Молниезащита
Другое
Статьи / Другое / Горелки для сжигания газа. Принципы, схемы, примеры сжигания газообразного топлива.
  06.02.17  |  

Горелки для сжигания газа. Принципы, схемы, примеры сжигания газообразного топлива.

1. Горелки для сжигания газа


Горелка - это устройство для контролируемого сжигания жидкого, газообразного или пылеобразного топлива. По назначению горелки делят на сварочные, осветительные и нагревательные, по типу используемого топлива - газовые, на жидком топливе, комбинированные, по способу подачи окислителя - атмосферные и с подводом окислителя.


1.1. Газовые плиты и горелки газовых плит


Первые бытовые газовые плиты появились в Москве в 1907 году. Коксовый газ, который применялся для освещения улиц и общественных зданий, стали использовать и для приготовления пищи в домашних условиях. В Советском Союзе массовое производство плит началось во второй половине ХХ века в связи с газификацией страны.


Газовая плита - кухонная плита, работающая на природном газе. Может сжигаться природный газ из городской газовой сети или сжиженный газ из баллонов (в этом случае необходим газовый редуктор). Регулирование огня осуществляется регулированием потока поступающего в горелку газа. Газ проходит через сопло (жиклёр), смешивается с воздухом, полученная газо-воздушная смесь через рассекатель горелки выходит через боковые отверстия и воспламеняется.


Розжиг горелки ручной (любым источником открытого огня, чаще спичками, электрическими пьезозажигалками) или встроенный пьезоэлектрический (рис. 5.6). В совершенных моделях есть контроль за выключением газа (когда огонь гаснет, перекрывается подача газа), термостат для регулировки температуры и электронный программатор для отключения в заданное время духовку и конфорки. В России с 2007 года газконтроль обязателен на всех горелках духового шкафа.


схема работы горелки газовой плиты


Рис. 6. Одна из схем автоматизации работы горелки газовой плиты


Бытовые газовые плиты имеют от одной до шести конфорок, с духовыми шкафами и без них. Они состоят из следующих основных частей: корпуса, рабочего стола с конфорочными вкладышами, духового шкафа, газовых горелок (конфорочных и для шкафа), газораспределительного устройства с кранами. Детали бытовых плит изготавливают из термически стойких, коррозионно-устойчивых и долговечных материалов. Поверхность и детали плиты (кроме задней поверхности) покрываются эмалью различных цветов, либо изготавливаются из нержавеющей стали. Высота рабочего стола бытовых плит 850 мм, а ширина - не менее 500 мм. Расстояние между центрами соседних конфорок не менее 230 мм. Номинальная нагрузка горелок должна обеспечивать равномерный разогрев духового шкафа до температуры 285-300 °C не более чем за 25 минут.


Бытовые газовые плиты оборудуют атмосферными горелками с отводом продуктов сгорания непосредственно в кухню. Часть воздуха, необходимого для горения (первичный воздух), эжектируется газом, вытекающим из сопел горелок; остальная часть (вторичный воздух) поступает к пламени непосредственно из окружающей среды. Воздух к горелкам духового шкафа поступает через специальные щели и отверстия в плите. Продукты сгорания горелок рабочего стола поднимаются вдоль стенок посуды, обогревая их, и поступают в окружающую атмосферу. Продукты сгорания горелок духового шкафа обогревают его и поступают в кухню через отверстия в боковых и задней стенках плиты.


Основными причинами, вызывающими химическую неполноту сгорания газа в горелке, являются:


- охлаждающее действие стенок посуды, которое может привести к неполному протеканию химических реакций горения, образованию угарного газа и сажи;


- неудовлетворительное перемешивание газа с первичным воздухом в проточной части эжектора;


- плохая организация подвода вторичного воздуха и отвода продуктов сгорания;


- повышенное давление газа.


