Газовые горелки

Через сопло 4 (см. рис. 6, а) газ поступает в горелку и инжектирует весь воздух, необходимый для полного сгорания газа. Из горелки газовоздушная смесь поступает в сборную камеру 6 и далее направляется в огневые отверстия керамической плитки 2. Во избежание проскока пламени диаметр огневых отверстий должен быть меньше критической величины и составлять 1,5 мм. Выходящая из огневых камер газовоздушная смесь поджигается при малой скорости ее вылета, чтобы избежать отрыва пламени. В дальнейшем скорость вылета газовоздушной смеси можно увеличить (полностью открыть кран), так как керамические плитки нагреваются до 1000°С и отдают часть теплоты газовоздушной смеси, что приводит к увеличению скорости распространения пламени и предотвращению его отрыва. 

 

 

  

Рис. 6. Горелки инфракрасного излучения:

а — схема горелки: 1 — рефлектор; 2 — керамическая плитка; 3 — смеситель; 4 — сопло; 5 — корпус; 6 — сборная камера; б, в и г — соответственно горелки ГИИ-1, ГИИ-8 и ПС-1-38 

 

Керамические плитки имеют около 600 огневых цилиндрических каналов, что составляет около 40 % поверхности плиток.

Плитки соединяют друг с другом специальной замазкой, состоящей из смеси шамотного порошка с цементом.

Если инфракрасные горелки работают на газе среднего давления, то применяют специальные плиты из пористых жаропрочных материалов. Вместо цилиндрических каналов у них узкие искривленные каналы, которые заканчиваются расширяющимися камерами сгорания.

При сжигании газа в многочисленных каналах различных насадок происходит нагрев их внешних поверхностей до температуры около 1000 °С . В результате поверхности приобретают оранжево-красный цвет и становятся источниками инфракрасных лучей, которые поглощаются различными предметами и вызывают их нагрев.

На рис. 6, б... г показаны наиболее распространенные типы инфракрасных горелок. У горелок ГИИ-1 имеются 21 керамическая плитка, рефлектор и распределительная коробка. С помощью горелок ГИИ можно обогревать помещения и различное оборудование. Горелки используют и для обогрева открытых площадок (спортивные площадки, кафе, помещения летнего типа и т.д.).

Горелку ГК-1-38 успешно применяют для подогрева строящихся стен и штукатурки, обогрева людей, работающих в зимних условиях. Горелка может работать на природном и сжиженном газах.

Процесс сжигания топлива состоит из трех операций: смешивание топлива с воздухом, подогрев компонентов горения до температуры воспламенения и собственно химическая реакция горения. Самая медленная операция – смешивание компонентов горения. В зависимости от её организации различают конструкции газовых горелок: 1) с предварительным смешиванием газа с воздухом внутри корпуса горелки и 2) без предварительного смешивания. 

К горелкам с предварительным смешиванием относятся инжекционные (рис. 2.6а). В таких горелках воздух засасывается (инжектируется) в корпус под воздействием струи газа, выходящей с большой скоростью из газового сопла. Эти горелки не нуждаются в вентиляторах, а при работе на холодном воздухе и в воздухопроводах. К таким горелкам подводят только газ, их называют однопроводными в отличие от двухпроводных (или дутьевых) горелок, к которым подводят не только газ, но и воздушное дутьё по воздухопроводам. В корпусе-смесителе горелки происходит предварительное смешивание газа с воздухом. Газовоздушная смесь нагревается и сгорает в пределах длины горелочного туннеля. В печи нет видимого пламени. Поэтому инжекционные горелки называют беспламенными.

Скорость выхода смеси из носика горелки в туннель должна быть больше скорости распространения пламени в готовой для горения смеси во избежание обратного «проскока» пламени в корпус горелки, что может привести к его прогару, если горелку своевременно не отключить. «Проскоки» пламени при малых расходах газа делают узким диапазон регулирования расходов газа в этих горелках.

Подачу газа в горелку по сравнению с максимальной расчетной уменьшают не более, чем в 2-3 раза. Во избежание «проскоков» нельзя подогревать воздух и газ до высокой температуры, близкой к температуре воспламенения.

Преимуществом инжекционных горелок является полное сжигание газа с небольшим коэффициентом расхода воздуха, близким к единице, вследствие хороших условий смешивания компонентов горения.

