5. Горелки с незавершенным предварительным смешением газа с воздухом

Большая группа разнообразных по конструкции и различных по произ­водительности горелок относится к го­релкам с незавершенным предвари­тельным смешением газа с воздухом. У горелок этого типа процесс смесе­образования начинается в самой го­релке и активно завершается в топоч­ной камере. Вследствие этого газ сгорает коротким и несветящимся пламенем. В связи с тем что до выхо­да в гопку, где начинается процесс горения, газовоздушная смесь частич­но была приготовлена, скорость горе­ния определяется диффузионными и кинетическими факторами. Следова­тельно, у этих горелок осуществляет­ся диффузионно-кинетический способ сжигания газа.

Горелки рассмотренного типа со­стоят из систем раздельной подачи га­за и всего воздуха, необходимого для горения, а также устройств, в которых начинается процесс смесеобразова­ния. В топку поступает газовоздуш­ная смесь, представляющая собой турбулентный поток с неравномер­ными полями концентраций горючего и окислителя в поперечном сечении. Попадая в зону высоких температур, смесь воспламеняется. Участки пото­ка, в которых концентрация газа и воз­духа находится в стехиометрическом соотношении, сгорают кинетическим способом, а зоны, в которых процесс смесеобразования не завершен, выго­рают диффузионно. Процессом смеше­ния в топке управляет смесительное устройство горелки, так как структуру потока и движение его отдельных час­тиц определяют условия его выхода из смесителя.

Смешение газа и воздуха у этих горелок происходит в резуль­тате турбулентной диффузии, поэтому такие горелки называют горелками турбулентного смешения.

Для повышения интенсивности процесса сжигания газа следует мак­симально интенсифицировать смешение газа с воздухом, так как смесеоб­разование является тормозящим зве­ном всего процесса. Интенсификации процесса смесеобразования дости­гают: закручиванием потока воздуха направляющими лопатками; танген­циальным подводом или устройством улиток;

подачей газа в виде мелких струй под углом к потоку воздуха; расчленением потоков газа и воздуха на мелкие потоки, в которых происхо­дит смесеобразование.

Горелки турбулентного смешения нашли широкое применение. Основны­ми положительными качествами таких горелок являются: а) возможность сжигания большого количества газа при сравнительно небольших габари­тах горелки (особенно важно для мощных котлов); б) широкий диапа­зон регулирования производительно­сти горелки; в) возможность подогре­ва газа и воздуха до температур, превышающих температуру воспламе­нения, что имеет большое значение для некоторых высокотемпературных пе­чей; г) сравнительно простое выполне­нение конструкций с комбинирован­ным сжиганием топлива (газа — ма­зута, газа — угольной пыли). Не­достатки рассматриваемых горелок: принудительная подача воздуха и сжигание газа с химической неполно­той, большей, чем при кинетическом горении. Горелки турбулентного сме­шения имеют различную производи­тельность от 60 кВт до 60 МВт. Их используют для обогрева промыш­ленных печей и котлов.

Горелки турбулентного смешения ГНП конструкции Теплопроекта про­изводительностью 7 ... 250 м³/ч при давлении газа и воздуха 0,4 ... 2 кПа показаны на рис.10. Горелки выпускают девяти типоразмеров с дву­мя типами наконечников газового сопла. Наконечник А обеспечивает короткофакельное сжигание, а наконеч­ник Б создает удлиненный факел.

Газ входит в горелку через патрубок и истекает с определенной скоростью из сопла. Воздух в горелку подают под давлением, перед входом в носик горелки он закручивается. Смешение газа с воздухом начинается внутри горелки при выходе газа из сопла и интенсифицируется закрученным по­током воздуха. При многоструйной подаче газа (с наконечником А) про­цесс образования смеси протекает быстрее и газ сгорает в коротком факеле. Горелку устанавливают сов­местно с керамическим туннелем, слу­жащим стабилизатором горения. Го­релки обеспечивают сжигание газа при отсутствии химической неполноты при коэффициенте избытка воздуха а=1,05 ... 1,1. При давлении газа 4 кПа длина факела для горелок с наконечником типа А в зависимости от типоразмера горелки изменяется от 0,6 до 2,3 м.

Основные размеры серии горелок ГНП следующие: диаметр выходного отверстия изменяется в пределах D= =25 ... 142 мм; диаметр газовых отверстий у наконечника типа А ра­вен: d=3,2 ... 15,5, а число их изме­няется от 4 до 6; диаметр газового отверстия у наконечника типа Б равен: d,=5,5 ... 31 мм (обозначения показа­ны на рис. 16.10). По результатам государственных испытаний горелки рекомендованы к применению. Основ­ными положительными качествами их являются: простота и компактность конструкции, возможность работы при низких давлениях газа и воздуха, ши­рокие пределы регулирования произ­водительности. Горелки этого типа предназначены для обогрева кузнеч­ных и термических печей, сушилок.

Многоструйная вихревая горелка конструкции Мосгазпроекта показана на рис. .11; работа горелки основана на принципе дробления основных потоков газа и воздуха на несколь­ко мелких потоков. Внутри этих пото­ков происходит интенсивный процесс смесеобразования. Многоструйная вихревая горелка предназначена для сжигания природного газа с теплотой сгорания QS =35 МДж/м³ и имеет производительность 226 м³/ч. Газ входит в горелку через патрубок, поступает в газовую камеру, в которой разби­вается на 8 мелких потоков в соответ­ствии с числом газовых трубок. Из каждой трубки газ выходит в виде 12 тонких струек с направлением под углом к потоку воздуха. Диаметр выходных отверстий 4,3 мм. Воздух поступает в пространство между труб­ками и также разбивается на 8 мелких потоков. Каждый малый поток возду­ха закручивается с помощью лопаток направляющих аппаратов и поступает в цилиндрические выходные каналы, пересекая газовые струйки; здесь на­чинается процесс смесеобразования. Необходимое давление газа 1,3 кПа, а воздуха 1 кПа. Вихревые горелки выпускают восьми типоразмеров про­изводительностью 39 ... 940 м³/ч.

Горелка имеет короткий несве­тящийся факел, длина которого при максимальных нагрузках составляет 1 ... 1,5 м и обеспечивает устойчивую работу при изменении давления от 30 до 1 500 Па и достаточно полное сжи­гание газа при коэффициенте избыт­ка воздуха сс=1,1. Горелка практичес­ки работает бесшумно. Ее огневую часть располагают в зоне высоких температур и для предохранения от быстрого разрушения футеруют. Как показали испытания, температура кор­пуса горелки не превышает 40 ... ... 50° С, а температура фронтовой плиты достигает 140 ... 150° С. Для наблюдения за работой горелки и за­жигания газа в середине ее (по оси) предусмотрена труба диаметром 80 мм. Горелка предназначена для сжигания газа в топках котлов и промышленных агрегатов.