Давление газа на горелке

Инжекционные газовые горелки низкого и среднего давления

Инжекционная газовая горелка низкого давления по принципу организации смешения газа с воздухом относится к газовым горелкам с частичным предварительным смешением.

Струя газа в горелке под давлением выходит из сопла (1) с большой скоростью и за счет своей энергии захватывает в конфузоре (2) воздух, увлекая его внутрь горелки. Смешение газа с воздухом происходит в смесителе, состоящем из конфузора (2), горловины (3) и диффузора (4). Разрежение, создаваемое инжектором, возрастает с увеличением давления газа в горелке, и при этом изменяется количество подсасываемого первичного воздуха (от 30 до 70%), необходимого для полного сгорания газа. Количество воздуха, поступающего в газовую горелку, можно изменять при помощи регулятора (6) первичного воздуха, представляющего собой шайбу, вращающуюся на резьбе. При вращении регулятора изменяется расстояние между шайбой и конфузором, и таким образом регулируется подача воздуха.

Инжекционная газовая горелка низкого давления:
1 — сопло; 2 — конфузор; 3 — горловина; 4 — диффузор; 5 — огневой насадок; 6 — регулятор первичного воздуха.

Для обеспечения полного сгорания топлива в газовой горелке часть воздуха поступает за счет разрежения в топке. Регулирование расхода вторичного воздуха производится путем изменения разрежения в топке.

Инжекционные горелки низкого давления выполняются огневыми насадками (5) разной формы.

Инжекционные газовые горелки обладают свойством саморегулирования, т.е. возможностью обеспечения постоянства соотношения между количеством поступающего в горелку газа и количеством подсасываемого ими первичного воздуха. При этом, если подача воздуха в горелку при помощи шайбы отрегулирована по цвету пламени или показанию газоанализатора на полное сгорание газа и газовая горелка работает спокойно без шума, то дальнейшее изменение ее нагрузки можно проводить, увеличивая или уменьшая только расход газа, не меняя положения воздушной шайбы.

Изменяя режим работы газовой горелки, необходимо следить за устойчивостью ее пламени, так как на характер горения газа влияют не только количество подаваемого в нее первичного воздуха, но и количество вторичного воздуха, поступающего в топку.

Инжекционная горелка среднего давления ИГК конструкции Ф.Ф.Казанцева относится к горелкам с полным предварительным смешением и устойчиво работает при давлении газа 2. 60 кПа (200. 6 000 мм вод. ст.).

Газ, поступающий в газовую горелку через газовое сопло (4), инжектирует воздух в необходимом для сжигания количестве. В смесителе (2), состоящем из конфузора, горловины и диффузора, осуществляется полное перемешивание газа с воздухом.

Инжекционная горелка ИГК среднего давления конструкции Ф. Ф. Казанцева:
1 — пластинчатый стабилизатор горения; 2 — смеситель; 3 — регулятор подачи воздуха; 4 — газовое сопло; 5 — гляделка.

В конце диффузора в газовой горелке установлен пластинчатый стабилизатор (1), который обеспечивает устойчивую работу горелок без отрыва и проскока пламени в широком диапазоне нагрузок. Стабилизатор горения состоит из тонких стальных пластин, расположенных на расстоянии примерно 1,5 мм одна от другой. Пластины стабилизатора стянуты между собой стальными стержнями, которые на пути движения газовоздушной смеси создают зону обратных токов горячих продуктов горения, за счет теплоты которых происходит непрерывное поджигание газовоздушной смеси. Фронт пламени удерживается на определенном расстоянии от устья горелки.

Регулирование подачи воздуха производится с помощью регулятора (3). На внутренней его поверхности укреплен клеем шумопоглощающий материал. В регуляторе выполнено смотровое окно — гляделка (5) для наблюдения за целостностью стабилизатора.

К недостаткам инжекционных горелок относятся:

• значительные габариты горелок по длине, особенно горелок увеличенной производительности (например, горелка ИГК-250-00 номинальной производительностью 135 м3/ч имеет длину 1 914 мм);
• высокий уровень шума у инжекционных горелок среднего давления при истечении газовой струи и инжектировании воздуха;
• зависимость поступления вторичного воздуха от разрежения в топке (для инжекционных горелок низкого давления), плохие условия смесеобразования в топке, приводящие к необходимости увеличения общего коэффициента избытка воздуха до 1,3. 1,5 и даже выше для обеспечения полного сгорания топлива.

Классификация газовых горелок

1. По способу смешивания газа с воздухом горелки подразделяются на три группы:

· Горелки без предварительного смешивания газа с воздухом, газ и воздух подаются в топку (зону горения) раздельно – диффузионные горелки.

