Газогорелочные устройства

Классификация газогорелочных устройств (ГГУ). Классификация и требования к горелкам, согласно ГОСТ 21204-97 «Горелки газовые промышленные. Общие технические требования» проводится по 10 характеристикам:

способу подачи компонентов;

степени подготовки горючей смеси;

скорости истечения продуктов сгорания;

характеру потока, истекающего из горелки;

номинальному давлению газа перед горелкой;

возможности регулирования характеристик факела;

необходимости регулирования коэффициента избытка воздуха;

локализации зоны горения;

возможности утилизации тепла продуктов сгорания;

степени автоматизации.

Способ подачи компонентов. Подача воздуха за счет свободной конвекции; подача воздуха за счет разрежения в рабочем пространстве; инжекция воздуха газом; принудительная подача воздуха от встроенного вентилятора (блочные горелки); принудительная подача воздуха за счет давления газа; инжекция газа воздухом (принудительная подача воздуха, инжектирующего газ); принудительная подача газовоздушной смеси от постороннего источника.

Степень подготовки горючей смеси. Без предварительного смешения (диффузионные); с неполным предварительным смешением (диффузионно-кинетические); с полным предварительным смешением (кинетические).

Скорость истечения продуктов сгорания на номинальном режиме при рабочей температуре, м/с; до 20 (низкая), от 20 до 70 (средняя), свыше 70 (высокая).

Характер потока, выходящего из кратера горелки. Прямоточный, закрученный неразомкнутый, закрученный разомкнутый.

Давление газа перед горелкой. Низкое (до 5 кПа), среднее (до критический перепад давлений) и высокое (критический и сверхкритический перепад давлений).

Характеристика регулирования факела ГГУ. С нерегулируемым факелом, с регулируемыми характеристиками факела.

Возможность регулирования коэффициента избытка воздуха ( a). Регулируемый (переменный) и нерегулируемый.

Характер зоны горения. В огнеупорном туннеле; в камере сгорания горелки; на поверхности или в слое катализатора; в зернистой огнеупорной массе; на огнеупорной поверхности; на керамических или металлических насадках; в камере сгорания агрегата или в открытом пространстве.

Характер предварительной подготовки газа и воздуха. Без подогрева воздуха и газа; с подогревом воздуха в автономном теплообменнике; с подогревом воздуха во встроенном теплообменнике.

Степень автоматизации. С ручным управлением, полуавтоматические, автоматические.

Широко используется в практике более удобная и простая классификации ГГУ по способу подачи компонентов в горелку и их количеству:

диффузионные (широко применялись и применябтся до настоящего времени. Были первыми массовыми горелками при переоборудовании и оборудовании котлов тепловой мощностью от 0,1 до 7,0 МВт), которые подразделяются:

с естественной подачей воздуха;

с принудительной подачей воздуха;

инжекционные:

с коэффициентом избытка первичного воздуха (a¹) меньше 0,4;

с коэффициентом избытка 0,4<a¹<0,8;

инжекционные с полным предварительным смешением, a¹>l;

смесительные с принудительной подачей воздуха (дутьевые):

прямоточные;

вихревые.

Кроме того все горелки в зависимости от давления газа поступающего, поступающего в них делятся на:

низкого, среднего и высокого давления.

Инжекционные горелки также делятся на:

многофакельные и однофакельные.

Диффузионные горелки. Подовые горизонтально-щелевые многофакельные горелки низкого давления без принудительной подачи воздуха. До 90 % секционных котлов до настоящего времени оборудованы подовыми горизонтально-щелевыми горелками.

Подовая однорядная (двухрядная) горелка состоит из газового коллектора, выполненного из стальной трубы диаметром 50 мм с двумя рядами отверстий, расположенных в шахматном порядке. Щель выполняется из огнеупорного кирпича и служит стабилизатором горения. Ширина щели в зависимости от модификации колеблется от 90 до 120 мм. При тщательной наладке температура газового коллектора не превышает 350 °С.

