Коэффициенты рабочего регулирования горелки

 

Класс горелки по способу подачи воздуха и степени подготовки горючей смеси	Коэффициент рабочего регулирования Крр не менее
Горелки с принудительной подачей воз­духа с полным предварительным смеше­нием, инжекционные горелки с полным предварительным смешением
Горелки с принудительной подачей воз­духа с неполным предварительным сме­шением
Горелки с принудительной подачей воз­духа без предварительного смешения, горелки с подачей воздуха за смет разре­жения без предварительного смешения, инжекционные горелки с частичной по­дачей первичного воздуха
Беспламенные панельные горелки

Примечание. Указанные коэффициенты рабочего регулирования не отно­сятся к блочным горелкам со ступенчатым регулированием; запальным горелкам; горелкам, предназначенным для тепловых агрегатов, не требующих указанных зна­чений К_рр

 

Коэффициент предельного регулирования горелки К_прр — отноше­ние максимальной тепловой мощности к ее минимальной тепло­вой мощности:

Диапазон регулирования тепловой мощности горелки — диапазон, в котором изменяется тепловая мощность горелки во время эксп­луатации.

Давление газа перед горелкой — давление (максимальное, номи­нальное, минимальное рабочее, минимальное), измеренное по­сле последнего по ходу регулирующего или запорного органа го-

релки и соответствующее максимальной, номинальной, минималь­ной рабочей или минимальной тепловой мощности горелки.

Номинальная относительная длина факела представляет собой расстояние по оси факела от выходного сечения горелки, изме­ренное (при номинальной тепловой мощности) в калибрах вы­пускного отверстия до точки, где концентрация СО₂ (при α = 1) составляет 95 % от максимального значения.

Удельная металлоемкость горелки — отношение массы горелки к номинальной тепловой мощности.

Давление (разряжение) в камере сгорания измеряется в зоне вы­ходного сечения горелки при номинальной тепловой мощности.

Шумовая характеристика горелки — уровень звукового давления, создаваемого работающей горелкой в зависимости от спектра частот.

Автоматика горелки — комплекс элементов, обеспечивающих пуск, автоматическое регулирование и контроль безопасности го­релки.

Система контроля пламени включает в себя устройство контро­ля пламени и управляемый этим устройством запорный клапан.

Горелка с ручным управлением — это горелка, в которой розжиг, изменение режима работы горелки и наблюдение за работой го­релки выполняет оператор.

Автоматическая горелка — горелка, оборудованная автомати­ческими устройствами: дистанционным запальным, контроля пла­мени, контроля давления топлива и воздуха, запорными клапана­ми и средствами управления, регулирования и сигнализации.

Блочная газовая горелка — газовая горелка, скомпонованная с вентилятором в единый блок, оборудованная средствами автома­тического управления и регулирования.

Запальное устройство — устройство для розжига горелки.

Запальная горелка — вспомогательная горелка, служащая для розжига основной горелки.

2. Основные функции и элементы горелок

Процесс сжигания газа, как отмечалось, условно подразделя­ется на три основных стадии:

•смешение газа с воздухом для горения (подготовка горючей смеси);

•подогрев горючей смеси до температуры воспламенения;

•собственно процесс сжигания — горение.

В соответствии с этим газогорелочные устройства, обеспечива­ющие сжигание газа, выполняют следующие функции:

подготавливают газ и воздух для горения, придавая им требуемое направление и скорость движения; подготавливают горючую смесь; стабилизируют горение; осуществляют подачу горючей смеси или продуктов сгорания в рабочее пространство или из него.

Независимо от типа все горелки имеют общие конструктивные элементы:

• устройства для подвода газа (сопло) и воздуха (воздуховод);

• смеситель и горелочную насадку со стабилизирующим устрой­
ством.

Сопло предназначено для подачи определенного количества газа, а иногда и воздуха с определенной скоростью в смесительную часть горелки.

Воздуховод — конструктивный элемент для подачи воздуха в необходимом количестве и требуемой скоростью.

Смеситель предназначен для подготовки горючей смеси для го­рения в процессе взаимодействия струй газа с воздушным потоком.

Горелочная насадка предназначена для распределения газа или газовоздушной смеси по выходному сечению.

Стабилизаторы предназначены для обеспечения устойчивости процесса горения, предотвращения отрыва и проскока пламени.

