Газовые горелки

Горелки с регулируемым смешением следует применять в тех случаях, 
когда желательно изменять тепловыделение по длине факела, при 
установке одиночных и мощных горелок. 

Горелки с полным предварительным смешением целесообразны для 
осуществления высокотемпературного нагрева при сжигании газов с низкой 
теплотой сгорания, а также при рассредоточенной подаче тепла большим 
числом горелок с целью достижения высокой равномерности нагрева.  
Радиационные горелки используют для агрегатов, в которых необходимо 
получить особо равномерный нагрев по поверхности изделия с обычной или 
повышенной скоростью. Горелки этого типа не дают факела, направленного 
только на нагреваемое изделие, а образуют излучающие поверхности с 
равномерным распределением температур.

Радиационные горелки по своим характеристикам близки к нагревателям, 
так как значительную часть тепла они передают нагреваемым изделиям 
излучением от поверхности горелочного камня и футеровки печи. Продукты 
сгорания топлива, поступающие в рабочее пространство, в этом случае 
участвуют в переносе тепла в меньшей степени, чем в других горелочных 
устройствах. Радиационные горелки позволяют осуществлять высокотемпературный нагрев или высокоскоростной нагрев 
при большом перепаде температур, так как керамическая излучающая 
поверхность дает возможность развивать более высокие температуры, чем 
материал нагревателей (в настоящее время нагреватели в большинстве 
случаев изготавливают из жаропрочных металлов и сплавов). Радиационные 
горелки работают обычно на газе с теплотой сгорания не ниже 16,8 
МДж/м3, так как для их нормальной работы необходимо, чтобы топливо 
надежно загоралось при низких температурах и устойчиво и быстро 
сгорало. 

Скоростные горелки позволяют организовать усиленную циркуляцию 
продуктов сгорания и обеспечить тем самым высокую равномерность 
температур в рабочем пространстве печи и повышение интенсивности 
теплоотдачи к нагреваемым изделиям. 

Горелки с переменным избытком воздуха обеспечивают необходимую 
температуру продуктов сгорания в рабочем пространстве печи при 
низкотемпературных процессах.

 

5.Диффузионные горелки

 

В диффузионные горелки воздух, необходимый для сгорания газа, поступает из окружающего пространства к фронту факела за счет диффузии.

Такие горелки применяют обычно в бытовых приборах. Их можно использовать также при увеличении расхода газа, если необходимо распределить пламя по большой поверхности. Во всех случаях газ подается в горелку без примеси первичного воздуха и смешивается с ним за пределами горелки. Поэтому иногда эти горелки называют горелками внешнего смешения.

Наиболее простые по конструкции диффузионные горелки (рис. 1) представляют собой трубу с высверленными отверстиями. Расстояние между отверстиями выбирают с учетом скорости распространения пламени от одного отверстия к другому. Эти горелки имеют небольшие тепловые мощности, и их применяют при сжигании природных и низкокалорийных искусственных газов под небольшими водонагревательными устройствами.

 

 

 

Рис. 1. Возможные варианты диффузионных горелок

 

К промышленным горелкам диффузионного типа относят подовые щелевые горелки (рис. 2). Обычно они представляют собой трубу диаметром до 50 мм, в которой просверлены отверстия диаметром до 4 мм в два ряда. Коллектор горелки размещают над колосниковой решеткой в кирпичном канале. Канал представляет собой щель в поде котла, откуда и название горелок — подовые щелевые.

 

 

 

Рис. 2. Подовая диффузионная горелка:

1 — регулятор воздуха; 2 — горелка; 3 — смотровое окно; 4 — центрирующий  стакан; 5— горизонтальный тоннель; 6— выкладка из кирпича; 7 —  колосниковая решетка

 

Из горелки 2 газ выходит в топку, куда из-под колосников 7 поступает воздух. Газовые струйки направляются под углом к потоку воздуха и равномерно распределяются по его сечению. Процесс смешения газа с воздухом осуществляется в специальной щели, выполненной из огнеупорного кирпича. Благодаря такому устройству усиливается процесс смешивания газа с воздухом и обеспечивается устойчивое зажигание газовоздушной смеси.

 

Колосниковую решетку закладывают огнеупорным кирпичом и оставляют несколько щелей, в которых размещают трубы с просверленными отверстиями для выхода газа. Воздух под колосниковую решетку подается вентилятором или в результате разрежения в топке. Огнеупорные стенки щели — стабилизаторы горения — предотвращают отрыв пламени и одновременно повышают процесс теплоотдачи в топке.

При раздельной подаче газа и воздуха в диффузионных горелках можно подогревать воздух, что обеспечивает получение высоких температур в топке.

