Классификация газовых горелок для промышленных печей. Газовые горелки: классификация, характеристики и особенности. При раздельной подаче газа и воздуха в диффузионных горелках можно подогревать воздух, что обеспечивает получение высоких температур в топк
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.
2. По устройству:
· Диффузионные;
· Инжекционные;
· Смесительные;
· Комбинированные.
3. По давлению:
· 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.
Диффузионные горелки
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.
Инжекционные горелки
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.
Источником энергии в большинстве теплотехнических процессов является химическая теплота ископаемых видов углеводородного топлива: угля, нефти с ее производными, природного газа, а также торфа, сланцев и т. п. Высвобождение химической теплоты топлива осуществляется в процессе сжигания его в смеси с окислителем, в большинстве случаев – с кислородом воздуха, реже – с чистым (техническим) кислородом. Для сжигания топлива применяются различные горелки.
Классификация горелок
Для эффективного сжигания топлива горелочное устройство выполняет следующие функции:
Подготавливает топливо и воздух для горения, придавая им требуемые направления и скорости движения (в некоторых случаях в горелке происходит предварительный подогрев газа или воздуха);
Подготавливает горючую смесь (смешивает газовое топливо и воздух или распыляет жидкое топливо и смешивает его с воздухом);
Осуществляет подачу подготовленной горючей смеси в рабочее пространство или топку;
Стабилизирует воспламенение.
В зависимости от типа горелочное устройство может предназначаться для выполнения только части перечисленных функций.
Процесс сжигания газообразного топлива можно условно разделить на три основные стадии:
Смешение топлива с воздухом для горения;
Подогрев топливовоздушной смеси до температуры воспламенения;
Собственно процесс горения, т. е. реакция окисления горючих компонентов топлива кислородом воздуха, которая протекает практически мгновенно. Первые две стадии требуют гораздо больше времени, и по этой причине организация смешения в значительной степени определяет весь процесс сжигания, характеристики факела, а следовательно – распределение температур в рабочем пространстве топочной камеры.
Поскольку при разработке систем отопления предпочтение отдается требованиям технологии, в основу классификации горелочных устройств положены степень развития в них процесса смешения топлива с воздухом для горения, способы подачи топлива и воздуха, характер истекающих потоков и другие технологические особенности. Классификационные признаки горелок и их характеристики, регламентированные стандартом, можно представить в следующем виде:
1. Горелки делятся по способу подачи воздуха и топлива. Различают инжекционные грелки, в которых струи газа инжектируют воздух, и дутьевые (или напорные), в которых воздух подается принудительно, при помощи автономного дутьевого вентилятора или встроенного вентилятора (в так называемых блочных горелках). В весьма редких и специфических случаях (например, в барабанных сушилках на цементных или металлургических предприятиях) встречаются горелки, в которых воздух подается за счет разрежения в рабочем объеме (в барабанной сушилке). Однако в отопительных и промышленных котлах используют, как правило, дутьевые или инжекционные (атмосферные) горелки.
2. По степени подготовки горючей смеси все горелочные устройства можно разделить на горелки без предварительного смешения (воздух смешивается с топливом после выхода из горелки, в объеме топочной камеры; в Европе они называются горелками типа jet), с неполным предварительным смешением (в горелке с топливом смешивается только часть воздуха, называемого первичным) и с полным предварительным смешением (в топку поступает уже перемешанная газовоздушная смесь; premix). Понятно, что в последнем случае речь идет только о газовых горелках, а все виды жидкого топлива предполагают использование горелок без предварительного смешения.
3. Горелки различаются по характеру потока, вытекающего в топочную камеру. Этот поток может быть прямоточным или закрученным. В последнем случае различают неразомкнутый и разомкнутый факел, в котором имеется приосевая зона рециркулирующих продуктов сгорания. Кроме того, вихревые грелки отличаются по типу размещения сопловых отверстий: имеются горелки с центральной, периферийной и комбинированной подачей газа.
4. Классификационным признаком горелки можно считать также возможность (или отсутствие возможности) регулировать характеристики факела (его протяженность, крутку и т. д.).