В зависимости от типа горелки или условий эксплуатации ее конструктивные элементы имеют различное оформление. В неко­торых конструкциях горелок отдельные элементы могут отсутство­вать или компоноваться в одной детали.

3. Классификация газовых горелок

Газовые 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 избытка первичного воздуха α₁ различают горелки: диффузионные с α₁= 0, инжекционные с α₁> 1 и α₁<1 и с принудительной подачей воздуха (дутьевые).

Диффузионные горелки (рис. 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 горелок данного типа являются: 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. К недостаткам горелок относятся: 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. 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 а, 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 а, зависит от диапазона устойчивой работы. Обычно инжекционные горелки с α₁< 1 работают на газе низкого давления (до 2 кПа). С увеличением значения а, 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. 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. 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.2. В горелке на схеме I газ и воздух поступают к месту сгорания раздельно, параллельными потоками.

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.

 

4. Общие технические требования к газовым горелкам

На основании опыта эксплуатации и анализа конструкций горелочных устройств сформулированы основные требования к кон­струкциям газовых горелок.

Горелки должны быть возможно более простыми: без подвижных частей, без устройств, изменяющих сечение для прохода газа и воздуха, и деталей сложной формы, расположенных вблизи носика-горелки.

Сечения для выхода газа, воздуха и газовоздушной смеси в про­цессе эксплуатации должны быть неизменными. Количество подава­емых через горелку газа и воздуха следует изменять только дроссель­ными устройствами, установленными на подводящих трубопроводах.

Сечения для прохода газа и воздуха в горелке и конфигурация внутренних полостей должны обеспечивать минимальное сопро­тивление на пути движения газа и воздуха внутри горелки. Давление газа и воздуха должно быть использовано для создания требу­емых скоростей в выходных сечениях горелки. Подача воздуха в горелку должна быть регулируемой.

При осуществлении частичного предварительного смешения газа и воздуха следует использовать какой-либо один способ, а не ус­ложнять горелку большим числом элементов одного и того же на­значения, например для улучшения смешения.

Для стабилизации горения предпочтительнее аэродинамические методы, т.е. создание зон циркуляции продуктов сгорания, кото­рые поджигают газовоздушную смесь.

Назначение. Номинальная тепловая мощность каждой горелки должна соответствовать номинальной тепловой мощности, уста­новленной для горелок данного типоразмера (предельные откло­нения + 10...-5%).

Требования к автоматике. Автоматические горелки должны рабо­тать при поддержании давления газа перед основным запорным ор­ганом с точностью ±15 % от номинального значения; для газа низко­го давления до 5 кПа; для газа среднего давления до 100 кПа. В автома­тических горелках должны выполняться следующие операции:

• пуск горелки по программе, зависящей от ее мощности (вклю­чая продувку камеры горения и дымоходов);

• перевод ее в рабочее состояние;

• регулирование тепловой мощности;

• контроль параметров безопасности горелки и тепловой установки;

• выключение горелки при недопустимых отклонениях конт­ролируемых параметров.

Пуск не должен осуществляться в следующих случаях: прекраще­ние подачи электроэнергии; давление газа за основным запорным органом на 30% ниже номинального значения; недопустимые от­клонения контролируемых параметров тепловой установки; недо­статок воздуха для горения; неполадки устройств продувки, отво­да или рециркуляции продуктов сгорания; короткое замыкание или разрыв в датчике контроля пламени либо связи датчика; при пуске не обеспечены условия для безопасной эксплуатации горел­ки (требуемая температура топлива, давление распыливающего вещества, частота вращения механического распыливающего уст­ройства и др.); сигнал о нарушении герметичности запорного органа (у горелок, оснащенных автоматическим контролем герметично­сти). В автоматических горелках не допускается подача топлива в основную горелку, пока не включено запальное устройство или не появилось пламя запальной горелки. Автоматика должна обеспе­чивать защитное выключение газовой горелки, если при ее розжи­ге не произойдет воспламенение топлива в течение не более:

5 с — для горелок тепловой мощностью до 50 кВт;

3 с — для горелок тепловой мощностью свыше 50 кВт.

При работе автоматических горелок защитное выключение дол­жно осуществляться:

• при погасании контролируемого пламени;

• прекращении подачи электроэнергии;

• снижении давления газа за основным запорным органом бо­
лее чем на 30% относительно номинального значения;

• недопустимых отклонениях контролируемых параметров теп­
ловой установки;

• недостатке воздуха для горения;

• неполадках устройств продувки, отвода или рециркуляции
продуктов сгорания.