6.Инжекционные горелки

 

Горелки, в которых образование газовоздушной смеси происходит за счет энергии струи газа, называют инжекционными. Основной элемент инжекционной горелки — инжектор, подсасывающий воздух из окружающего пространства внутрь горелок.

В зависимости от количества инжектируемого воздуха горелки могут быть с неполной инжекцией воздуха и с полным предварительным смешением газа с воздухом.

 

Горелки с неполной инжекцией воздуха.

К фронту горения поступает только часть необходимого для сгорания воздуха, остальной воздух поступает из окружающего пространства. Такие горелки работают при низком давлении газа. Их называют инжекционными горелками низкого давления (рис. 3, а).

Основными частями инжекционных горелок являются регулятор первичного воздуха, форсунка, смеситель и коллектор (см. рис. 3). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Инжекционные атмосферные газовые горелки:

а — низкого давления; б — горелка для чугунного котла; 1 — форсунка; 2 — инжектор; 3 — конфузор; 4 — диффузор; 5 — коллектор; 6 — отверстия; 7 — регулятор первичного воздуха 

 

Регулятор первичного воздуха 7 представляет собой вращающийся диск или шайбу и регулирует количество первичного воздуха, поступающего в горелку. Форсунка 1 служит для превращения потенциальной энергии давления газа в кинетическую, т. е. для придания газовой струе такой скорости, которая обеспечивает подсос необходимого воздуха. Смеситель горелки состоит из трех частей: инжектора, конфузора и диффузора. Инжектор 2 создает разрежение и подсос воздуха. Самая узкая часть смесителя — конфузор 3, выравнивающий струю газовоздушной смеси. В диффузоре 4 происходят окончательное перемешивание газовоздушной смеси и увеличение ее давления за счет снижения скорости.

Из диффузора газовоздушная смесь поступает в коллектор 5, который и распределяет ее по отверстиям 6. Форма коллектора и расположение отверстий зависят от типа горелок и их назначения.

Распределительный коллектор горелок емкостных водонагревателей имеет форму окружности; у горелок проточных водонагревателей коллектор состоит из параллельно расположенных трубок; у агрегатов, имеющих удлиненную топку, коллектор удлиненной формы; у горелок для чугунного котла (рис. 3, б) коллектор в виде прямоугольника с большим числом мелких отверстий.

Инжекционные горелки низкого давления имеют ряд положительных качеств, благодаря которым их применяют в бытовых газовых приборах, а также в газовых приборах для предприятий общественного питания и других коммунально-бытовых потребителей газа. Инжекционные горелки используют также в чугунных отопительных котлах.

Основные преимущества инжекционных горелок низкого давления: простота конструкции, устойчивая работа горелок при изменении нагрузок; надежность и простота обслуживания; бесшумность работы; возможность полного сжигания газа и работа на низких давлениях газа; отсутствие подачи воздуха под давлением.

Важная характеристика инжекционных горелок неполного смешения — коэффициент инжекции — отношение объема инжектируемого воздуха к объему воздуха, необходимого для полного сгорания газа. Так, если для полного сгорания 1 м3 газа необходимо 10 м3 воздуха, а первичный воздух составляет 4 м3, то коэффициент инжекции равен 4 : 10 = 0,4.

Характеристикой горелок является также кратность инжекции — отношение первичного воздуха к расходу газа горелкой. В данном случае, когда на 1 м3 сжигаемого газа инжектируется 4 м3 воздуха, кратность инжекции равна 4.

Достоинство инжекционных горелок — это их свойство саморегулирования, т.е. поддержание постоянной пропорции между количеством подаваемого в горелку газа и количеством инжектируемого воздуха при постоянном давлении газа.

Пределы устойчивой работы инжекционных горелок ограничены возможностями отрыва и проскока пламени. Это значит, что увеличить или уменьшить давление газа перед горелкой можно только в определенных пределах.

 

7.Горелки с полным предварительным смешением газа с воздухом.

 

Инжекция всего воздуха, необходимого для полного сгорания газа, обеспечивается повышенным давлением газа. Горелки полного смешения газа работают в диапазоне давлений от 5000 Па до 0,5 МПа. Их называют инжекционными горелками среднего давления и применяют в основном в отопительных котлах и для обогрева промышленных печей. Тепловая мощность горелок обычно не превышает 2 МВт. Основные трудности повышения их мощности — сложность борьбы с проскоком пламени и громоздкость смесителей.

Эти горелки дают малосветящийся факел, что уменьшает количество радиационной теплоты, передаваемой нагреваемым поверхностям. Для увеличения количества радиационной теплоты эффективно применение в топках котлов и печей твердых тел, которые воспринимают теплоту от продуктов горения и излучают ее на тепловоспринимающие поверхности.