5. Большинство конструкций крупных горелок для промышленных котлов допускают возможность изменения коэффициента избытка воздуха (т. е. соотношения воздух–топливо). Однако отопительные котлы небольшой мощности оборудуют, как правило, горелками с нерегулируемым (оптимальным по условиям горения) коэффициентом избытка воздуха. Этот параметр (т. е. возможность или невозможность регулировать избыток воздуха) также является важным классификационным признаком горелочных устройств.
6. Вместе с топливом в горелки подается воздух, который может быть холодным (когда он подается непосредственно от дутьевого вентилятора) или подогретым (при подаче его также от высоконапорного дутьевого вентилятора, но только через трубчатый или регенеративный воздухоподогреватель). Таким образом, можно классифицировать горелки и по температуре воздуха на входе.
7. Еще один классификационный признак – степень автоматизации горелки. Можно говорить о полностью автоматизированных устройствах, на которых все пусковые операции совершаются от нажатия кнопки; о горелках с ручным управлением, когда оператор все операции по пуску и останову котла должен выполнять самостоятельно, в строго определенной последовательности; и о горелках полуавтоматических, где объем ручного управления сведен до минимума, но все же превосходит простое нажатие кнопки «пуск» или «останов».
8. И конечно, главный классификационный признак любой горелки – это вид топлива, на который она рассчитана. Небольшие отопительные котлы оборудуют чаще всего газовыми или дизельными горелочными устройствами. На более крупные отопительные и промышленные котлы устанавливают мазутные горелки. Часто встречаются двухтопливные горелки (например, солярка–газ или мазут–газ). Крупные промышленные и энергетические котлы оборудуют не только газовыми или мазутными горелками, но и пылеугольными, через которые в топку поступает измельченное твердое топливо (уголь, торф, сланцы).
Технические требования к конструкции горелок
Горелочные устройства выбирают с учетом максимального удовлетворения требований технологии и общих требований к устройствам для сжигания топлива. Поэтому ошибочны высказываемые иногда мнения об универсальности какого-либо одного типа горелок и абсолютном превосходстве этого типа над остальными...
Газовая горелка - это устройство для смешения кислорода с газообразным топливом с целью подачи смеси к выходному отверстию и сжигания её с образованием устойчивого факела. В газовой горелке газообразное топливо, подаваемое под давлением, смешивается в смесительном устройстве с воздухом (кислородом воздуха) и образовавшаяся смесь поджигается на выходе из смесительного устройства с образованием устойчивого постоянного пламени.
Газовые горелки обладают широким спектром достоинств. Конструкция газовой горелки очень проста. Ее запуск занимает доли секунды и работает такая горелка практически безотказно. Газовые горелки используются для отопительных котлов или промышленного применения.
Сегодня существует два основных вида газовых горелок, их разделение ведется в зависимости от используемого метода образования горючей смеси (состоящей из топлива и воздуха). Различают атмосферные (инжекторные) и наддувные (вентиляционные) устройства. В большинстве случаев первый вид является частью котла и входит в его стоимость, второй же вид чаще всего приобретается отдельно. Наддувная горелка газовая в качестве инструмента горения более эффективна, поскольку в них подача воздуха осуществляется специальным вентилятором (встроенным в горелку).
Назначениями газовых горелок являются:
– подача газа и воздуха к фронту горения;
– смесеобразование;
– стабилизация фронта воспламенения;
– обеспечение требуемой интенсивности горения.
Типы газовых горелок:
Диффузионная горелка – горелка, в которой топливо и воздух смешиваются при горении.
Инжекционная горелка – газовая горелка с предварительным смешиванием газа с воздухом, у которой одна из сред, необходимых для горения, подсасывается в камеру горения другой среды (синоним– эжекционная горелка)
Горелка с полым предварительным смешением – горелка, в которой газ смешивается полным объемом воздуха перед выходными отверстиями.