Во всех современных горелках газовых плит как отечественного, так и зарубежного производства осуществляется промежуточный (смешанный) способ сжигания газа: первичный воздух предварительно смешивается с газом, а вторичный воздух поступает непосредственно к микрофакелам головки горелки через многочисленные мелкие отверстия, конструктивное исполнение которых бывает разным (рис. 7).


Несмотря на многообразие конструкций производимых горелок, их устройство типично и использует похожие принципы (рис. 7).



Различные горелки бытовых газовых плит


Рис. 7. Различные горелки бытовых газовых плит


Так, на рис. 8 изображена унифицированная горелка Казанского завода газовой аппаратуры. Струя газа, истекающая из сопла 1, инжектирует в смеситель 2 первичный воздух. Вторичный воздух подводится к огневым каналам 4 головки 3 из атмосферы. Крышка 5 имеет по окружности отбортовку (буртик), благодаря которой при горении создается верхнее стабилизирующее пламя и обеспечивается беглость огня, т.е. передача горения от одного огневого канала другому.


Унифицированная горелка Казанского завода газовой аппаратуры


Рис. 8. Унифицированная горелка Казанского завода газовой аппаратуры



Движение газа и воздуха в горелке бытовой газовой плиты


Рис. 9. Движение газа и воздуха в горелке бытовой газовой плиты


Для плит, работающих на природном газе, установлено номинальное давление 1300 Па, а на сжиженном - 3000 Па. Согласно ГОСТ Р 50696-94 у горелок стола нормальной мощности КПД должен быть не менее 58%, а содержание в продуктах сгорания оксида углерода СО и оксидов азота NОХ не должно превышать 0,01% объема, или 125 и 200 мг/м3 соответственно. Произошел переход от горелок с горизонтальным смесителем к горелкам с вертикальным смесителем.


1.2. Газовые водонагревательные колонки и их горелки


Газовая водонагревательная колонка предназначена для мгновенного нагрева необходимого количества воды. Бытовые водонагреватели проточного типа не имеют накопительной емкости, так как вода нагревается через змеевик с помощью газовой горелки (рис. 10).


В предыдущих версиях газовых колонок и в современных бюджетных моделях поджиг горелки осуществляется от постоянно горящего запальника, зажигаемого спичкой или пьезоэлементом. В более новых моделях, которые предлагаются всеми магазинами газовых колонок, используется автоматический электророзжиг и электронное регулирование температуры воды на выходе.


Выбирая газовую колонку, надо прежде всего выяснить, какую функцию она будет выполнять. Одно дело, если колонка необходима только для принятия водных процедур или только для мытья посуды на кухне, и совсем другое, если она нужна для снабжения горячей водой нескольких водоразборных точек одновременно. То есть в первую очередь надо обратить внимание на производительность или же на мощность газовой колонки, которые взаимосвязаны между собой. Бытовые газовые водонагреватели по мощности условно разделяют на 3 группы:


мощностью до 19 кВт, мощностью до 25 кВт и мощностью до 32 кВт. Поэтому по расходу воды, подогреваемой колонкой на 25°С, или по производительности они также подразделяются на 3 группы: 10-11 л/мин, 13-14 л/мин и 15-17 л/мин. Таким образом, исходя из потребности в горячей воде и нужно выбирать колонку по мощности.



Бытовая газовая водонагревательная колонка


Рис. 10. Бытовая газовая водонагревательная колонка (вид без крышки)


Второе, на что нужно обратить внимание при выборе колонки - это на способ розжига, который должен быть надежным и удобным. Если раньше отечественные газовые колонки в основном разжигали при помощи спички, то современные колонки имеют ручной пьезорозжиг, который срабатывает при нажатии на кнопку. Но пьезорозжиг не только неудобен, поскольку обычно колонка стоит в одном месте, например, подвале, а кран в другом - в ванной комнате, но и приводит и перерасходу газа. После розжига запальник колонки остается гореть и продолжает гореть и после использования водонагревателя, что увеличивает потребление газа примерно на четверть. В новых водогрейных колонках есть автоматический розжиг - при открытии любого водоразборного крана горячей воды. Автоматический способ розжига - гораздо лучше, поскольку не нужно бежать к колонке, которая в этом случае включается в работу сразу после открытия крана.