Защитное выключение должно сопровождаться сигналом. При защитном выключении автоматической горелки из-за прекраще­ния подачи электроэнергии возобновление подачи энергии не дол­жно вызывать самопроизвольного пуска горелки (за исключением блочных горелок с регулированием мощности от 0 до 100% от номинальной, находящихся в рабочем состоянии, с выполнением полной программы пуска).

Если горелки устанавливаются на воздухонагревателях, приме­няемых для воздушного отопления и вентиляции помещений, выработки теплоносителя для сушильных процессов или тепловых завес, то защитное выключение горелок в рабочем состоянии, должно предусматриваться также:

при повышении температуры нагреваемого воздуха выше за­данного значения;

превышении давления продуктов сгорания над давлением на­греваемого воздуха в рекуперативных воздухонагревателях.

Система контроля пламени должна обеспечивать защитное вы­ключение горелки, если произойдет погасание контролируемого пламени, за время не более 2 с.

Для горелок номинальной тепловой мощностью до 0,1 МВт, установленных в камерах горения, работающих под разрежением, время защитного отключения подачи газа в горелку при погаса­нии пламени не должно превышать 30 с. При прекращении подачи электроэнергии от внешнего источника газовый автоматический запорный орган должен закрыться. Запорный орган должен закры­ваться без дополнительного подвода энергии от внешнего исто­чника. Время от момента прекращения подачи энергии от внешне­го источника до прекращения поступления газа через запорный орган не должно превышать 1 с.

Устройство контроля пламени должно реагировать только на пламя контролируемой горелки и не должно реагировать на по­сторонние источники теплоты и света (раскаленная футеровка, освещение и т.д.).

При неисправности устройства контроля пламени или нару­шении в линиях связи между чувствительным элементом и вторичным прибором устройства контроля пламени при розжиге или работе горелки должно произойти защитное выключение горелки.

Группу горелок допускается оснащать одним устройством кон­троля пламени в случае, если наличие пламени горелки, осна­щенной устройством контроля пламени, обеспечивает розжиг и вдругих горелках группы.

Газовые горелки номинальной тепловой мощностью до 0,35 МВт должны быть оснащены одним газовым автоматическим запорным органом; мощностью свыше 0,35 до 2 МВт — двумя газовыми ав­томатическими запорными органами; свыше 2 МВт — двумя газо­выми автоматическими запорными органами и автоматическим ор­ганом контроля утечки газа, установленным между ними и свя­занным с атмосферой.

При работе на тепловом агрегате группы горелок с общим под­водом газа, суммарная тепловая мощность которых находится в пределах 0,35... 2,0 МВт, допускается один из двух автоматических запорных органов устанавливать общим для всех горелок.

Работоспособность автоматики горелок должна быть обеспече­на при отклонениях питающего напряжения электрического тока от +10 до -15 % от номинального.

Конструктивные требования. Присоединение горелки к трубо­проводам для подвода топлива и распыливающей среды (при не­обходимости) должно быть разъемным, исключать утечку.

Конструкция горелки должна обеспечивать возможность очист­ки или замены сопла, завихрителя, форсунки без разборки подво­да газообразного топлива и демонтажа горелки.

Ремонтные и смотровые лючки горелки должны надежно за­крываться.

Горелки должны быть оснащены блокировкой, не допускающей возможности их включения в открытом положении и осуществля­ющей их отключение при выдвижении или извлечении в процессе работы.

Система топливораспределения горелки не должна допускать утечки газа. Горелка, розжиг которой осуществляется при помощи переносного запального устройства, должна иметь отверстие, по­зволяющее безопасное введение запального устройства. Допуска­ется розжиг горелки проводить через отверстие камеры горения теплового агрегата. Конструкция горелки должна обеспечивать воз­можность визуального наблюдения за пламенем.

Конструкции горелок с принудительной подачей воздуха, пред­назначенных для работы на печных агрегатах, должны быть вы­полнены из материалов, допускающих работу на подогретом воз­духе температурой не менее 300 °С.

Требования безопасности. Горелки в части общих требований безопасности должны соответствовать ГОСТ 12.2—2003.