Большая группа разнообразных по конструкций и различных по производительности горелок относится к горелкам с незавершенным предварительным смешением газа с воздухом. У горелок этого типа процесс смесеобразования начинается в самой горелке и активно завершается в топочной камере. Вследствие этого газ сгорает коротким и несветящимся пламенем. В связи с тем что до выхода в топку, где начинается процесс горения, газовоздушная смесь частично была приготовлена, скорость горения определяется диффузионными и кинетическими факторами. Следовательно, у этих горелок осуществляется диффузионно-кинетический способ сжигания газа. Горелки рассмотренного типа состоят из систем раздельной подачи газа и всего воздуха, необходимого для горения, а также устройств, в которых начинается процесс смесеобразования. В топку поступает газовоздушная смесь, представляющая собой турбулентный поток с неравномерными полями концентраций горючего и окислителя в поперечном сечении. Попадая в зону высоких температур, смесь воспламеняется. Участки потока, в которых концентрация газа и воздуха находится в стехиометрическом соотношении, сгорают кинетическим способом, а зоны, в которых процесс смесеобразования не завершен, выгорают диффузионно. Процессом смешения в топке управляет смесительное устройство горелки, так как структуру потока и движение его отдельных частиц определяют условия его выхода из смесителя. Смешение газа и воздуха у этих горелок происходит в результате турбулентной диффузии, поэтому такие горелки называют горелками турбулентного смешения. Для повышения интенсивности процесса сжигания газа следует максимально интенсифицировать смеше ние газа с воздухом, так как смесеобразование является тормозящим звеном всего процесса. Интенсификации процесса смесеобразования достигают: закручиванием потока воздуха направляющими лопатками; тангенциальным подводом или устройством улиток; подачей газа в виде мелких струй под углом к потоку воздуха расчленением потоков газа и воздуха на мелкие потоки, в которых происходит смесеобразование. Горелки турбулентного смешения нашли широкое применение. Основными положительными качествами таких горелок являются: а) возможность сжигания большого количества газа при сравнительно небольших габаритах горелки (особенно важно для мощных котлов); б) широкий диапазон регулирования производительности горелки; в) возможность подогрева газа и воздуха до температур, превышающих температуру воспламенения, что имеет большое значение для некоторых высокотемпературных печей; г) сравнительно простое выполнение конструкций с комбинированным сжиганием топлива (газа - мазута, газа - угольной пыли). Недостатки рассматриваемых горелок: принудительная подача воздуха и сжигание газа с химической неполнотой, большей, чем при кинетическом горении. Горелки турбулентного смешения имеют различную производительность от 60 кВт до 60 МВт. Их используют для обогрева промышленных печей и котлов.
Горелки турбулентного смешения ГНП конструкции Теплопроекта производительностью 7 ... 250 м3/ч при давлении газа и воздуха 0,4 ... 2 кПа показаны на рис. 16.10. Горелки выпускают девяти типоразмеров с двумя типами наконечников газового сопла. Наконечник А обеспечивает короткофакельное сжигание, а наконечник Б создает удлиненный факел. Газ входит в горелку через патрубок и истекает с определенной скоростью из сопла. Воздух в горелку подают под давлением, перед входом в носик горелки он закручивается. Смешение газа с воздухом начинается внутри горелки при выходе газа из сопла и интенсифицируется закрученным потоком воздуха. При многоструйной подаче газа (с наконечником А) процесс образования смеси протекает быстрее и газ сгорает в коротком факеле. Горелку устанавливают совместно с керамическим туннелем, служащим стабилизатором горения. Горелки обеспечивают сжигание газа при отсутствии химической неполноты при коэффициенте избытка воздуха α= 1,05 ... 1,1. При давлении газа 4 кПа длина факела для горелок с наконечником типа А в зависимости от ипоразмера горелки изменяется от 0,6 до 2,3 м. Основные размеры серии горелок ГНП следующие: диаметр выходного отверстия изменяется в пределах D= 25 ..142 мм; диаметр газовых отверстий у наконечника типа А равен: d=3,2 ... 15,5, а число их изменяется от 4 до 6; диаметр газового отверстия у наконечника типа Б равен: di = 5,5 ... 31 мм (обозначения показаны на рис. 16.10). По результатам государственных испытаний горелки рекомендованы к применению. Основными положительными качествами их являются: простота и компактность конструкции, возможность работы при низких давлениях газа и воздуха, широкие пределы регулирования производительности. Горелки этого типа предназначены для обогрева кузнечных и термических печей,сушилок.
