Условия устойчивой работы горелок

Классификация и типы газовых горелок

Газовые горелки — теплогенерирующие устройства, которые служат для превращения химической энергии 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). Различают диффузионные горелки 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), который не участвует 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.

Рис. 15.2. Принципиальные схемы газовых диффузионных и инжекционных горелок:

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

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 определенное 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.

Преимуществом инжекционных газовых горелок является простота в изготовлении и в обслуживании. 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 и 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 (см рис 152, в) состоит из следующих основных частей газового сопла 1, смесительной трубки, которая в свою очередь состоит из смесителя-инжектора 2, цилиндрической части 3, диффузора 4, насадки 5 и регулятора подачи первичного воздуха 6

Газовое сопло 1 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 2 и доля первичного воздуха

Смеситель-инжектор 2 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 3 горелки служит для смешивания потоков и выравнивания скоростей движения газа и воздуха

Диффузор 4 предназначен для перехода кинетической энергии смеси в статическое давление, что необходимо для преодоления сопротивления на выходе из насадки 5

Регулятор подачи первичного воздуха (воздушно-регулировочная шайба) 6 позволяет изменять количество первичного воздуха, поступающего в смеситель-инжектор

Насадка 5 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

В последние годы все более широкое применение находят 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 у беспламенных горелок в качестве первичного воздуха инжектируется весь воздух, необходимый для сгорания газа.

Рис. 15.3. Газовые беспламенные инжекционные горелки:

1 — регулятор воздуха, 2 — смеситель, 3 — насадка, 4 — стабилизатор горения, а — блок, состоящий из двух горелок для закрытой конфорки, б — горелка для открытой конфорки, в — горелка верхняя жарочного шкафа, г — конфорочная горелка для бытовых плит

Внутри насадки расположены керамические огнеупорные плитки с большим количеством цилиндрических каналов малого диаметра. Полностью подготовленная газовоздушная смесь 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 беспламенных горелок — высокая их 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.

Устойчивость горения является существенным фактором, определяющим надежность работы газовых горелок.

В практике сжигания газа часто приходится сталкиваться с нарушением устойчивой работы горелок, вызываемым либо отрывом пламени от насадки горелки, либо проскоком пламени в ее смесительную часть.

Пламя сохраняет устойчивость, т.е. остается неподвижным относительно насадки горелки, в тех случаях, когда в зоне горения устанавливается равновесие между стремлением пламени продвинуться навстречу потоку газовоздушной смеси и стремлением потока отбросить пламя от горелки. Однако такое равновесие наблюдается в очень узком диапазоне скоростей выхода газовоздушной смеси из горелки.

Отрыв пламени возникает, когда скорость истечения газовоздушной смеси превосходит скорость распространения пламени, и оно, отрываясь от горелки, полностью или частично гаснет. Отрыв пламени может происходить при розжиге или выключении горелок, а во время работы — из-за быстрого изменения нагрузки или при чрезмерном увеличении разрежения в топке и может иметь место у всех типов горелок.

Отрыв пламени может привести к загазованности топки и газоходов, а также к накоплению в помещении газов. Это может повлечь за собой взрыв в топочной камере или в газоходах с последующими серьезными разрушениями.

Проскок пламени (обратный удар) — это проникновение пламени внутрь горелки. Имеет место, когда скорость истечения газовоздушной смеси из горелки меньше скорости распространения пламени. Чаще всего проскок происходит при неправильном зажигании и выключении горелки, а также при быстром снижении ее производительности. В результате проскока может произойти перегрев горелки или "хлопок" внутри нее, а также прекращение горения и загазованность помещения. Проскок пламени может быть только у инжекционных горелок.

Таким образом, область устойчивого горения газа в горелке располагается между кривыми проскока и отрыва.

"Хлопок" — это мгновенное сгорание оставшейся после выключения в смесителе газовоздушной смеси, движение которой прекратилось в момент прекращения подачи газа. "Хлопок" вредно влияет на состояние газовых горелок, нарушает герметичность соединений газопровода и в особенности крана, перекрывающего доступ газа к горелке.

Отсутствие стандартов на газовые горелки делает необходимым оценивать их качество по определенным предъявляемым к ним требованиям, которые сводятся к следующему:

· горелки должны обеспечивать полное сжигание газа при минимальном избытке воздуха;

· горелки должны работать устойчиво (без отрыва и проскока пламени) в необходимом диапазоне изменения теплопроизводительности;

· конструкция горелки и ее компоновка должны полностью предохранять от перегрева и обгорания деталей;

· потеря напора в горелке по воздушному и газовому (для низкого давления) трактам должна быть минимальной;

· при работе горелки на двух видах топлива оба топлива при раздельном их сжигании должны использоваться с максимальной эффективностью, а переход с одного топлива на другое осуществляться в короткий срок;

· горелки должны быть просты в изготовлении, надежны и безопасны в эксплуатации, а также удобны для ремонта и осмотра.

Правила эксплуатации газовых горелок. К эксплуатации газовых аппаратов допускаются только лица, прошедшие инструктаж по эксплуатации газовых аппаратов.

Перед началом работы необходимо проверить наличие тяги, для чего нужно поднести к смотровому отверстию лоскуток тонкой бумаги или материи. Если лоскуток притягивается к отверстию, то значит есть тяга и работать на аппарате можно, если тяга отсутствует, работать запрещается, поскольку это может быть причиной отравления персонала продуктами сгорания газа. Категорически запрещается определять наличие тяги с помощью горящих предметов, так как при утечке газа это может быть причиной взрыва. Затем открывают общий кран на газопроводе, с помощью регулятора перерывают подачу первичного воздуха и подносят источник пламени к стационарному запальнику. Открывают кран горелки, и она воспламеняется от запальника. С помощью регулятора подачи первичного воздуха "устанавливают" пламя. Пламя должно гореть без шума, быть фиолетового цвета, без проблесков, не должно отрываться от горелки и не проскакивать внутрь нее.

Если на аппарате нет газовой автоматики безопасности, то нельзя оставлять аппарат без присмотра.

По окончании работы сначала перекрывают подачу первичного воздуха (чтобы не было "хлопка"), закрывают кран горелки и общий кран на газопроводе.

Дата добавления: 2015-06-25