При этом уровень звука и эквивалентный уровень звука состав­ляет 80дБ.

Температура поверхностей элементов горелок, предназначен­ных для ручного управления, не должна превышать 45 °С при изго­товлении из неметаллических материалов и 40 °С — при изготовле­нии из металлов.

Рекомендуемые значения скоростей для горелок типа «труба в трубе» представлены в табл. 2.

Электрическое оборудование горелки должно питаться от од­ного источника электроэнергии и выключаться при помощи од­ного выключателя.

Горелки номинальной мощностью более 0,12 МВт должны раз­жигаться при пусковой мощности, не превышающей 50 % номи­нальной.

Горелки номинальной мощностью более 0,1 МВт должны раз­жигаться запальным устройством или запальной горелкой (пере­носной или стационарной). Мощность запальной горелки должна быть не более 5 % номинальной мощности основной горелки, 10 % ее пусковой мощности и не превышать 0,12 МВт.

Автоматические и полуавтоматические горелки, пусковая мощ­ность которых превышает 0,4 МВт, должны быть оснащены стаци­онарной запальной горелкой. Группа горелок с ручным управле­нием может быть оснащена общим переносным запальным уст­ройством или запальной горелкой.

Таблица 2.

Подвод топлива к переносной запальной горелке должен быть независим от подвода топлива к основной горелке и оснащен са­мостоятельным запорным органом, управляемым вручную.

Тепловая мощность стационарной запальной горелки непрерыв­ного действия не должна превышать 5 % номинальной тепловой мощности основной горелки. Тепловая мощность переносной за­пальной горелки не должна превышать 30 кВт. Для розжига основ­ной горелки применение электрического запального устройства запальной горелки не допускается.

Группу горелок с ручным управлением допускается оснащать одной стационарной запальной горелкой, если наличие пламени основной горелки, оснащенной запальной горелкой, обеспечива­ет зажигание пламени других горелок группы.

Конструкция горелок с принудительной подачей воздуха долж­на предусматривать возможность продувки камеры горения перед розжигом.

Горелки, в которые трубопроводом подается предварительно подготовленная горючая смесь, должны быть оснащены преградителями огня.

Горелки должны быть оборудованы штуцерами для присоеди­нения приборов, измеряющих давление газа перед горелкой, а горелки с принудительной подачей воздуха — дополнительно шту­церами для присоединения приборов, измеряющих давление воз­духа перед горелками или в корпусе горелки. Штуцеры могут быть установлены на трубопроводах, принадлежащих непосредственно горелке, и на подводящих трубопроводах. Во всех случаях штуцеры располагают после последнего по ходу газа (воздуха) запорного или регулирующего органа.

Группу горелок допускается оснащать одним штуцером для из­мерения давления газа и одним штуцером для измерения давления воздуха.

Конструкция автоматических газовых горелок должна обеспе­чивать возможность измерения:

• давления газа за основным запорным органом и после после­днего по ходу газа регулирующего органа горелки;

• давления воздуха после последнего по ходу воздуха регулирующего или запорного органа.

Измерение давления газа допускается заменять измерением рас­хода газа.

Конструкция горелки должна предусматривать продувку каме­ры горения до открытия крана на трубопроводе подвода газа.

Требования по рациональному использованию газа. Газовые го­релки при номинальной тепловой мощности должны обеспечи­вать коэффициент избытка воздуха, не превышающий значений 1,05... 1,15. При работе горелок в системах отопления тепловых аг­регатов, предусматривающих многостадийное (ступенчатое) сжи­гание топлива, значения коэффициентов избытка воздуха следует относить к выходному сечению камеры горения теплового агрега­та (за вычетом присосов).

Допустимое увеличение коэффициента избытка воздуха в диа­пазоне рабочего регулирования мощности (за исключением пус­ковых режимов) не должно превышать 0,2.

Потери теплоты от химической неполноты сгорания на выходе из камеры горения теплового агрегата или установки в диапазоне рабочего регулирования горелки не должны быть более 0,4%.

Требования по охране окружающей среды. Содержание оксида углерода в продуктах сгорания в пересчете на сухие неразбавлен­ные продукты сгорания (при а - 1,0) не должно превышать на выходе из камеры горения 0,05 об. % ив контролируемом сечении за видимой длиной факела при температуре продуктов сгорания не более 1 400 °С.