Рис. 16.10. Турбулентная горелка типа ГНП 1- корпус, 2- сопло, 3- наконечник сопла типа А, 4 - наконечник сопла типа Б, 5- носик
Горелка не с полым предварительным смешением – горелка, в которой газ не полностью смешивается с воздухом перед выходными отверстиями. Атмосферная газовая горелка– инжекционная газовая горелка с частичным предварительным смешением газа с воздухом, использующая вторичный воздух среды, окружающей факел.
Атмосферная горелка, предназначенная для установки в топке четырех- и пятисекционных чугунных котлов (ВНИИСТО-Мч), показана на рис. 16.8. Головка горелки имеет 142 отверстия диаметром 4 мм и надевается на эжекционную трубку. В месте выхода газовоздушной смеси из эжектора головка не имеет отверстий. Если здесь расположить отверстия, то пламя над ними будет значительно выше, чем над другими отверстиями, так как при истечении газа из этих отверстий будет использовано динамическое давление потока газовоздушной смеси, движущегося из эжекционной трубки в головку горелки. Кроме того, вследствие повышения выходной скорости пламя над этими отверстиями может быть недостаточно устойчивым. Тепловая нагрузка горелки равна 20 кВт (0,2 м3/ч при QCK == 36 МДж/м3). Горелка запроектирована для сжигания газа с теплотой сгорания QCH= 25 000...36 000 кДж/м3, при этом в зависимости от величины QCH изменяют диаметр сопла. При сжигании природного газа с теплотой сгорания 36 000 кДж/м3 диаметр сопла равен 4 мм, а необходимое давление газа составляет 1,3 кПа. Коэффициент первичного воздуха горелки можно регулировать воздушной шайбой. Эжекционная трубка имеет проточную часть с малым гидравлическим сопротивлением. Головка горелки выполнена таким образом, что вторичный воздух имеет подход к каждому ряду отверстий с одной стороны. Высота пламени при работе горелки с нормальной тепловой нагрузкой примерно равна 100 мм. Горелка проста по конструкции и надежна в эксплуатации. При работе в чугунных секционных котлах атмосферные горелки обеспечивают полное сжигание газа при сравнительно небольшом содержании в продуктах горения оксидов азота. Концентрация NO X обычно не превосходит 0,12 г/м 3 . Это связано с рассредоточением пламени и ступенчатым сжиганием газа (с первичным и вторичным воздухом).
Рис. 16.8. Атмосферная горелка для чугунного котла 1- регулятор воздуха, 2- сопло, 3- эжекционная трубка; 4- головка горелки с огневыми отверстиями
Атмосферная горелка с одним выходным отверстием показана на рис. 16.9. Особенность этой горелки заключается в том, что ее головка имеет не коллектор с большим числом мелких отверстий, а коническую трубку с одним отверстием большого диаметра (40 мм). В результате этого значительно удлиняется пламя горелки. Вследствие разрежения в топке вторичный воздух по кольцевому зазору между горелкой и специальным кожухом поступает к корню факела. У горелки предусмотрена возможность регулирования количества первичного и вторичного воздуха. Такие горелки применяют при переоборудовании на газовое топливо ресторанных плит и пищеварочных котлов (причем в плите может быть одна горелка или блок, состоящий из двух-трех горелок). Тепловая нагрузка горелки составляет 18,6 кВт, давление газа 1,3 кПа. Горелка рассчитана на сжигание газа с теплотой сгорания Q с н =36 000 кДж/м3. В зависимости от теплоты сгорания газа в горелке устанавливают сопло соответствующего диаметра.
Рис. 16.9. Атмосферная горелка с одним выходным отверстием 1- головка горелки, 2- эжекционный смеситель, 3- регулятор, 4- сопло, 5- регулятор первичного воздуха
Горелка специального назначения– горелка, принцип действия и конструкцию которой определяет тип теплового агрегата или особенности технологического процесса.
Рекуперативная горелка– горелка, снабженная рекуператором для подогрева газа или воздуха
Регенеративная горелка– горелка, снабженная ре генератором для подогрева газа или воздуха.
Автоматическая горелка– горелка, оборудованная автоматическими устройствами: дистанционным запальным, контроля пламени, контроля давления топлива и воздуха, запорными клапанами и средствами управления, регулирования и сигнализации.