· Газовые горелки, в которых происходит частичное смешивание газа с воздухом. В этих горелках газ с воздухом смешивается как в горелке, так и в рабочем пространстве топки, происходит это одновременно с процессом горения – инжекционные горелки низкого давления.

· Горелки полного смешивания, внутри которых происходит перемешивание газа с воздухом, т.е. предварительная переработка газовоздушной смеси до выхода её из горелки в зону горения – инжекционные горелки среднего давления и смесительные.

· Низкого давления (газ до 500 мм в.ст., воздух до 100 мм в.ст.);

· Среднего давления (газ 500-15000мм в.ст., воздух 100-300 мм в.ст.)

4. В зависимости от истечения газовоздушной смеси:

· Однофакельные – в которых смесь выходит через одно отверстие;

· Многофакельные – смесь выходит через большое количество отверстий.

У диффузионных горелок (атмосферные), газ и воздух поступает в топку раздельно и смесеобразование происходит за счет диффузии (медленного проникновения одного вещества в другое) при их соприкосновении. Они представляют собой заглушенный в торце отрезок трубы диаметром 50-70 мм, возле которого просверлено два ряда отверстий в шахматном порядке диаметром 0,5-3мм, с расстоянием (шагом) 4-16 диаметр отверст. Ряды отверстий расположены под углом 60-120 о . Количество отверстий зависит от производительности линии.

Воздух поступает в топку из окружающего пространства вследствие разряжения, создаваемого дымовой трубой и инжектирующего действия газовой струи. Газ поступает под давлением внутрь горелки, выходит через горелочные отверстия в топку, смешивается с окружающим воздухом и сгорает в виде отдельных маленьких факелов. При небольшой тепловой нагрузке струйки газа подсасывают к себе со всех сторон воздух и, перемешиваясь с ним, быстро сгорают синеголубым светящимся пламенем. Такая горелка может работать при давлении газа 30-120 мм в.ст. с К(коэффициент избытка воздуха) 1,2-1,6.

Производительность горелок 1-10 м 3 /час, есть до 100 м 3 /час, но это не выгодно. Горелки могут работать и на среднем давлении газа до 3000 мм.в.ст.

Диффузионные горелки просты по конструкции, имеют небольшие габариты, просты в обслуживании, имеют устойчивое пламя при переменных нагрузках, просты в регулировании путем изменения подачи газа, исключают проскок пламени.

Диффузное горение – это горение, при котором отсутствует предварительное смешивание газа с воздухом. Это горение достаточно устойчиво при следующих условиях:

1. Если скорость истечения струи газа не превышает заданного предела.

2. Если отсутствуют потоки воздуха, способные сорвать горение струи газа.

Недостаток– большой избыток воздуха, факел длинный и требует большой высоты топки.

В топке необходимо постоянно поддерживать сравнительно высокое разряжение, это требует тщательной обмуровки всего котла.

Горелки, в которых образование газовоздушной смеси происходит за счет струи газа (частичного предварительного неполного смешивания). Основной элемент инжекционной горелки – инжектор, подсасывающий воздух из окружающего пространства во внутрь горелки.

В зависимости от количества подаваемого воздуха горелки могут быть:

· Полного предварительного смешивания газа с воздухом;

· Неполной инжекции воздуха.

В этих горелках первичный воздух подсасывается за счет инжекции газа, выходящего из сопла. Для улучшения инжекции горелка имеет суживающуюся часть КОНФУЗОР (горловина) и расширенную цилиндрическую ДИФФУЗОР. В диффузоре скорость падает, а давление увеличивается. Из диффузора газовоздушная смесь поступает в горелочную насадку, а оттуда через отверстие 3-6 мм выходит в топку в виде небольших факелов. Регулирование подачи первичного воздуха происходит вращением регулировочной шайбы, т.е. регулируется степень открытия воздушного зазора. Вторичный воздух подается через поддувальные дверцы, которые так же регулируются степенью открытия.

При нормальной работе горелок и полном сгорании газа, образуется голубовато-фиолетовый факел.

При недостатке первичного воздуха, скорость горения уменьшается, пламя вытягивается, цвет пламени становится желто-соломенным.

При чрезмерном увеличении подачи первичного воздуха, в горелке появляется сильный шум и возможен отрыв пламени. Оператор должен умело регулировать подачу первичного и вторичного воздуха, ориентируясь по цвету пламени.

Достоинства саморегулируется, не требуется устройств для подачи воздуха.

Недостаток сильный шум и неустойчивость работы при малых нагрузках.