Содержание оксида углерода в продуктах сгорания для горелок, предназначенных для соответствующих котлов, предельные нор­мы концентраций оксида азота (NO) в продуктах сгорания для газогорелочных устройств различных по назначению и кострук-тивному оформлению теплотехнологических агрегатов, соотноше­ние между единицами измерения концентрации NO регламенти­руются стандартами.

Требования надежности. Средний ресурс горелок до капиталь­ного ремонта (для ремонтопригодных горелок) и до списания (для неремонтнопригодных горелок) должен быть по жаростойко­сти не менее 18 000 ч. Электрические элементы автоматики долж­ны в условиях, близких к эксплуатационным, при напряжении, равном 110% номинального значения, выдерживать не менее 100 000 циклов включения и выключения.

Вероятность безотказной работы устройства контроля пламе­ни— не менее 0,92 за 2000 ч.

 

5. Диффузионные горелки

Особенностью диффузионных горелок является наличие в их конструкции элементов только для подвода газа и его истече­ния из выходных отверстий. Для горения газа используется воз­дух, который либо подсасывается в агрегат через неплотности конструкций, либо нагнетается в печной объем с технологичес­кой целью.

Диффузионные горелки (рис.3) наиболее простые. Газ выте­кает из отверстия, процессы смешения его с воздухом и горение протекают одновременно по диффузионному принципу. Недостат­ки — длинное низкотемпературное пламя, коптящее при исполь­зовании углеводородных газов, химическая неполнота горения, особенно при сжигании высококалорийных газов. Преимущества — простота конструкции и небольшая себестоимость

6. Горелки без предварительного смешения

В горелках без предварительного смешения газ и воздух смеши­ваются вне пределов горелки и сгорают в растянутом диффузион­ном факеле. Основные их достоинства следующие:

• весьма высокие пределы регулирования, так как исключена
возможность проскока пламени внутрь горелки;

• достаточно высокая температура подогрева газа и воздуха, пода­ваемых через горелку, так как она ограничена лишь стойкостью под­
водящих трубопроводов и опасностью термического разложения газа;

• удаление области высоких температур от кладки и примыка­ющих к рабочему пространству печи металлических частей горелки повышает стойкость горелки и горелочного камня, особенно
при сжигании газа с высокой теплотой сгорания;

• отсутствие внутреннего смешения позволяет значительно
уменьшить габаритные размеры и создать горелки весьма высокой
тепловой мощности;

• быстрый и простой переход от работы на газе с одной теплотой сгорания к работе на газе с другой теплотой сгорания или от
газового к жидкому топливу, а также обеспечение устойчивой работы при колебаниях теплоты сгорания газа и температуры подогрева компонентов сгорания.

Горелки без предварительного смешения имеют и ряд недо­статков:

•необходимо подавать воздух с помощью вентиляторов через
систему воздухопроводов, затрачивая на это соответствующие ка­питаловложения и электроэнергию;

• необходимо регулировать соотношение газа и воздуха;

• несовершенство смешения газа и воздуха приводит к необхо­димости работать с повышенным коэффициентом избытка возду­ха, что связано с некоторым снижением калориметрической тем­пературы и повышением расхода топлива.

7. Горелки с улучшенным смешением

Улучшения смешения газа и воздуха в горелках достигают сле­дующим образом:

• увеличение пути перемешивания и продолжительности кон­
такта газа и воздуха внутри горелки;

• разделение потока газа и (или) воздуха на мелкие струи;

• направление потоков газа и воздуха под углом друг к другу;

• закручивание потоков газа и (или) воздуха.

В результате улучшения смешения в этих горелках удается полу­чить более короткий и высокотемпературный факел, чем в горел­ках без предварительного смешения, и снизить коэффициент из­бытка воздуха. Кроме того, в горелках с улучшенным смешением при соответствующем конструктивном устройстве можно получить факел заданной формы и с необходимыми характеристиками.

Горелки с улучшенным смешением в основном имеют те же достоинства и недостатки, что и горелки без предварительного смешения. Горелки с улучшенным смешением имеют меньшие пределы регулирования, так как в них возникает некоторая опас­ность проскока пламени внутрь горелки. При сжигании газов с высокой теплотой сгорания зона высоких температур располагает­ся ближе к горелке, что снижает ее стойкость и стойкость горелочного камня. Поэтому применение горелок с улучшенным смеше­нием оправдано только тогда, когда используются особые свой­ства получаемого в них факела.