Турбинная горелка– газовая горелка, в которой энергия вытекающих струй газа используется для привода встроенного вентилятора, нагнетающего воздух в горелку.
Запальная горелка– вспомогательная горелка, служащая для розжига основной горелки.
Наиболее применимы на сегодняшний день классификация горелок по способу подачи воздуха, которые делятся на:
– бездутьевые – воздух поступает в топку за счет разрежения в ней;
– инжекционные – воздух засасывается за счет энергии струи газа;
– дутьевые – воздух подается в горелку или топку с помощью вентилятора.
Блочные эжекционные (инжекционные) горелки типа Б И Г, разработанные Промэнергогазом. Горелки этого типа представляют собой серию горелок разных конфигураций и производительности, компонуемых из стандартных элементов. Стандартный элемент горелки состоит из набора единичных однотипных смесителей 2 (рис. 16.4, а), закрепленных в общем коллекторе - газовой камере 3. Единичный смеситель представляет собой трубу диаметром 48X3 мм и длиной 290 мм. В начальной части трубы, которая находится внутри газового коллектора, имеются четыре отверстия диаметром по 1,5 мм каждое, оси которых расположены под углом около 25° к оси горелки. Эти отверстия выполняют роль периферийных сопел, через которые газ истекает внутрь эжекционной трубы и эжектирует воздух, поступающий через открытый торец трубы. Конструкция эжекционной части отработана таким образом, что при разрежении в топке, равном 20 Па, газ эжектирует весь воздух, необходимый для горения, с коэффициентом избытка а= 1,02...1,05. Высокие скорости газовых струй, расположенных по периферии, способствуют созданию профиля скоростей, препятствующего проскоку пламени. Блоки горелок футеруются огнеупорной массой (см. рис. 16.4, б), а на их выходе располагается туннель-стабилизатор глубиной 100 мм. Он предотвращает отрыв пламени. Горелки полностью размещаются в пределах обмуровки котла толщиной 510 мм. Номинальное давление газа перед горелкой составляет 80 кПа (среднее давление), коэффициент глубины регулирования производительности равен 3,4...3,8. В зависимости от компоновки (числа единичных элементов) производительность горелки изменяется от 10 до 240 м3/ч. Горелки БИГ работают без химической неполноты сгорания с малыми избытками воздуха. Содержание оксидов азота составляет 0,15 .. 0,18 г/м3. Горелки компонуют в виде стандартных наборов (см. рис. 16.4, в), состоящих из единичных эжекционных трубок, собранных в один ряд G типоразмеров), в два ряда F типоразмеров) и в три ряда B типоразмера). Горелки предназначены для оборудования котлоагрегатов с расположением в обмуровке стенок котла и на поду вместо колосниковой решетки. Котлы, оборудованные горелками БИГ, имеют более высокий КПД (на 2%), чем при оборудовании эжекционными горелками с центрально расположенными соплами.
Используют газовые горелки при различных давлениях газа: низком – до 5000 Па, среднем – от 5000 Па до 0,3 МПа и высоком – более 0,3 МПа. Чаще используют горелки, Большое значение имеет тепловая мощность газовой горелки, которая бывает максимальная, минимальная и номинальная.
При длительной работе горелки, где газа расходуется большее количество без отрыва пламени, достигается максимальная тепловая мощность.
Минимальная тепловая мощность возникает при устойчивой работе горелки и наименьших расходах газа без проскока пламени.
При работе горелки с номинальным, обеспечивающим максимальный КПД при наибольшей полноте сжигания, расходом газа достигается номинальная тепловая мощность.
Допускается превышение максимальной тепловой мощности над номинальной не более чем на 20%. В случае если номинальная тепловая мощность горелки по паспорту 10000 кДж/ч, максимальная должна быть 12000 кДж/ч.
Еще одной важной особенностью газовых горелок является диапазон регулирования тепловой мощности.
На сегодня используется большое количество горелок различной конструкции.
Выбирается горелка по определенным требованиям, к которым относятся: устойчивость при изменениях тепловой мощности, надежность в эксплуатации, компактность, удобство при обслуживании, обеспечение полноты сгорания газа.
