Конструктивные изменения в светлом излучателе для работы на биогазе



В статье предлагается рассмотреть возможные изменения конструкции типового светлого излучателя, работающего на природном газе, для перевода на биогаз. Необходимо провести анализ устройства излучателя и принцип его действия. Выноситься на рассмотрение вопрос замены керамических панелей, для достижения оптимального излучения. Так же исследовать проблему обеспечения необходимого количество воздуха.

Ключевые слова: светлый излучатель, биогаз, конструктивные изменения.

Светлый излучатель — это оборудование представляющие собой горелку и излучающую панель изготовленная из перфорированной керамики на поверхности которой сгорает газовоздушная смесь и отдает тепло в помещение. Обычно светлые излучатели не имеют газовыводной системы, а продукты сгорания удаляются при помощи естественной вентиляции. Такое оборудование устанавливается над рабочим местом, и обогревает необходимую площадь. Главным преимуществом, является принцип теплоотдачи, который заключается, в том, что можно рассчитать более низкую температуру нагрева нужной площади, но компенсировать, посредством теплового излучения перфорированной керамической панели. [5]

В интересах уменьшения финансовых затрат, предлагается применять альтернативное топливо, такое как биогаз. Для этого необходимо исследовать конструкцию светлого излучателя и рассмотреть варианты возможной модернизации.

Конструкция светлого излучателя (рис.1). Светлый излучатель типовой модели представляет собой корпус горелки со смесительной трубой, которая крепится при помощи присоединительной трубы. На присоединительную трубу крепится соединительная деталь, в резьбовом отверстии которой установлено сопло для подачи газа в смесительную трубу.

Рис. 1. Типовой светлый излучатель

Сопло с определенным диаметром отверстия, и смесительная камера представляют собой инжектор. Для обеспечения необходимого для горения соотношения газа и воздуха в соединительную деталь устанавливается воздушно — дроссельная шайба с заданным диаметром. В корпусе устанавливаются распределители и перфорированные керамические плитки. На заданном расстоянии от керамической плитки устанавливается металлическая сетка, изготовленная из жаростойкого сплава, обеспечивающая равномерный нагрев плитки и предотвращающая выпадение плитки в случае поломки. К корпусу крепится рефлектор и торцевые щитки. В отверстии торцевого щитка устанавливается изолированная кожухом свеча зажигания с датчиком наличия пламени. Все детали излучателя изготавливаются из листовой стали с алюминиевым покрытием, что придает требуемую жаростойкость и увеличивает полезную лучистую составляющую теплового потока. Перед корпусом горелки устанавливается блок автоматики, который представляет собой блок клапанов для управления и регулирования давления газа на входе в горелку, а также контроллер для управления процессом розжига и контроля горения газовоздушной смеси. Блок клапанов состоит из двух электромагнитных клапанов и регулятора давления газа. [3]

1. Применение энергоэффективных панелей. Инфракрасные нагреватели открытой конструкции работают на принципе беспламенного сгорания газовоздушной смеси на поверхности пористой керамики при температурах от 600 до 1000°С и более. Нагретая таким образом типовая керамическая плитка с помощью электромагнитных волн инфракрасного диапазона отдает тепло в зону обогрева. [1]

Керамические плитки изготавливаются из глины с введением добавок: бентонита, талька, асбеста, окиси хрома. Для уменьшения теплопроводности плитки путём создания пористости в массу добавляют древесные опилки или уголь, которые выгорают в процессе обжига плиток. Керамические плитки имеют плоскую или рифлёную излучающую поверхность. В последнем варианте увеличивается ветроустойчивость. Чаще всего применяют перфорированные керамические плитки, так как в сравнении с пористыми плитками они имеют меньшее гидравлическое сопротивление. Минусом керамических насадок является хрупкость плиток и малая теплоотдача при работе на биогазе.

