Лекция 10 Классификация газовых горелок

Горелки могут быть классифицированы по различным признакам:

• по длине факела (длиннопламенные, короткопламенные);

• светимости пламени (светящиеся или слабосветящиеся);

• теплоте сгорания газа (высококалорийные, низкокалорийные);

• давлению газа перед горелкой (низко- и высоконапорные);

• числу подводящих трубопроводов (одно- и двухпроводные).

В соответствии с ГОСТ 21204—97 по способу подачи воздуха и коэффициенту α₁ различают горелки: диффузионные с α₁ = 0, инжекционные с α₁ > 1 и α₁ < 1 и с принудительной подачей воздуха (дутьевые).

Диффузионные горелки (рис. 14.1, а). Это наиболее простые устройства, представляющие собой трубу с просверленными отверстиями. Газ вытекает из отверстий, а необходимый для горения воздух поступает полностью из окружающей среды. В диффузионных горелках процессы смешивания газа с воздухом и горение совершаются параллельно на выходе газа из горелки.

Достоинствами данных горелок: малые габаритные размеры и простота конструкции, удобство и безопасность эксплуатации, высокая устойчивость пламени без проскоков и отрыва, высокая степень черноты пламени, широкий диапазон регулирования тепловой мощности. Недостатки: повышенный коэффициент избытка воздуха, плохие условия догорания газа и выделение при сжигании углеводородных газов продуктов неполного сгорания.

Эти горелки используют при сжигании природных и сжиженных углеводородных газов, когда требуется получение длинного светящегося (коптящего) факела с равномерной температурой по его длине: в печах мартеновских, цементных, стекловарочных, а также в печах для получения газовой сажи. В отдельных случаях такие горелки незаменимы, например, в высокотемпературных плавильных печах, где требуется получение растянутого факела с высокой степенью черноты.

Инжекционные горелки (рис. 14.1, б, в). Это горелки, в которые необходимый для горения воздух поступает полностью (α₁ > 1) или частично (α₁ < 1) в качестве первичного, а подача его осуществляется за счет кинетической энергии струи газа, вытекающего из сопла. Процессы смешивания газа с воздухом и горения разделены, при этом обеспечивается хорошее смешивание газа с воздухом.

В инжекционных горелках с α₁ > 1 газ, вытекая из сопла с большой скоростью за счет кинетической энергии струи, засасывает в инжектор из окружающего пространства воздух в количестве, необходимом для его полного сгорания. Процесс сжигания происходит по кинетическому принципу: получение короткого пламени с высокой температурой. В горелке автоматически обеспечивается соотношение газа и воздуха в рабочем диапазоне, т.е. постоянный α₁ независимо от изменения давления. Такие горелки имеют низкую устойчивость к образованию проскоков и отрыва пламени, поэтому требуют применения стабилизаторов. Инжекционные горелки с α₁ > 1 работают на газе среднего давления (10...90 кПа).

В инжекционных горелках с α₁ < 1 выбор значения α₁ зависит от диапазона устойчивой работы. Обычно инжекционные горелки с α₁ < 1 работают на газе низкого давления (до 2 кПа). С увеличением значения α₁ происходит переход в область кинетического процесса сгорания газовоздушной смеси, который характеризуется низкой устойчивостью горения, т.е. возможностью проскока и отрыва пламени. При малых коэффициентах первичного воздуха происходит разложение углеводородов с образованием сажи, что приводит к свечению пламени и химической неполноте горения. Такая работа горелок с малым коэффициентом первичного воздуха нежелательна (из устья горелки выходит газовоздушная смесь с избытком горючего, т.е. газ, смешанный только с 50...60 % воздуха от теоретически необходимого). Поэтому для инжекционных горелок с α₁ < 1 требуется организовать подвод вторичного воздуха (см. рис. 14.1, в), а в топках, где устанавливаются эти горелки, должно быть разрежение.

Пламя горелки состоит из внутреннего и внешнего конусов. Внутренний конус представляет собой поверхность остановленного фронта пламени, где выгорает часть горючего, обеспеченная первичным воздухом. Горение газовоздушной смеси во внутреннем конусе кинетическое. Внутренний конус пламени ярко очерчен и имеет зеленовато-голубой цвет. Внешний конус представляет собой поверхность, где в результате диффузии окружающего воздуха выгорает оставшаяся часть газа. Процесс сгорания газа во внешнем конусе диффузионный. Такие горелки обладают большой устойчивостью к отрыву и проскоку пламени и не требуют применения стабилизаторов.

Инжекционные горелки с α₁ < 1 применяют в бытовых газовых плитах, проточных и емкостных водонагревателях, ресторанных плитах, секционных отопительных котлах и отопительных печах.

Горелки с принудительной подачей воздуха (рис. 14.1, г). Воздух, необходимый для горения, в такие горелки подается вентилятором. Газ из сопла попадает в закрученный поток воздуха, и происходит их смешивание. Газовоздушная смесь через насадок попадает в топочное пространство. Горелки данного типа оснащены стабилизаторами. В схеме обвязки горелок предусматривается установка клапана блокировки, отключающего подачу газа при прекращении подачи воздуха.

Процесс смешивания газа с воздухом зависит от конструкции смесителя. При полном предварительном смешивании процесс горения кинетический, пламя образуется короткое с высокой температурой.

Схемы горелок с принудительной подачей воздуха приведены на рис. 14.2. В горелке на схеме I газ и воздух поступают к месту сгорания раздельно, параллельными потоками. Смешивание происходит медленно, горение диффузионное. Пламя образуется длинное светящееся с невысокой температурой. В горелке на схеме II поверхность соприкосновения потоков газа и воздуха увеличивается за счет подачи газа внутрь воздушного потока. Длина пламени при этом уменьшается.

Еще большее уменьшение длины пламени достигается путем предварительного смешивания газа с воздухом (схема III). Улучшение предварительного смешивания газа с воздухом достигается установкой в горелки завихрителя, закручивающего поток воздуха (схема IV).

Для увеличения площади соприкосновения газа с воздухом используются горелки с множеством мелких отверстий в корпусе, направленных под углом к предварительно закрученному потоку воздуха (схема V). При этом образуется равномерная газовоздушная смесь. Процесс горения кинетический, пламя образуется короткое с высокой температурой.

Если подавать газ в закрученный воздушный поток не только из центра горелки, но и с периферии (схема VI), то обеспечивается равномерное распределение газовых струй в воздушном потоке.

Закручивание воздушного потока может осуществляться лопаточным направляющим аппаратом (улиткой) тангенциальным подводом к горелке.

Горелки с принудительной подачей воздуха в зависимости от конструкции работают на газе низкого или среднего давления. Их применяют для промышленных теплоагрегатов: котлов, печей, сушилок. Горелки позволяют использовать теплоту отработанных дымовых газов за счет подогрева в теплообменниках (рекуператорах, регенераторах) воздуха, подаваемого для горения, что позволяет повысить КПД теплоагрегатов.

Приложение к лекции 10

Лекция 11