На рис. 2.6б, 2.6в, 2.6г представлены конструкции двухпроводных горелок без предварительного перемешивания. Смесь газа с воздухом образуется вне корпуса горелки, в туннеле и в рабочем пространстве печи. По мере смешивания происходит горение в видимом факеле. Поэтому такие горелки называют факельными. 

Горелки типа "труба в трубе" с почти параллельными потоками газа и воздуха (см. рис. 2.6б) отличаются длинным пламенем ввиду медленного перемешивания параллельных потоков. Газовая труба расположена по оси горелки, воздух проходит по кольцевому зазору между наружной и внутренней трубами. Эти горелки применяются для сжигания газов с низкой и с высокой теплотой сгорания. 
 
 
 
 
а) в) 
 
 
 
 
б) г) 
 
Рис. 2.6 – Виды газовых горелок: 
а – инжекционная горелка с предварительным смешиванием газа с воздухом; б – дутьевая типа «труба в трубе» без предварительного смешивания; в   дутьевая для природного газа с закруткой воздуха; 
г – дутьевая сводовая плоскопламенная с закруткой воздуха и газа; 
1   собственно горелка; 2   огнеупорный туннель. 

Дутьевые горелки для сжигания природного газа низкого давления типа ГНП (см. рис. 2.6в) имеют улучшенное смешивание по сравнению с горелками "труба в трубе" и более короткий видимый факел. С этой целью перед выходным отверстием для воздуха установлены лопатки для закручивания воздушного потока, а наконечник для выхода газа делают сменным: с одним центральным выходным отверстием или с несколькими расположенными под углом к потоку воздуха. 
 

Все перечисленные дутьевые и инжекционные горелки устанавливают, как правило, в стенах печей. В своде печи устанавливают плоско-пламенные горелки (см. рис. 2.6г). Газ подают по трубе, расположенной вертикально по оси горелки. Поток воздуха закручивают направляющим винтом или благодаря смещенному от оси (тангенциальному) его подводу. Газ закручивают, применяя косые прорезы в наконечнике газовой трубы. Выходя из горелки, закрученная газовоздушная смесь прижимается к стенкам огнеупорного туннеля, имеющего форму граммофонной трубы. Пламя размыкается и направляется вдоль свода печи под прямым углом к оси горелки, приобретая форму плоского диска. Достоинство плоскопламенных горелок заключается в том, что горение происходит на поверхности огнеупорной футеровки свода. Раскаленный свод, имеющий бóльшую излучательную способность, чем дымовые газы, передает металлу, нагреваемому в печи, больший лучистый тепловой поток. Плоскопламенные горелки рассчитывают на работу с природным, коксовым и с различными смесями газов. 

Для большинства дутьевых горелок расход газа без ухудшения работы горелки можно изменять в 3-4 раза. Все конструкции газовых горелок перед применением в печах проходят государственные испытания и получают сертификат с указанием допустимого режима эксплуатации: диапазона расходов газа, давления газа и воздуха, коэффициента расхода воздуха.

 
8. Горелка АГГМ 

 

В качестве примера приведем схему горелки газовой типа АГГМ, 
предназначенной для сжигания природного и производственных газов в 
трубчатых печах с излучающими стенами топки, служащих для нагрева и 
термического разложения углеводородного сырья, технологических 
установок нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.  
Горелка изготавливается в климатическом исполнении "У", категория 
размещения 3.1 по ГОСТ 15150-69. Горелка АГГМ представляет собой 
горелочное устройство, состоящее из горелки и глушителя шума 
регулятора эжекции вторичного воздуха. Для организации настильного 
горения необходимо наличие излучающих стен топочной камеры из 
огнеупорного материала. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Схема №1. Горелк а АГГМ 

 

Работа горелки: топливный газ из газопровода подается в корпус горелки 
на многозаходный завихритель. За счет вихревого движения потока, 
внутрь горелки подсасывается атмосферный воздух (первичный), 
количество которого регулируется изменением зазора между торовой 
поверхностью сопла и регулирующим диском. Вытекающая из горелки 
газовоздушная смесь растекается вдоль огнеупорной излучающей стенки 
топки печи, смешиваясь со вторичным воздухом, поступающим через 
амбразурную втулку, в которой установлена сама горелка. Количество 
вторичного воздуха регулируется положением регистра глушителя шума 
регулятора эжекции вторичного воздуха и величиной тяги в топочной 
камере печи.