Минимальное допустимое разрежение в топке на высоте 1 м над горелкой 15-20 Па, коэффициент избытка воздуха а, обеспечивающий отсутствие продуктов химической неполноты сгорания, 1,25-1,35. Горелки требуют достаточной высоты топки, так как длина факела может достигать 1500 мм при работе в номинальном режиме.

Потери тепла с уходящими газами составляли 11,3-15,2 %. При отсутствие q ₃ КПД секционных котлов достигал 80 %, при 50 % тепловой нагрузке он снижается до 73-75 %. При длительном межналадочном периоде возможно более значительное снижение КПД и появление значительной химической неполноты сгорания (до 2-6 %) и увеличение потерь с уходящими газами из-за значительного загрязнения сажей поверхностей нагрева (Т_ух=320-350 °С и более).

Широкое применение объясняется определенными достоинствами горелок - их простота, дешевизна, надежность, широкий диапазон регулирования, устойчивость в работе, бесшумность.

Диффузионные подовые горелки с принудительной подачей воздуха более эффективны и надежны. В основном такими горелками оборудуются котлы типа ТВГ.

На кафедре «теплогазоснабжения и охраны воздушного бассейна» СПбГАСУ была разработана модернизированная диффузионная горелка с принудительной подачей воздуха, которая была оборудована современной системой автоматики регулирования и безопасности. Горелка предназначена для установки на секционных котлах типа «Энергия», «Универсал», «Тула».

Энергоэкологические показатели горелки весьма высоки. Так КПД котла в номинальном режиме достигал 92,1%, удельный расход топлива 157,2 кг у.т./Гкал. Температура газов за котлом снизилась со 185 до 133 °С. Полностью отсутствовали продукты незаверешшого горения и почти на 10 % снизились выбросы оксидов азота.

Групповые (многофакельные) инжекционные горелки низкого давления с a¹ » 0,4 конструкции Ленгипроижпроекта. Предназначены для установки на чугунных котлах типа «Универсал», МГ-2Т, «Энергия», «Тула» и т. п. Горелка состоит из коллектора, к которому приварены патрубки, имеющие с торца по три сопла. На каждый патрубок крепится смеситель. В верхней части смесителя встроены кольцевой стабилизатор и крышка со щелевыми отверстиями. Расстояние между смесителями S = 230 мм, длина смесителя не более 240 мм.

Вторичный воздух поступает к корню факела через щели между шамотными кирпичами, выложенными в виде гнезд на колосниковую решетку. Диапазон устойчивости работы горелок низкого давления 400-2000 Па, номинальное давление 1000 Па. Горелки не получили широкого распространения из-за ненадежности работы.

Инжекционные однофакельные горелки среднего давления полного предварительного смешения (типа ИГК конструкции МосгазНИИпроекта). Работают без химической неполноты сгорания с a¹ = l,03-l,05, что обеспечивает высокие экономические показатели работы котлов тепловой мощностью до 1 МВт. Горелка ИГК имеет классическую форму инжекционных горелок с центральным газовым соплом 4 (рис. 2.1).

Отличительной особенностью горелки является пластинчатый стабилизатор 1, состоящий из пластин толщиной 0,5 и шириной 16 мм, скрепленных между собой стержнями 6 на расстоянии 1,4-1,6 мм. В результате обеспечивается стабилизация горения, как в области отрыва, так и проскока пламени, что в свою очередь гарантирует широкий диапазон устойчивого регулирования

мощности горелки.

Рис. 2.1. Инжекционная горелка среднего давления типа ИГК.1 - стабилизатор; 2 - насадок: 3 - конфузор; 4 - сопло; 5 - регулятор первичного воздуха с глушителем из войлока; 6 - стержень; 7 - пластины стабилизатора.

Горелки ИГК рекомендуется устанавливать в нижней части топки секционного котла. На котел устанавливается от одной до трех горелок. Горелки ИГК имеют одно или четыре сопла. Позднее были разработаны модернизированные горелки ИГК-М, имеющие меньшие размеры и массу при той же производительности. Широкое распространение горелки ИГК получили при оборудовании секционных котлов тепловой мощностью до 1 МВт в средней полосе России. Основным недостатком горелок является высокий уровень шума и большие габариты.