Эти тела называют вторичными излучателями. В качестве вторичных излучателей используют огнеупорные стенки тоннелей, стенки топок, а также специальные дырчатые перегородки, установленные на пути движения продуктов сгорания.

Горелки с полным предварительным смешением газа с воздухом подразделяют на два типа: с металлическими стабилизаторами и огнеупорными насадками.

Инжекционная горелка конструкции Казанцева (ИГК) состоит из регулятора первичного воздуха, форсунки, конфузора, смесителя, насадка и пластинчатого стабилизатора (рис. 4). 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Инжекционная горелка ИГК:

1 - стабилизатор; 2 - насадок; 3 - конфузор; 4 - форсунка; 5 - регулятор первичного воздуха 

 

Регулятор первичного воздуха 5 горелки одновременно выполняет функции глушителя шума, который создается за счет повышенных скоростей движения газовоздушной смеси. Пластинчатый стабилизатор и проскока пламени в широком диапазоне 7 обеспечивает устойчивую работу горелки без отрыва и проскока пламени в широком диапазоне нагрузок. Стабилизатор состоит из стальных пластин толщиной 0,5 мм при расстоянии между ними 1,5 мм. Пластины стабилизатора стягивают между собой стальными стержнями, которые на пути движения газовоздушной смеси создают зону обратных токов горячих продуктов сгорания и непрерывно поджигают газовоздушную смесь.

В горелках с огнеупорными насадками природный газ сгорает с образованием малосветящегося пламени. В связи с этим передача теплоты излучением от факела горящего газа оказывается недостаточной. В современных конструкциях газовых горелок значительно повысилась эффективность использования газа. Малая светимость факела газа компенсируется излучением раскаленных огнеупорных материалов при сжигании газа методом беспламенного горения.

Газовоздушная смесь у этих горелок приготовляется с небольшим избытком воздуха и поступает в раскаленные огнеупорные каналы, где она интенсивно нагревается и сгорает. Пламя не вы ходит из канала, поэтому такой процесс сжигания газа называется беспламенным. Это название условное, так как в каналах пламя имеется.

Газовоздушная смесь подогревается от раскаленных стенок канала. В местах расширения каналов и вблизи от плохо обтекаемых тел создаются зоны задержки горячих продуктов сгорания. Такие зоны — устойчивые источники постоянного подогрева и зажигания газовоздушной смеси. На рис. 5 показана беспламенная панельная горелка. Поступающий в сопло 5 из газопровода 7 газ инжектирует необходимое количество воздуха, регулируемое регулятором первичного воздуха 6. Образовавшаяся газовоздушная смесь через инжектор 4 поступает в распределительную камеру 3, проходит по ниппелям 2 и поступает в керамические тоннели 1. В этих тоннелях происходит сжигание газовоздушной смеси.

Распределительная камера 3 от керамических призм 8 теплоизолирована слоем диатомовой крошки, что сокращает теплоотвод из реакционной зоны.

Беспламенное сжигание газа имеет следующие преимущества: полное сгорание газа; возможность сжигания газа при малых избытках воздуха; возможность достижения высоких температур горения; сжигание газа с высоким тепловым напряжением объема горения; передача значительного количества теплоты инфракрасными лучами.

Существующие конструкции беспламенных горелок с огнеупорными насадками по конструкции их огневой части подразделяют на горелки с насадками, имеющие каналы неправильной геометрической формы; горелки с насадками, имеющие каналы правильной геометрической формы; горелки, у которых пламя стабилизируется на огнеупорных поверхностях топки. 

Рис. 5. Беспламенная панельная горелка:

1 — тоннель; 2 — ниппель; 3 — распределительная камера; 4 — инжектор; 5 — сопло; 6 — регулятор воздуха; 7 — газопровод; 8 — керамические призмы  

 

Наиболее распространены горелки с насадками правильной геометрической формы. Огнеупорные насадки таких горелок состоят из керамических плиток размером 65 х 45 х 12 мм. Беспламенные горелки называют также горелками инфракрасного излучения.

Все тела — источники теплового излучения, возникающего за счет колебательного движения атомов. При излучении тепловая энергия веществ превращается в энергию электромагнитных волн, которые распространяются от источника со скоростью, равной скорости света. Эти электромагнитные волны, распространяясь в окружающем пространстве, наталкиваются на различные предметы и легко превращаются в тепловую энергию. Величина ее зависит от температуры излучающих тел. Каждой температуре соответствует определенный интервал длин волн, излучаемых телом. В данном случае передача теплоты излучением происходит в инфракрасной области спектра, а горелки, работающие по этому принципу, называются горелками инфракрасного излучения (рис. 6).