8. Горелки с регулируемым и предварительным смешением

По аналогии с горелками с улучшенным смешением в горелках с регулируемым смешением подготовка горючей смеси осуществ­ляется за счет регулирования взаимодействия потоков газа и воз­духа в устье горелки.

Горелки с предварительным смешением обеспечивают образо­вание внутри горелки полностью подготовленной газовоздушной смеси, которая сгорает при выходе из горелки или внутри горелки в коротком и высокотемпературном факеле.

Наиболее распространенными горелками с полным предвари­тельным смешением являются инжекционные, в которых газ вы­сокого давления подсасывает воздух, причем соотношение «газ — воздух» сохраняется при изменении давления газа, т.е. при изме­нении количества газа, проходящего через горелку. Основным до­стоинством инжекционных горелок является то, что они обеспе­чивают полное сгорание при коэффициенте избытка воздуха, близ­ком к единице, и не требуют специальных устройств для подачи и регулирования количества воздуха.

Применение горелок с полным предварительным смешени­ем обеспечивает сжигание газа в коротком факеле с коэффици­ентом избытка воздуха, близким к единице, что дает возмож­ность получить вблизи горелки зону достаточно высоких темпе­ратур.

Однако инжекционные горелки имеют ряд существенных недо­статков:

• сравнительно низкие пределы регулирования вследствие опа­сности проникновения пламени внутрь горелки;

• тяжелые условия работы горелочного туннеля и прилегающих
к нему частей горелки из-за концентрированного высокотемпературного сгорания;

• сравнительно большие габаритные размеры горелок из-за не­обходимости организовать хорошее смешение газа и воздуха внутри горелки.

Эти недостатки более ощутимы с повышением тепловой мощ­ности горелки. Поэтому на крупных инжекционных горелках при­меняют водяное охлаждение носиков, чтобы облегчить условия их работы и снизить опасность проникновения пламени в горелку.

К недостаткам инжекционных горелок также можно отнести:

• необходимость высокого давления газа;

• невозможность работы при высоком и переменном давлении в
камере сгорания;

• трудность перехода с одного вида топлива на другое;

• сложность конструкции и изготовления горелок.

9. Инжекционные горелки

Инжекционные горелки в зависимости от α₁, подразделяются на две группы.

В инжекционных горелках с α₁> 1 (см. рис. 1, б) воздух заса­сывается в горелку за счет кинетической энергии высокоскорост­ного потока газа в количестве, необходимом для полного сгора­ния газа. В таких горелках не требуется подвод вторичного воздуха. Горение осуществляется по кинетическому принципу. Пламя ко­роткое, высокотемпературное. Для них характерны постоянство α₁ независимо от давления газа, низкая устойчивость перед проско­ком и отрывом пламени. Они требуют применения стабилизаторов пламени и широко применяются в печах различного назначения и котлах. Такие горелки предназначены для сжигания природного и искусственных газов, их смесей в нагревательных и термических печах, а также в теплотехнологических установках, в которых не­целесообразна принудительная подача воздуха, и для внепечного нагрева (горелки инфракрасного излучения). Они имеют разнооб­разное конструктивное оформление: прямые и угловые смесите­ли, охлаждаемые водой насадки, пластинчатые и конусные стаби­лизаторы, керамические излучатели и др.

10. Газовые горелки инфракрасного излучения

Газовые горелки инфракрасного излучения характеризуются двумя основными качествами: высокой полнотой сгорания газа и направленной передачей, выделяющейся при сгорании газа теп­лоты в определенном направлении в виде лучистого потока. Этим объясняются их преимущества перед обычными газовыми горел­ками при их использовании в различных отраслях промышленно­сти: для отопления производственных помещений, отдельных ра­бочих мест и открытых площадок; тепловой обработки и сушки различных материалов и изделий; тепловой обработки объектов со сложной конфигурацией поверхности. Независимо от типа газо­вые горелки инфракрасного излучения имеют общие конструк­тивные элементы: сопло, смеситель, корпус, который в отдель­ных конструкциях одновременно является распределительной ка­мерой, излучающую насадку.