Блочные инжекционные горелки среднего давления с периферийной выдачей газа (типа БИГ). Разработаны Промэнергогазом для установки на котлах малой и средней мощности. Горелка состоит из набора трубок смесителей 3 диаметром 48х3 и длиной 290 мм, объединенных общим газовым коллектором 4, каждый смеситель имеет четыре сопла диаметром 1,5 мм, просверленных под углом 25° к продольной образующей смесителя и раззенкованных со стороны коллектора (рис. 2.2). В качестве стабилизатора горения используется туннель 9 глубиной 100 мм и шириной 60 мм (при однорядном исполнении). Пространство между элементами от коллектора до обреза труб заполняется огнеупорной массой во избежание нагрева от излучения в топке. Расчетный коэффициент избытка воздуха 1,02-1,05 достигается при разрежении в топке не ниже 5-30 Па и давлении газа от 15 кПа до номинального, что в свою очередь обеспечивает полное сгорание газа в коротком прозрачном пламени.

Дутьевые горелки. Вихревые горелки с принудительной подачей воздуха типа ГГВ конструкции МосгазНИНпроекта.

Предназначены для сжигания газа низкого давления в топках котлов и печей. Горелки с центральной выдачей газа, который из газовыпускных отверстий диаметром 3,0-2,0 мм поступает в поток воздуха под углом 90°. Крутка осуществляется завихрителем, лопатки которого приварены к наружной поверхности газовой камеры под углом 45°.

Внутри газовой камеры имеется возможность установки мазутной форсунки с механическим или паровым распылением. Огневой насадок создает пережим потока, что повышает устойчивость горения и снижает зависимость давления газа от давления воздуха.

Рис. 2.2. Компоновка блочной инжекционной горелки среднего давления типа БИГ конструкции Промэнергогаза: 1 - основная горелка; 2 - приставная запальная горелка (БИГ-1-1); 3 - единичный элемент; 4 - газовый коллектор горелки; 5 - подводящий газопровод; 6 - рама для крепления шторок; 7 - шумопоглощающая прокладка; 8 - огнеупорная набивка между смесителями; 9 - туннель; 10 - шторка из прозрачного материала; 11- сопло.

В качестве стабилизатора служит коническая амбразура с углом раскрытия около 60° или цилиндрический туннель с внезапным расширением. Первая, как правило, устраивается при работе горелочного устройства в газомазутном варианте. Модернизированные горелки ГГВ. в свое время прошли государственные испытания.

Дутьевые горелки типа Г-1,0 (0,4). Работают на газе низкого давления с принудительной подачей воздуха и обладают коротким факелом. Газовая часть горелки Г-1,0 состоит из двух труб: основной 11диаметром 70 мм (рис. 2.3) и запальной 12 диаметром 10 мм. Горелка имеет два электрода: один для розжига 6, другой для контроля пламени 10. Для стабилизации пламени запальника на расстоянии 30 мм от его торца установлен стабилизирующий плоский диск 7.

Газ выходит из газовыпускных отверстий, расположенных в три ряда на газовой трубе 11 под углом 90° к потоку воздуха. Первый ряд имеет 18 отверстий диаметром 6,5 мм, второй 18 отверстий диаметром 5,0 и третий 24 отверстия диаметром 3,5 мм. Воздух подается в короб 2 вентилятором среднего давления ВД-2,7 или Ц-14-46, поставляемым в комплекте с горелкой.

Расчетное давление газа при номинальном расходе 100 м³/ч в зависимости от типа котла принимается от 1500 до 2500 Па, воздуха - 1400-1500 Па. Горелка может работать как при разрежении в топке (1-20 Па), так и под наддувом (400-500 Па). Расчетный коэффициент избытка воздуха за котлом a_к = 1,1-1,2.

Кроме горелки и вентилятора в комплект поставки входят индивидуальный дымосос Д-3,5 и комплексная система автоматики АМК-У, обеспечивающая автоматический розжиг котла, безопасность и регулирование тепловой мощности.

