, ребра 9, периферійні повітропроводи 10 з отворами 11 і з наконечниками 12, сприяють рівномірній подачі повітря до палива і формують стійку зону горіння останнього, що дозволяє створювати умови для необхідного піролізного процесу при горінні різноманітних видів палива, бо кінетичної дії відхідних газів запобігає суцільність верхньої пластини і відносно велика відстань від краю пальника до його центру. 3 UA 106097 U 5 10 15 20 В теплогенераторах верхнього горіння вигоряння палива відбувається нерівномірно по площині дзеркала горіння, якщо пальник переміщується донизу і зустрічає неоднорідне по якості паливо. Для твердого палива це може бути неоднорідність по укладанню, щільності, вологості, зольності. Оскільки нагріті гази прагнуть доверху, то під верхню частину нахиленого пальника починає надходити більше повітря, а під нижче розташовану частину - менше. За рахунок цього прискорюється вигоряння вище розташованої частини палива і відбувається вирівнювання пальника у горизонтальній площині. Таким чином утворюється нерівномірний рух пальника в процесі його пересування донизу при горінні неоднорідного по якості палива. Проходження повітря до палаючого палива крізь отвори в основній пластині пальника завжди утворюють піролізні гази, але роботу теплогенератора у піролізному режимі отвори в основній пластині забезпечують спільно з дозаторами і соплами. Це відбувається, якщо під основну пластину надходить від 28,5 % до 40 % вхідного повітря, а між верхньою і основною пластинами - від 71,5 % до 60 % вхідного повітря для спалювання піролізних газів, що йдуть з під пальника. Додаткова умова, що в цілому у пальник вхідне повітря надходить у кількості 103105 % від необхідного для повного прогоряння верхнього шару палива. Таким чином можливо спалювати як тверді, так і рідкі або газоподібні види палива, або їх суміші. Експериментальна перевірка заявленого пальника підтвердила теоретичні оцінки, основані на вивченні теплогазодинамічних процесів опалювальних приладів верхнього горіння. Рівень розробки знаходиться в стадії, коли пальник апробований в роботі теплогенераторів, та йде підготовка дослідних зразків пальника для різноманітних видів палива і документів до серійного виробництва. Використання заявленого пальника забезпечує створення оптимальних умов для піролізного процесу, рівномірного спалювання різноманітних видів палива, підвищення рівня безпеки та збільшення терміну експлуатації пальника і повітропроводу. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 1. Піролізний пальник з повітроводами, що містить основну пластину з отвором і патрубок, прикріплений до повітропроводу вхідного повітря, який відрізняється тим, що додатково містить верхню пластину, розташовану над основною пластиною та суцільну по усій площі, окрім отвору у центрі, до якого герметично прикріплений патрубок, дозатор, розміщений між верхньою та основною пластинами, які можуть бути різні за площею і формою та мати вигини, а основна пластина у межах дозатора може мати декілька отворів, при цьому обидві пластини поєднані з соплами, які виконані в один або декілька ярусів, та по периметру основної пластини розташовані облямовуючі елементи у вигляді заглиблень або стрічок з металу, або дискретних поперечних вставок, які виходять за кромку основної пластини, крім цього, до низу основної пластини прикріплені або ребра, та/або горизонтальні ділянки периферійних повітропроводів гподібної форми, вертикальні ділянки яких закінчуються наконечниками. 2. Пальник за п. 1, який відрізняється тим, що периферійні повітропроводи виготовлені з труб будь-якого перерізу, а наконечники можуть мати загострену форму або притуплену та бути без отворів або з отворами. 3. Пальник за п. 1, який відрізняється тим, що ребра та горизонтальні ділянки повітропроводів спрямовані від центру до краю основної пластини, при цьому ребра можуть бути прямими або вигнутими. 4 UA 106097 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5