В свою очередь, автоматический розжиг может быть либо от встроенной батарейки, либо от генератора гидротурбины. После закрытия крана газ перекрывается, колонка отключается. Следует отметить - если в системе водоснабжения давление воды ниже 0,035-0,045 МПа, то розжиг от турбогенератора осуществить будет невозможно. В то время как розжиг от батарейки и пьезорозжиг возможны уже при давлении воды 0,01-0,02 МПа. И если в доме слабый напор воды, то лучше выбрать газовую колонку с розжигом от встроенных батареек.


Тип горелки - еще один параметр выбора водогрейной колонки, на который также стоит обратить свое внимание. Возможные варианты горелок: с постоянной мощностью и регулируемые, которые, в свою очередь, бывают со ступенчатой и плавной регулировкой, а также с автоматической регулировкой (модуляция пламени).


В простых и доступных по стоимости моделях производители устанавливают газовые горелки с постоянной мощностью. При эксплуатации такого оборудования температуру воды приходится настраивать вручную, что не очень удобно. Колонка с горелкой постоянной мощности при увеличении расхода горячей воды, например, при открытии на большую величину водоразборного крана или при подключении еще одного потребителя просто уменьшит температуру нагреваемой воды. А вот водонагреватель с горелкой, имеющей автоматическую регулировку, при изменении объема проходящей воды будет поддерживать необходимую температуру ее нагрева. Конечно же, газовая колонка с регулируемой горелкой в быту удобнее, но и стоит, естественно, дороже. Все знают и понимают, что зимой температура входящей в дом и, следовательно, на вход колонки воды ниже, а летом - выше. Корректировать мощность горелки газовой колонки в зависимости от времени года позволяет регулятор мощности, которым могут оснащаться эти бытовые агрегаты. Цифровой дисплей - ещё одно дополнительное устройство, привносящее удобство при эксплуатации горелки. На нем может отображаться различная информация, например, температура воды, режим работы колонки и т.д.


Как видно из рис. 11, все используемые в водонагревательных колонках газовые горелки имеют множество небольших отверстий для разделения сжигаемого газа на отдельные мелкие струйки и обеспечения притока к ним окружающего воздуха, так как без этого невозможно быстро сжигать большое количество газа внутри любой колонки.



Газовые горелки бытовых газовых водонагревательных колонок


Рис. 11. Газовые горелки бытовых газовых водонагревательных колонок


После выбора колонки по мощности, типу горелки и розжига надо обратить самое пристальное внимание на ее безопасность при эксплуатации. Все газовые колонки обычно оснащают одинаковой схемой защиты, которая предусматривает срабатывание в случае исчезновения пламени горелки, перегрева теплообменника, а также при отсутствии необходимой тяги в дымоходном канале. Если любая из этих неисправностей возникает - подача газа автоматически прекращается, а колонка блокируется. Возобновление работы водонагревателя происходит только после обнаружения и устранения выявленного дефекта.


Самое главное для газового прибора - это надежная и безопасная работа. Поэтому покупать нужно колонку известного бренда, имеющего широкую сеть сервисных центров для профилактического обслуживания газового прибора в период эксплуатации. Кроме того, установка газового прибора, особенно подсоединение к газовому трубопроводу, должна осуществляться специалистами лицензированной (сертифицированной) компании с составлением всей необходимой документации, иначе при возникновении форс-мажорных обстоятельств (пожара) из-за этого газового прибора страховая компания не возместит убытки.


1.3. Газовые горелки для котельных установок


В соответствии с общими положениями теории горения газообразного топлива) газовые горелки бывают:


- полного предварительного смешения (газ с воздухом смешивается до выхода из горелки) - кинетические;


- частичного предварительного смешения - диффузионно-кинетические;


- внешнего смешения - диффузионные (рис. 12).