Рис. 2.3. Горелка типа Г-1,0 (0,4): 1 - фарфоровая изолирующая трубка; 2 - воздушный короб; 3 - фронтальный лист; 4 - тепловая изоляция фронтального листа; 5 - хомут для крепления электродов; 6 - электрод зажигания; 7 - стабилизирующий плоский диск; 8 - стабилизирующая шайба; 9 - смеситель; 10 - электрод контроля пламени; 11 - основная газовая труба; 12 - запальная труба.

Блок газогорелочный автоматизированный Л1-Н. Предназначен для сжигания газа низкого давления в отопительных водогрейных автоматизированных котлах мощностью до 1 МВт (рис. 2.4). Горелка блока Л1-Н совмещена с вентилятором для подачи воздуха, необходимого для горения. По уровню своей автоматизации может работать без постоянного присутствия обслуживающего персонала в котельной, что позволяет перейти на обслуживание нескольких котельных с одного диспетчерского пункта.

Рис. 2.4. Блок газогорелочный автоматизированный типа Л1-Н: 1 - опорная рама; 2 - электродвигатель; 3 - вентилятор; 4 - корпус горелки; 5 - регулирующая заслонка; 6 - патрубок подвода газа; 7 - плита фронтальная; 8 - конфузор; 9 - резонатор; 10 - завихритель воздуха перфорированный; 11 - чугунный котел «Факел»; 12 - тележка; 13 - направляющая рама.

Блок Л1-Н работает в двух режимах: «малое горение» и «большое горение», при этом мощность составляет соответственно 0,418 и 1,077 МВт, а расход газа 42 и 103 м³/ч. Во всем диапазоне тепловых нагрузок автоматически поддерживается коэффициент избытка воздуха в пределах 1,04-1,05 при полном отсутствии химической неполноты сгорания. Основные технические характеристики и результаты испытаний на природном газе представлены в табл. 2.1.

Таблиа 2.1

Основные технические характеристики газогорелочного автоматизированного блока Л1-Н

Характеристика	Установка горения
«малое»	«большое»
Тепловая мощность, МВт	0,418	1,08
Расход газа, м^3,ч
Расход воздуха, м^3/ч
Давление газа, кПА	0,22	1,45
Давление воздуха на горение, кПА	0,95	0,85
Коэффициент избытка воздуха	1,05	1,04
Диапозон рабочего регулирования по расходу, м^3/ч:
газа	22-42	42-108
воздуха	247-423	423-1085
по давлению, кПА: газа	0,049-0,215	0,215-1,42
воздуха	0,245-0,932	0,098-0,834
Разрежение в топке котла, Па
Длина факела: абсолютная, L м	-	1.0
относительная, L/D	-	4,1
Содержание вредных ингредиентов (при a=1):
NOx, мг/м^3
CO, мг/м^3	следы	следы

Окончание табл. 2.1

Уровень звукового давления, дБ на частотах, Гц октавных полос:
	-
Потери теплоты от химической неполноты сгорания, 5	0,05	отсутствует
Мощность эл. двигателя, кВт	1,1

Автоматизированная блочная горелка типа ГБЛ. Горелки типа ГБЛ-0,45-ГБЛ-2,8 («завод «Старорусприбор») предназначены для экономичного и безопасного сжигания природного газа в отопительных водогрейных и паровых котлах номинальной производительностью от 0,45 до 2,8 МВт, как с разрежением, так с избыточным давлением в топке (рис. 2.5).

Процесс сжигания топлива осуществляется в автоматическом режиме, при позиционном регулировании тестовой мощности горелки с плавным переходом от одного режима на другой по команде датчика температуры воды, а также автоматическом отключении горелки при достижении аварийных значений контролируемых параметров.

Кроме позиционного регулирования горелка обеспечивает следующие операции: пуск в автоматическом режиме с предварительной продувкой топочной камеры и дымоходов; подачу и розжиг газообразного топлива; автоматическое подержание заданной температуры воды на выходе из котла за счет смены режимов работы («малое горение» - «большое горение» и наоборот); автоматическое отключение горелки в аварийных ситуациях.

Техническая характеристика горелок представлена в табл. 2.2.

Таблица 2.2 (В прилож.)

Основные технические показатели

Дата добавления: 2014-11-29