Основные параметры и характеристики используемых газогорелочных устройств определены требованиями:
– тепловая мощность, вычисляемая как произведение часового расхода газа, м 3 /ч, на его низшую теплоту сгорания, Дж/м 3 , и являющаяся главной характеристикой горелки;
– параметры сжигаемого газа (низшая теплота сгорания, плотность, число Воббе);
– номинальная тепловая мощность, равная максимально достигаемой мощности при длительной работе горелки с минимальным " коэффициентом избытка а воздуха и при условии, что химический недожог не превышает установленных для данного типа горелок значений;
– номинальное давление газа и воздуха, соответствующее номинальной тепловой мощности горелки при атмосферном давлении в топочной камере;
– номинальная относительная длина факела, равная расстоянию по оси факела от выходного сечения (сопла) горелки при номинальной тепловой мощности до точки, где содержание углекислого газа при α = 1 равно 95% его максимального значения;
– коэффициент предельного регулирования тепловой мощности, равный отношению максимальной тепловой мощности к минимальной;
– коэффициент рабочего регулирования горелки по тепловой мощности, равный отношению номинальной тепловой мощности к минимальной;
– давление (разрежение) в топочной камере при номинальной мощности горелки;
– теплотехнические (светимость, степень черноты) и аэродинамические характеристики факела;
– удельная металло– и материалоемкость и удельный расход энергии, отнесенные к номинальной тепловой мощности;
– уровень звукового давления, создаваемый работающей горелкой при номинальной тепловой мощности.
Требования к горелкам
На основании опыта эксплуатации и анализа конструкции горелочных устройств можно сформулировать основные требования к их конструкции.
Конструкция горелки должна быть наиболее простой: без подвижных частей, без устройств, изменяющих сечение для прохода газа и воздуха и без деталей сложной формы, расположенных вблизи носика горелки. Сложные устройства при эксплуатации себя не оправдывают и быстро выходят из строя под действием высоких температур в рабочем пространстве печи.
Сечения для выхода газа, воздуха и газовоздушной смеси следует отрабатывать в процессе создания горелки. В процессе эксплуатации все эти сечения должны быть неизменными.
Количество газа и воздуха, подаваемого на горелку, следует измерять дроссельными устройствами на подводящих трубопроводах.
Сечения для прохода газа и воздуха в горелке и конфигурацию внутренних полостей следует выбирать таким образом, чтобы сопротивление на пути движения газа и воздуха внутри горелки было бы минимальным.
Давление газа и воздуха в основном должно обеспечивать требуемые скорости в выходных сечениях горелки. Желательно, чтобы подача воздуха в горелку была регулируемой. Неорганизованная подача воздуха в результате разрежения в рабочем пространстве или путем частичного инжектирования воздуха газом может допускаться только в особых случаях.
Газоснабжение зданий
Газоснабжение зданий - снабжение газом при помощи системы газопроводов, по к-рым газ от городской распределит, сети поступает к газовым приборам, установленным у потребителей. Система газоснабжения включает: абонентские ответвления, присоединяемые к городской распределит, сети и подающие газ к зданию; внутридомовые газопроводы, транспортирующие газ внутри здания и распределяющие его между отдельными газовыми приборами.
Абонентское ответвление состоит из ввода газа на территорию потребителя, внутри- дворовых газопроводов и вводов газа в здание. На вводе газа к потребителю, на расстоянии не менее 2 м от линии застройки, в колодце делается задвижка или кран. На группу жилых зданий, обслуживаемых одним вводом, устанавливается одно отключающее устройство.