Диффузионные газовые горелки


Рис. 12. Диффузионные газовые горелки


Газовые горелки классифицируют по следующим признакам:


- по длине образующегося факела - на длиннопламенные и короткопламенные;


- по светимости пламени - на светящийся или слабосветящийся факел;


- по теплоте сгорания сжигаемого газа - на горелки для высококалорийных и низкокалорийных газов;


- по давлению перед горелкой - на низко- и высоконапорные;


- по количеству подводящих трубопроводов на одно- и двухпроводные и т. д.


Одним из существенных признаков является способ смешения сжигаемого газа с воздухом, необходимым для его горения.


По этому признаку горелки бывают следующих трех типов.


1. Горелки без предварительного смешения газа с воздухом


Газ и воздух, в необходимом для горения количестве, подаются раздельно через соответствующие каналы горелки. Горючая смесь образуется в факеле в процессе турбулентного смешения газа и воздуха после выхода их из горелки.


Для примера в качестве горелки такого типа можно привести трубчатую горелку для низкокалорийных газов (рис.13). Газ поступает через газовый коллектор и присоединенные к нему трубы, а воздух через противоположный коллектор - в межтрубное пространство. Смешение происходит в струйных потоках на выходе из труб.



Трубчатая горелка для низкокалорийных газов


Рис. 13. Трубчатая горелка для низкокалорийных газов


Такие горелки применяют для сжигания низкокалорийных газов в больших количествах и в печной технике, когда нужно иметь растянутый светящийся факел с более равномерной теплоотдачей по длине рабочего пространства печи.


2. Горелки предварительного смешения газа с воздухом


Горелки, работающие по принципу кинетического сжигания, применяют в случаях, когда надо сжигать газ с высоким тепловым напряжением объема с минимальным химическим недожогом и с коротким слабосветящимся пламенем (рис. 14). Предварительное смешение газа с воздухом идет в смесителях, из которых готовая смесь поступает в горелку. К этому типу относятся туннельные и другие типы горелок однородной газо-воздушной смеси, получаемой предварительным смешением газа с воздухом в смесителях различной конструкции.


В промышленности широкое распространение получили инжекционные горелки туннельного типа, которые обеспечивают авторегулирование постоянного соотношения расходов газа и воздуха и допускают сжигание запыленных газов. Горелки более термостойки и имеют повышенную пропускную способность при малых сопротивлениях.



Инжекционные горелки с керамическим туннельным каналом


Рис. 14. Инжекционные горелки с керамическим туннельным каналом: а - однопроводная горелка с одноканальным туннелем; б - двухпроводная горелка с многоканальным туннелем


3. Горелки с частичным смешением газа с воздухом


Эти горелки снабжены укороченными смесителями, в которых происходит частичное смешение. Смешение продолжается и завершается в факеле в процессе горения.


Горелки, работающие по этому принципу, широко применяются в энергетике для сжигания природные газов.


В горелках с частичным смешением для низкокалорийных газов (рис. 15) из-за соизмеримых расходов газов и воздуха газы и воздух подаются чередующимися плоскими потоками через каналы в форка- меру, в каналах которой начинается смешение и горение. Процесс смешения и горения продолжается и завершается в выходных каналах. Сечение туннеля горелки определяется по количеству продуктов сгорания и их скорости, принимаемой в пределах 30-40 м/с.


По способу подачи воздуха горелки делятся на инжекционные и дутьевые (с принудительной подачей воздуха). В соответствии с этим различают горелки низкого давления газа (до 5 кПа), среднего (5 кПа- 0,3 МПа) и высокого (более 0,3 МПа). Инжекционные горелки бывают только низкого и среднего давлений.


Горелка для доменного газа


Рис. 14. Горелка для доменного газа


Горение топлива в виде газа определяется способом и скоростью его смешения с воздухом (кислородом). Для небольших отопительных котлов обычно монтаж системы газового отопления подразумевает атмосферные и вентиляторные горелки.