Принцип работы этой горелки заключается в том, что газ из газопровода поступает с избыточным давлением в сопло горелки. При выходе из сопла скорость его увеличивается, а давление падает. Струя газа с большой скоростью входит в инжектор, образуя вокруг себя разряжение и тем самым засасывает с атмосферы первичный воздух.

Горелка с принудительной подачей воздуха

Эти горелки имеют неограниченную область применения. Расход газа от нескольких м 3 до 5000 и более. У этих горелок процесс образования газовоздушной смеси начинается в самой горелке и заканчивается в топке. Газ сгорает коротким, несветящим пламенем.

Воздух, необходимый для горения, подается принудительно с помощью вентилятора. Подача газа и воздуха проводится по отдельным трубам, поэтому горелки называются двухпроводными или смесительными,т. к. в них происходит полное перемешивание газовоздушной смеси. Эти горелки работают на низком и среднем давлении. Газ с давлением до 1200Па поступает в сопло 1 и выходит из него через 8 отверстий, диаметром 4,5 мм. Отверстия расположены под углом 30 о к оси горелки, в корпусе 2, горелки, устроены специальные лопатки, придающие потоку воздуха вращательные движения. Таким образом, газ в виде мелких струек пересекается с закрученным потоком воздуха и создается хорошо перемешенная газовоздушная смесь. Горелка заканчивается керамическим тоннелем 4 имеющим запальные отверстия.

Достоинства: широкий диапазон автоматического регулирования, возможность сжигания большого количества газа, предварительный прогрев воздуха, горелка работает с минимальным коэффициентом избытка воздуха.

Недостаток: затраты электрической энергии на работу вентилятора.

Газовые горелки

Классификация и типы газовых горелок

Газовые горелки — теплогенерирующие устройства, служащие для превращения химической энергии газообразного топлива в тепловую, для образования горючей газовоздушной смеси и обеспечения ее равномерного сгорания.

В зависимости от способа смешения газа с воздухом горелки подразделяются на две основные группы: внешнего смешения (диффузионные) и внутреннего смешения (инжекционные).

Наряду с горелками, предназначенными только для сжигания газа, существуют еще комбинированные горелки для различных видов топлива (твердого, жидкого, газообразного).

Диффузионные горелки (рис. 15.2, а, б) бывают с естественной и искусственной (принудительной) подачей воздуха. В первых воздух подается из окружающей среды, а во вторых — вентилятором. В этих горелках газ смешивается с воздухом в камере сгорания за счет диффузии. Газ, выходящий из отверстия горелки, создает разрежение и способствует поступлению воздуха из окружающей среды. Строение пламени представляет собой конус в виде удлиненного факела. Смешение газа с воздухом происходит на поверхности факела, а внутри факела находится газ (практически чистый углерод), не участвующий в процессе горения. При этом во время сгорания образуется высокое пламя соломенного цвета, которое горит с потрескиванием и с проблесками. Происходит химическая неполнота сгорания газа, меньше выделяется тепла, больше — вредных веществ. Длинный факел требует определенной высоты камеры сгорания. Поэтому диффузионные горелки практически не применяются.

Инжекционные горелки (рис. 15.2, в, г) являются горелками внутреннего смешивания с естественной и принудительной подачей воздуха. В них воздух засасывается (инжектируется) из атмосферы струей газа, вытекающего из сопла, перед которым он имеет определен-

Рис. 15.2. Принципиальные схемы газовых диффузионных и инжекционных

а — диффузионная горелка с естественной подачей воздуха в камеру; б — диффузионная горелка с принудительной подачей воздуха в горелку; в — инжекци- онная факельная горелка; г — инжекционная беспламенная горелка

ное давление. Газ с избыточным давлением (1,0—1,5 кПа) выходит из сопла в смеситель, подсасывает в него определенное количество воздуха из окружающей среды и смешивается с ним. Подсасываемый воздух называется первичным и его количество составляет от 30 до 70 % необходимого для полного сгорания газа. Недостающее количество воздуха, так называемый вторичный воздух, поступает в камеру сгорания вследствие разрежения в ней.

Преимущество инжекционных газовых горелок в простоте изготовления и обслуживания. Они не требуют дополнительного расхода энергии для подачи воздуха, пламя у них сравнительно более короткое, а температура горения газа более высокая, чем у диффузионных горелок. Это позволяет применять их для обогрева наплитной посуды открытым пламенем. К достоинствам инжекционных горелок можно отнести способность сохранять пропорциональность газа и воздуха при изменении подачи газа в горелку. Инжекционные горелки работают с высоким КПД как при изменении давления газа в сети, так и при регулировании теплового режима.