 

9.Рекуперативная газовая горелка и способ подогрева в ней воздуха

 

В рекуперативной газовой горелке, содержащей корпус, коаксиально расположенную в нем камеру сгорания, газовую камеру с многоструйным газовым соплом и запальным устройством, воздушную камеру, расположенную в кольцевом пространстве между камерой сгорания и корпусом, при этом камера сгорания выполнена с равномерно расположенными по периметру цилиндрическими и щелевыми отверстиями, патрубок подачи воздуха расположен на корпусе со стороны газовой камеры, причем горелка содержит цилиндрическую обечайку, закрепленную в корпусе и разделяющую воздушную камеру на сообщающиеся между собой со стороны выходного сопла наружную и внутреннюю кольцевые воздушные камеры, камера сгорания снабжена равномерно расположенными по периметру продольными ребрами, корпус выполнен с теплоизоляцией. При работе горелки воздух сначала направляют по наружной кольцевой воздушной камере, расположенной между теплоизолированным корпусом и цилиндрической обечайкой, в направлении от газовой камеры к выходному соплу, где происходит его подогрев от кольцевой обечайки и теплоизолированного корпуса, затем в противоположном направлении по внутренней кольцевой воздушной камере, расположенной между кольцевой обечайкой и камерой сгорания, где происходит его дальнейший подогрев от цилиндрической обечайки, камеры сгорания и продольных ребер, и далее через цилиндрические и щелевые отверстия в камеру сгорания. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для сжигания газообразного топлива в системах отопления сушильных, подогревательных, термических, плавильных печей, паровых и водогрейных котлов и других тепловых агрегатов.

 

Известна рекуперативная горелка преимущественно для обогрева рабочих объемов промышленных печей (см. патент на изобретение SU №1400519 МПК F23D 14/00 «Рекуперативная горелка для газообразного или жидкого топлива», дата публикации 30.05.88), содержащая воздухоподающий корпус, размещенную в корпусе с кольцевым зазором трубу первичного воздуха, камеру сгорания с выходным соплом, соединенную с топливной трубой, а также обечайку с отогнутой наружу входной кромкой и отогнутой внутрь выходной кромкой, установленную в кольцевом зазоре между корпусом, трубой первичного воздуха и камерой сгорания с образованием наружной и внутренней кольцевой камеры рекуператора.

В известной рекуперативной горелке камера сгорания расположена в конце горелки со стороны выхода ее в теплотехнический агрегат и занимает незначительный объем по отношению к объему горелки, что не позволяет обеспечить эффективный подогрев первичного воздуха, по всей длине горелки. Подогрев вторичного воздуха во внутренней кольцевой камере от горячих газов, забранных из рабочего пространства печи и проходящих по наружной кольцевой камере, не обеспечивает заметного повышения эффективности подогрева воздуха, так как объем нагретого вторичного воздуха составляет от 10 до 30% холодного воздуха.

Кроме того, при заборе горячих газов в наружную кольцевую камеру из рабочего пространства печи, где присутствуют продукты неполного сгорания топлива, которые при прохождении через рекуперативную часть горелки образуют сажу. Техническая пыль от огнеупоров, окалины обжигаемых заготовок, находящаяся в рабочем пространстве печи, а также образованная сажа, засоряют канал для прохождения печных газов, снижая эффективность работы горелки.

При работе на малых расходах воздуха из-за низкого теплосъема происходит перегрев рекуперативной части горелки, что приводит к сгоранию сажи и прогару обечайки. При этом известное расположение камеры сгорания способствует ее перегреву, во избежание которого установлена водоохлаждаемая кольцевая труба, что усложняет горелку и ее эксплуатацию.

Известна рекуперативная горелка (см. патент на изобретение RU №2378573 МПК F23D 14/00 «Рекуперативная горелка для газообразного топлива», дата публикации 10.01.2010), содержащая корпус, размещенную в нем с кольцевым зазором трубу первичного воздуха, камеру сгорания, теплообменник, выполненный из пучка труб, предназначенных для продуктов сгорания, причем трубы теплообменника проходят сквозь смонтированную между корпусом и трубой первичного воздуха винтовую спираль для направления воздуха, омывающего трубы теплообменника.

Известная горелка имеет те же недостатки, что и вышеприведенный аналог. Выполнение теплообменника из пучка труб усложняет горелку, а протягивание по ним дымовых газов из рабочего пространства печи, где присутствуют продукты неполного сгорания топлива, может вызвать образование в трубах сажи при их догорании, что требует периодической очистки труб от сажи, технической пыли, и окалины. При работе на малых расходах воздуха возможно сгорание сажи, повышение температуры и прогар труб.