Принцип действия газовой горелки показан на рис. 16.



Принцип действия и устройства газовой горелки


Рис. 16. Принцип действия и устройства газовой горелки


Примеры горелок и их основные части показаны на рис. 17.


Примеры некоторых газовых горелок



Примеры некоторых газовых горелок


Рис. 17. Примеры некоторых газовых горелок и их основных элементов


На рис. 18 показаны основные принципиальные схемы газовых горелок. В инжекционной горелке (рис. 18, а) вытекающий из сопла газ эжектирует (подсасывает) воздух и перемешивается с ним. Газо-воздушная смесь в инжекционной горелке горит в непосредственно примыкающей к ней насадке (туннеле) из огнеупорного материала. Из-за высокой температуры внутренней поверхности насадки горение готовой газо-воздушной смеси протекает почти мгновенно и завершается внутри насадки. По этой причине такие горелки получили условное название беспламенных.


Объем топочной камеры, приспособленной к беспламенному сжиганию газа, может быть значительно уменьшен, и при выборе габаритов камеры исходят не из необходимости обеспечить завершение в ней процесса горения, а из условия получения наибольшей площади поверхности нагрева.


Расход газа через горелку в зависимости от ее конструкции может меняться в широких пределах - от 0,5 до 1000 м3/ч и выше. Длина насадки доходит до 1 м, скорость газо-воздушной смеси достигает 3080 м/с. Инжекционные горелки устанавливают под котлами паропроизводительностью менее 2,75 кг/с (10 т/ч). Важное достоинство горелок этого типа - отсутствие вентиляторов для подачи воздуха, что сокращает расход электроэнергии на обслуживание котлоагрегата.


Схема простейшей горелки с принудительной подачей воздуха показана на рис. 18, б. В ней в кольцевое пространство между внутренними трубами подается газ, а в кольцевое пространство между средней и наружной трубами поступает воздух, при этом конструкцией предусматривается завихрение газовых и воздушных потоков. Газ зажигается через внутреннюю трубу, через нее же наблюдают за работой горелки. Газ смешивается с воздухом в расширяющейся амбразуре, устроенной в обмуровке топки.


Процесс смешения существенно улучшается, если газ подавать мелкими струями, вытекающими из мелких отверстий (рис. 18, в).



Газовые горелки


Рис. 18. Газовые горелки: а — кинетическая инжекционная горелка среднего давления; б — диффузионная горелка с параллельными струями газа и воздуха; в — горелка с неполным предварительным смешением: 1 — газовое сопло; 2 — регулирующая воздушная заслана; 3 — смеситель; 4 — керамический насадок (форкамера); 5 - кольцевой газовый коллектор; 6 — лопаточный эавихритель


Атмосферные горелки - это такие приборы, которые характеризуются предварительным смешиванием топлива и воздуха. В них не требуется дутьевой вентилятор.


Такие атмосферные горелки - это набор стержней, в которые подается газообразное топливо через специальный эжектор. Топливо-воздушная смесь приходит в камеру сгорания через специальные отверстия, которые распределены по верхней образующей стержней. Электроды зажигания предназначены для воспламенения топливо-воздушной смеси и в камере горения образуется много «факелочков» относительно низкой температуры. Обычно такими горелками снабжены и настенные, и напольные котлы.


Установка газового отопления и его функционирование при вентиляторных горелках организованы по-другому. Они отличаются тем, что имеют принудительную подачу воздуха при помощи специального вентилятора, а также точное регулирование подачи воздуха. Такие типы горелок используются только в котлах, имеющих закрытую камеру сгорания, которая часто работает под наддувом.


В вентиляторных (дутьевых, наддувных) горелках (рис. 19) происходит механическое перемешивание газа или жидкого топлива с воздухом под давлением, а также подача такой смеси в топку. Горелка такого типа обеспечивает максимальный (95-98%) КПД, не чувствительна к падению давления газа и имеет более привлекательную стоимость эксплуатации.