Экспериментальные исследования известных производителей подтвердили, что в качестве излучающих элементов наиболее эффективны альвеолярные керамические пластины. Благодаря высокой температуре от 1200°С нагрева и специальной структуре керамических пластин обеспечивается полное сгорание газовой смеси. Такой принцип работы способствует выделению большого количества тепла и соблюдение строгих норм санитарной безопасности. Альвеолярные керамические панели так же подходят для обеспечения устойчивой работы излучателей на бедных газовоздушных смесях, таких как биогаз при условии повышения доли теплоты, отводимой от пламени, и необходимого разбавления газовоздушной смеси избыточным воздухом.

2. Принудительная подача воздуха. При недостатке воздуха происходит неполное сгорание углерода, часть его образует оксид углерода или угарный газ, при этом происходят значительные потери тепла. Для обеспечения полного сгорания топлива нужно подобрать оптимальную пропорцию газовоздушной смеси и скорости потока газа. Оптимальная смесь — это смесь, где количество окислителя соответствует количеству восстановителя, так что в реакции не остается ничего. Восстановителем является метан, содержащийся в биогазе. А окислителем кислород, содержащийся в воздухе. Значительное содержание CO2 в биогазе влияет на количество требуемого воздуха для полного сгорания топлива. Расход воздуха, необходимый для сгорания 1 м ³ биогаза, равен 5,474 м ³ . И для того, чтобы достигнуть полного сгорания биогаза, необходимо подводить воздух с коэффициентом избытка 1,19. [5]

Для обеспечения нужно объема воздуха при работе, необходима принудительная подача воздуха в газовоздушную камеру. Предлагается применить центробежный вентилятор имеет производительность 10 м ³ /мин с развиваемым давлением 350 Па. Мощностью двигателя 0,14 кВт. Контроль будет осуществляться автоматикой.

Так как светлый излучатель может быть установлен в помещении, с сильно загрязнённым воздухом, который будет не только изменять оптимальный состав газовоздушной смеси, но и забивать отверстия керамической панели, целесообразно установить систему очистки забираемого воздуха, а именно воздушный фильтр. Предлагается использовать фильтр со степенью защиты, IP: IP55, который будет задерживать частицы пыли от продуктов процесса жизнедеятельности животных.

Вывод. Врезультате исследования описана конструкция светлого излучателя и принцип работы, с выявлением особенностей. Определены два изменения в конструкции:

1. Для выделения большего тепла от излучающей поверхности необходимо заменить обычные керамические плитки на альвеолярные, так как они имеют специальную структуру и температура их нагрева значительно выше, чем у обычных.
2. Обеспечить полное сгорания газовой смеси, без выделения угарного газа, можно установкой вентилятора с автоматикой и нагнетанием оптимального количества воздуха. Так же, во избежание засорения перфорированных излучающих панелей, необходимо установить воздушный фильтр для очистки подаваемого воздуха от загрязнений

Можно сделать вывод, о потенциальном внесении данных модификаций в конструкцию светлого излучателя и так как в литературном источнике 6, расчётом были подтверждены конструктивные изменения, то для вынесения окончательного решения возможности работы на биогазе светлого излучателя, необходимо математическое моделирование.

Литература:

1. Богомолов, А. И. Газовые горелки инфракрасного излучения и их применение — А. И. Богомолов, Д. Я. Вигдорчик, М. А. Маевский — М., Литературы по строительству,1967 г. — 254 стр.
2. Кюблер, Т. Инфракрасная отопительная техника больших помещений. — СПб.; Печатный двор, 2004. — 224 с.
3. Ермолаев, А. Н. Повышение эффективности работы систем инфракрасного обогрева производственных зданий: дис. техн. канд. наук. Тюмень, 2017. — 191 с.
4. Ермаков Н. О., Проблемы использования биогаза в светлых излучателях/ Н. О. Ермаков, С. В. Чуйкин // Градостроительство. Инфраструктура. Коммуникации. — 2020. — № 3 (20). — С. 24–29.
5. Ермаков, Н. О. Оптимизация работы светлого излучателя на бедной газовой смеси/ Н. О. Ермаков, С. В. Чуйкин // Сантехника. Отопление. Кондиционирование. 2021. № 09 (237). С. 24–29.