Количество первичного воздуха зависит от давления газа, поступающего к соплу: если давление газа растет, то и количество первичного воздуха возрастает; оно может оказаться достаточным для полного сгорания топлива, и поступления вторичного воздуха не потребуется. Это имеет место в беспламенных инжекционных горелках (рис. 15.2, г), в которых горение протекает без видимого пламени.

Устройство инжекционной газовой горелки. Горелка (рис. 15.2, в) состоит из следующих основных частей: газового сопла 1, смесительной трубки, в свою очередь состоящей из смесителя-инжектора 2; цилиндрической части 3 диффузора 4 насадки 5 и регулятора подачи первичного воздуха 6.

Газовое сопло характеризуется размером диаметра, который должен быть в строгом соответствии с расчетными данными, так как от диаметра зависит тепловая производительность горелки. Диаметр сопла придает вытекающей струе газа определенную форму и направление. На выходе из сопла потенциальная энергия (статическое давление) газа переходит в кинетическую энергию. Чем больше кинетическая энергия газа на выходе из сопла, тем больше разрежение в смесителе-инжекторе и доля первичного воздуха.

Смеситель-инжектор горелки, выполненный в виде конуса, служит для смешивания газа с первичным воздухом, т. е. для получения однородной газовоздушной смеси. Сужение конуса способствует ускорению газовой струи, вытекающей из сопла, что обеспечивает устойчивый подсос первичного воздуха.

Цилиндрическая часть горелки служит для смешивания потоков и выравнивания скоростей движения газа и воздуха.

Диффузор предназначен для перехода кинетической энергии смеси в статическое давление, что необходимо для преодоления сопротивления на выходе из насадки.

Регулятор подачи первичного воздуха (воздушно-регулировочная шайба) позволяет изменять количество первичного воздуха, поступающего в смеситель-инжектор.

Насадка горелки предназначена для равномерной подачи газовоздушной смеси к выходным отверстиям. Насадка может иметь различную форму; ее конфигурация, как правило, соответствует форме обогреваемой поверхности или размерам топки, что в основном и определяет название горелки (трубчатые, факельные, кольцевые, конфорочные и беспламенные).

У трубчатой горелки насадка в виде трубки с отверстиями. Применяется, например, у горелок жарочных шкафов бытовых плит. У кольцевых (разновидность трубчатых) горелок трубчатая насадка в виде окружности с радиальными ответвлениями, например у кипятильников и водонагревателей. Расположение отверстий по окружности насадки позволяет равномерно распределить тепло в объеме топки, а большое количество отверстий дает возможность получения факела малой высоты.

Факельные горелки имеют насадку в виде цилиндрической трубки с конусом на конце, применяются для газификации твердотопливных плит. Конфорочные горелки (с рассекателем для инжекции вторичного воздуха) применяются для обогрева конфорок бытовых плит.

Все более широко применяются беспламенные инжекционные горелки (рис. 15.3), у которых в отличие от факельных газ сгорает тонким слоем на поверхности излучающей насадки (без видимого факела). Такое сжигание возможно благодаря тому, что в качестве первичного воздуха у беспламенных горелок инжектируется весь воздух, необходимый для сгорания газа.

Внутри насадки расположены керамические огнеупорные плитки с большим количеством цилиндрических каналов малого диаметра. Полностью подготовленная газовоздушная смесь

Рис. 15.3. Газовые беспламенные инжекционные горелки:

/ — регулятор воздуха; 2 — смеситель; 3 — насадка; 4 — стабилизатор горения; а — блок, состоящий из двух горелок для закрытой конфорки; б — горелка для открытой конфорки; в — верхняя горелка жарочного шкафа; г — конфорочная горелка для бытовых плит с небольшим давлением и небольшой скоростью проходит через керамическую насадку и сгорает на ее поверхности тонким слоем. При этом, когда керамическая плитка нагревается до высокой температуры, она становится источником инфракрасного излучения.

В беспламенных горелках вместо керамических насадок могут использоваться насадки из металлической сетки, выполненной из жаропрочного металла, например нихрома.

Преимуществами таких горелок по сравнению с факельными являются лучшее сгорание газа, меньшее выделение вредных веществ и возможность установки в камерах сгорания малой высоты. Недостатки: высокая чувствительность к изменениям параметров горючего газа и потеря устойчивости в процессе работы при изменении давления газа перед соплом.

В комбинированных горелках возможно поочередное сжигание нескольких видов топлива. Существуют горелки, рассчитанные на сжигание всех трех видов топлива — твердого, жидкого и газообразного. Более широкое распространение получили пылегазовые (мелкоизмельченное твердое топливо) и газомазутные горелки. Некоторые конструкции комбинированных горелок допускают совместное сжигание двух видов топлива.