Вентиляторные газовые горелки


Рис. 19. Вентиляторные газовые горелки


Вентиляторная газовая горелка для отопления дома подразумевает следующую систему функционирования: топливо смешивается с воздухом после того, как выходит из горелки. В настоящее время вентиляторные горелки являются высокоавтоматизированными, а также имеют блочное исполнение. Как правило, такие автоматизированные блочные горелки ставятся на автономных котельных установках, имеющих мощность от 5 кВт и выше. Благодаря этому участие пользователя в управлении системой отопления минимизируется и сводится к одному - требуется заказать газовое отопление и настроить его.


Автоматика вентиляторной горелки включает ее, а также контролирует безопасную эксплуатацию. Если появляется аварийная ситуация, горелка выключается в автоматическом режиме.


В каждой горелке такого типа есть газовый мультиблок. В него входят следующие компоненты: реле, которое выключает горелку, если давление на входе становится ниже установленного; фильтр газовый; стабилизатор газового давления, который должен поддерживать постоянное давление на выходе при изменении давления на входе; регулятор расхода газа; регулятор стартового давления.


Монтаж газового отопления с автоматизированными блочными горелками обеспечивает компактность и удобство. Благодаря конструкциям таких горелок при необходимости можно очищать некоторые детали без разборки узла подвода топлива и непосредственно горелки.


Воздушный поток закручивается специальным лопаточным завихрителем. Смешение газа с воздухом заканчивается в пределах амбразуры.


Кроме чисто газовых горелок в некоторых установках применяют горелки для совместного сжигания газа и мазута или комбинированного сжигания низкокалорийного газа с пылевидным топливом и другие.


Для надежной и экономичной работы котельного агрегата важен не только тип горелки, но и их количество. Как правило, в топках котлоагрегатов устанавливают несколько горелок. Это необходимо для того, чтобы факел максимально заполнил топочный объем и можно было регулировать топочные процессы в требуемом диапазоне изменения теплопроизводительности при переменном режиме работы котельного агрегата. Каждый тип горелки имеет ограниченный диапазон регулирования по теплопроизводительности. Варьируя расход топлива и коэффициент избытка воздуха на каждой горелке в допустимых пределах, можно добиться определенной глубины регулирования и теплопроизводительности котлоагрегата.



Пример подключения газовой горелки к котлу


Рис. 20. Пример подключения газовой горелки к котлу


Из других видов горелок можно назвать диффузионно-кинетические и комбинированные. Диффузионно-кинетические - это промежуточный вариант основных видов, принцип работы которого состоит в том, что воздух для сгорания топлива в камеру поступает лишь частично, а уже после добавляется в огонь.


2. Принципы организации сжигания газообразного топлива


Рассмотрим некоторые встречающиеся в практике варианты требований к факелу и процессу сгорания газового топлива (рис.21).


1. Необходимо сгорание в коротком прозрачном факеле в ограниченном объеме. Это достигается за счет сжигания хорошо подготовленной газо-воздушной смеси в кинетических горелках инжекционного или дутьевого (смесительного) типа. Стабилизация факела может осуществляться за счет установки туннеля, плохообтекаемого тела, огнеупорного насадка или за счет наброски и т. д. Полное сгорание газа обеспечивается при коэффициенте избытка воздуха 1,02-1,05. Тепловое напряжение топочного объема может достигать сотен мегакалорий на кубометр в час. Такие требования к факелу возникают при высокотемпературном скоростном или местном нагреве в печах, при сжигании газа в контактных и погружных теплообменниках и т. п.


2. Требуется факел умеренной длины и светимости, хорошо заполняющий топку. Необходимые условия горения достигаются при использовании горелок частичного предварительного смешения. Горелки подобного типа работают на газе низкого давления с принудительной подачей воздуха. Для того, чтобы факел был укороченным и с большим углом раскрытия, можно применять горелки с закрученным потоком воздуха и смеси.