В зависимости от типа горелки имеют различные конструктив­ные решения. В некоторых конструкциях несколько элементов ком­понуются в одной детали. Одним из основных элементов газовых горелок является излучающая насадка. По виду излучающей насадки существующие горелки подразделяются на три основные группы:

• с керамической излучающей насадкой;

• металлокерамической излучающей насадкой;

• металлической излучающей насадкой.

Основные технические требования к конструированию горелок инфракрасного излучения определяются ГОСТ 25696—83 «Горел­ки газовые инфракрасного излучения. Основные технические тре­бования и правила приемки».

Требование по полноте сгорания газа допускает наличие СО в не­разбавленных продуктах сгорания (α = 1) не более 0,02 об. % (250 мг/м³). Содержание оксидов азота NO_X в сухих неразбавленных продуктах сго­рания не более 40 мг/м³ для горелок с удельной тепловой мощностью до 25 Вт/см²; 60 мг/м³ — до 50 Вт/см² и 100 мг/м³ — до 125 Вт/см².

Количество теплоты, передаваемое излучением, составляет не менее 35 % от общей тепловой мощности при номинальном режи­ме работы.

11. Горелки частичного предварительного смешения

В горелках частичного предварительного смешения осуществля­ется хорошее перемешивание газа с частью необходимого для сго­рания воздуха (первичного воздуха), дополнительная подача ос­тального воздуха (вторичного) к корню факела за счет разрежения в топке, вентиляторного дутья или непосредственно из атмосфе­ры. Горелки данного типа, часто применяемые в бытовых газовых приборах и небольших нагревательных установках, обычно назы­ваются атмосферными.

Атмосферные горелки работают при низком давлении газа и устойчивы против проскока пламени в смеситель, так как смесь, получаемая в горелке, лежит вне пределов воспламенения (а < 0,6). Их конструктивные и технические характеристики приводятся в справочниках и каталогах фирм-производителей.

В бытовых газовых плитах применяются инжекционные горелки с предварительным смешением газа с частью воздуха. Горелки имеют торцевой шибер для регулирования первичного воздуха, раструб конфузора и вставной распределитель с центральным ка­налом для двухстороннего подвода вторичного воздуха. В унифици­рованных газовых плитах применяют вертикальные горелки, в ко­торых колпачок, диффузор и сопло размещены на одной верти­кальной оси. Для обеспечения полноты сжигания газа использует­ся огневой насадок — распределитель горелки, значительно улу­чшающий подвод вторичного воздуха к факелам и предотвраща­ющий слияние языков пламени.

12. Блочные автоматизированные газогорелочные устройства

В настоящее время эти устройства широко применяются в боль­шой и малой энергетике для отопления разнообразных по назна­чению и тепловой мощности котлов, а в промышленности — в ос­новном в термических и нагревательных печах малой и средней тепловой мощности для нагрева металла для термообработки, под ковку и горячую штамповку. В сельском хозяйстве автоматизированные газовые горелки применяются в зерносушилках и агрегатах для получения травяной муки.

Автоматизированные газогорелочных блоки являются по сути энергетическими машинами. В автоматических горелках выполняются следующие операции: пуск по программе в зависи­мости от мощности горелки (включая продувку камеры горения, рабочего пространства котла, печи и их дымоходов), перевод в рабочее состояние, регулирование тепловой мощности, контроль параметров безопасности горелки и теплотехнологической уста­новки, отключение при недопустимых отклонениях контролиру­емых параметров.

На рис. показана конструкция автоматизированной блочной горелки мощностью 18...50 кВт, предназначенной для бытовых потребителей (напольных водогрейных котлов и генераторов горя-

Рис. Общий вид автоматизированной блочной горелки фирмы Benton, Швеция, мощностью 12...50 кВт, для бытовых потребителей:

/ — кнопка сброса; 2 — блок управления горелки; 3 — трансформатор; 4 — фиксирующий фланец; 5— соединительная деталь мультиблока; 6 — ионизаци­онный электрод; 7 — внутренняя сборка; 8 — диск рассекателя; 9 — труба горел­ки; 10 — запальный электрод; // — воздушная заслонка; 12 — фронтальная часть кожуха вентилятора; 13 — задняя часть кожуха вентилятора; 14 — выключатель давления воздуха; /J — экранизирующая часть кожуха вентилятора; 16 — крыль­чатка вентилятора; 17 — регулятор подачи воздуха; 18 — регулятор внутренней сборки; 19 — мотор горелки; 20 — электроподключение