Принципы организации сжигания газообразного топлива


Рис. 21. Принципы организации сжигания газообразного топлива: К - фронт кинетического горения; Д - фронт диффузионного горения


Указанные требования к факелу предъявляются в нагревательных колодцах, в некоторых установках местного нагрева и при переводе существующих котлоагрегатов на газовое отопление. В последнем случае возможно, другое решение этой задачи: применение щелевых диффузионных горелок, подовых или настенных, также обеспечивающих хорошее заполнение топки и работу с малыми значениями коэффициента избытка воздуха при достаточной глубине регулирования.


3. Желательно сгорание в сажистом светящемся факеле большой протяженности. Такое сгорание получается с помощью диффузионных горелок, которые выбрасывают газ и воздух раздельными струями с относительно малыми скоростями. При такой организации смесеобразования и горения возможна работа с подогревом воздуха до температуры, превышающей температуру самовоспламенения.


Растянутый сажистый факел необходим в мартеновских печах, вращающихся цементных и керамзитовых печах и др.


4. Требуется такая организация сжигания газового топлива, чтобы максимально увеличить отдачу теплоты за счет излучения.


Это обеспечивается за счет применения радиационных горелок, в которых осуществляется сжигание хорошо подготовленной газо-воздуш-ной смеси в тонком слое у керамической поверхности или в специальных огнеупорных насадках из пористой керамики, жаростойкой металлической сетки и т. д. Радиационные горелки основную часть тепла передают нагреваемым изделиям за счет непосредственного излучения разогретой поверхности (керамической стенки, огнеупорной насадки и т. д.). Они используются в установках, где нужно подучить заданное распределение тепловых потоков или нагрев изделий повышенной скоростью.


5. В ряде случаев, особенно при переводе на газ некоторых существующих печей и котлов (в частности, секционных, отопительных), необходимо создать примерно такие же условия в топке, как и при сжигании другого вида топлива, на котором установка успешно работала ранее. В большинстве случаев газовое топливо позволяет имитировать условия сжигания другого топлива. Например, организация сгорания в сажистом диффузионном факеле позволяет получить его геометрические и теплообменные характеристики близкими к характеристикам мазутного факела.


Сжигание в мало светящемся факеле в случае применения горелок частичного предварительного смешения создает условия в топке, близкие к условиям при сжигании пылевидного топлива. Применение подово-щелевых горелок в известной степени позволяет имитировать слоевой процесс горения.


В зависимости от режима движения газовых потоков факелы могут быть ламинарными и турбулентными. В технике чаще используется турбулентное горение. При этом применяются меры по усилению тур- булизации: завихривающие вставки в горелках, подача дополнительных струй воздуха, турбулирующих основной поток.


Эти примеры не охватывают всего многообразия приемов сжигания газового топлива, но показывают возможность организации самого выгодного процесса сгорания для заданной установки (рис. 22).


При сжигании газообразного топлива можно получить любую степень светимости факела. Чем в меньшей степени организовано смесеобразование, тем больше в факеле образуется частиц сажи, которые определяют его светимость, тем больше длина факела и ниже температура в ядре факела. Вместе со светимостью факела повышается устойчивость горения и увеличивается доля теплоты, отдаваемой излучением в топке. Но короткий факел и хорошее смесеобразование позволяют получить хорошую полноту сгорания при малых избытках воздуха.



Схемы подачи газа и воздуха в горелках. Виды горелок


Рис. 22. Схемы подачи газа и воздуха в горелках. Виды горелок: а - диффузионная (диффузная); б - инжекционная среднего давления с центральной подачей газа, односопловая, однофакельная; в - инжекционная низкого давления, односопловая, многофакельная; г - инжекционная среднего давления, с центральной подачей газа, многосопловая; д - то же, плоско факельная; е - инжекционная среднего давления, с периферийной подачей газа; ж - с принудительной подачей воздуха, центральной подачей газа и осевым лопаточным завихрителем; з - то же, с периферийной подачей газа и улиточным подводом воздуха; и - то же, с простым тангенциальным подводом воздуха (для пунктов «з» и «и» туннели-стабилизаторы условно не показаны)


В диффузионных (диффузных) горелках воздух и газ в зону горения подаются раздельно, а смешение их происходит за горелкой в амбразуре или топке одновременно с процессом горения. Примером может служить горизонтальная щелевая (подовая) горелка. Полнота сгорания газа в горелках этого типа в значительной степени зависит от размеров, формы и качества кладки щелей, соотношения скоростей газа и воздуха, диаметров газовых отверстий и их расположения, способа распределения воздуха по длине щели и других факторов.


В инжекционных горелках воздух подсасывается внутрь горелки за счет энергии струй газа, выходящих из одного или нескольких сопел. Газ с воздухом смешиваются в горелке, и из устья в топку подается газовоздушная смесь. Горелки среднего давления способны инжектировать весь воздух, необходимый для полного сгорания газа, а горелки низкого давления, как правило, инжектируют только первичный воздух, а вторичный поступает в зону горения в топке за счет разрежения в ней.


Основными достоинствами инжекционных горелок являются отсутствие затрат электроэнергии на привод вентилятора для подачи воздуха, автоматическое поддержание в определенных пределах тепловой мощности горелок, расчётного соотношения количеств газа и инжектируемого воздуха, хорошее перемешивание газа и воздуха. Недостатки - резкое возрастание размеров с увеличением тепловой мощности; ограниченный диапазон регулирования при а и 1; высокий уровень шума при использовании газа среднего и высокого давлений. Увеличение числа сопел у каждой горелки, а также применение газогорелочных устройств в виде блоков из элементов небольшой мощности позволяют уменьшить длину горелок и увеличить диапазон регулирования расхода газа.


Снижение уровня шума достигается применением шумопоглощающих устройств. Различают инжекционные горелки с центральной (осесимметричной) и периферийной подачей газа. Если горелка имеет одно сопло, то его ось совпадает с осью смесителя; если у горелки несколько сопел (обычно 3-4), то они расположены у центральной части инжектора горелки, а их оси параллельны оси смесителя. Горелками с центральной подачей газа считаются также те, у которых смеситель имеет форму щели, а сопла расположены по ее оси.


Большинство конструкций инжекционных горелок с центральной подачей газа имеет устройство в виде подвижной заслонки, позволяющее регулировать поступление первичного воздуха при розжиге и в необходимых случаях во время работы. У инжекционных горелок с периферийной подачей газа сопла расположены по периферии трубки-смесителя, а оси сопел образуют угол с осью смесителя в пределах 10^25°. Горелки имеют небольшую длину, соизмеримую с толщиной стенок топки. Весь воздух, необходимый для сгорания газа, поступает через открытый конец смесителя. Горелки не требуют устройств для регулирования количества воздуха, а также наличия запальных и смотровых окон.


В горелки с принудительной подачей воздуха, как правило, подается такое его количество, которое необходимо для полного сгорания газа. Если эти горелки без предварительного смешения, то, как и в диффузионных горелках, газ и воздух поступают в зону горения раздельно


и смешение происходит за горелкой в амбразуре или топке одновременно с горением. В горелках с принудительной подачей воздуха и предварительным смешением можно обеспечить заранее заданное качество подготовки смеси до выхода ее в амбразуру или топку. Для ускорения процесса смешения газ чаще всего поступает через ряд щелей или отверстий, оси которых направлены под углом к потоку воздуха. При подаче газовых струй в поток воздуха от центра к периферии горелки называют «с центральной подачей газа», а при подаче от периферии к центру - «с периферийной подачей газа».


Горелка для сжигания природного газа в смеси с воздухом


Рис.23. Горелка для сжигания природного газа в смеси с воздухом



Другие статьи:

Топливо и основы теории горения. Конструкции топок.
Теплообменники. Теплообменные аппараты. Типы, виды, устройство, расчет теплообменников.
Автоматизированная система управления вентиляцией