Рис. Схема газоснабжения здания : 1 - уличная сеть газа низкого давления; 2 - дворовый газопровод; 3- конденсатосборник; 4 - ввод газа; 5 - запорная арматура; 6 - распределительный газопровод; 7 - стояки; 8 - поэтажные разводки; 9 - газовые приборы; 10-ковер; 11 - задвижка
Вводы на территорию потребителей и дворовая газовая сеть, как правило, прокладываются в грунте. Условия их прокладки не отличаются от условий прокладки подземных городских газопроводов. Вводы газопроводов в жилые и обществ, здания могут осуществляться: в каждую лестничную клетку; непосредственно в кухни жилых зданий или в помещения обществ, зданий, где потребляется газ; в подвалы зданий, имеющих технич. коридоры. При осушенном газе вводы целесообразно выполнять через стены выше фундаментов. Устройство ввода в здание через технич. коридоры допускается при следующих условиях: при высоте коридора не менее 1,6 м; при наличии не менее двух входов в коридор снаружи, не связанных с др. частями здания; при естественной вытяжной вентиляции в коридоре, обеспечивающей не менее однократного обмена воздухом; электрич. освещение.коридора должно быть взрывобезопасным; при огнестойких потолочных перекрытиях. Устройство вводов непосредственно в жилые помещения, машинные отделения лифтов, насосные отделения, вентиляционные камеры и т. п. не допускается.
Внутридомовые газопроводы разделяются па стояки, транспортирующие газ в вертикальном направлении, и внутриквартирные газопроводы, подающие газ от стояков к отдельным газовым приборам. Газовые стояки, как правило, прокладываются в лестничных клетках и кухнях. Прокладка стояков в жилых помещениях г в ванных комнатах и санузлах запрещается. Для отключения отдельных участков газопроводов делаются краны: на вводах в здание, в квартирах перед каждым газовым прибором.
Перед счетчиками и газовыми приборами размещают бронзовые (латунные) и комбинированные краны с натяжными пробками. На вводах в здание ставят бронзовые или чугунные пробочные натяжные краны или задвижки. На стояках, ответвлениях к: квартирам и перед каждым газовым прибором после кранов, считая по ходу газа, устанавливаются сгоны, необходимые для ремонтных работ.
Газопроводы внутри зданий выполняются из стальных труб. Трубы соединяются на сварке или на резьбе. Перспективно применение труб из пластмасс (винипласта, полиэтилена и др.). Газопроводы в зданиях прокладываются открыто на высоте не менее 2,0 м от пола до низа трубы; при снабжении влажным газом - с уклоном не менее 0,002 от счетчика к стояку и от счетчика к газовым приборам. При пересечении перекрытий лестничных площадок, и пустотелых или засыпанных стен газопроводы заключаются в футляры из стальных труб.
Основные приборы, применяемые для газоснабжения: плиты, водонагреватели, пищеварочные котлы, духовые шкафы и кипятильники. В квартирах устанавливаютея бытовые газовые плиты и водонагреватели. Эти же приборы применяются у общественных и мелких коммунальных потребителей. Предприятия обществ, питания оснащаются более мощными газовыми плитами - ресторанного типа, пшцеварочными котлами, духовыми шкафами, кипятильниками и водонагревателями. В малоэтажных зданиях при печном отоплении газ может использоваться также для обогрева печей. Для измерения расхода газа у потребителей служат газовые счетчики. Газовые счетчики ие устанавливаются в новых жилых домах.
У большинства газовых приборов должен быть предусмотрен отвод дымовых газов по дымоходам в атмосферу. Во вновь проектируемых зданиях дымовые газы отводятся от каждого прибора по обособленному дымоходу. В существующих зданиях разрешается присоединение к одному дымоходу трех газовых приборов, расположенных в одном или разных этажах. Продукты сгорания вводятся в дымоход на разных уровнях, на расстоянии друг от друга не менее 500 мм. Газовые приборы присоединяются к дымоходам с помощью труб из кровельной стали, диаметр к-рых определяется в зависимости от тепловой нагрузки прибора: до 10000 ккал!час - от 100 до 125 мм, до 20000-25000 ккал!час - от 125 до 150 мм. Вертикальный участок соединительных труб от патрубка газового прибора до первого поворота трубы должен быть не менее 0,5 мм. В помещениях с высотой до 2,5 м допускается вертикальный участок в 0,3 м. Общая длина горизонтального участка трубы не более 3 ж, а в существующих зданиях не более 6 м, причем на всем протяжении соединительной трубы должно быть не более трех поворотов. Трубы прокладываются с уклоном не менее 0,01 в сторону газового прибора и только по нежилым помещениям. Дымоходы, как правило, устраиваются во внутренних капитальных стенах зданий. Дымоходы не должны иметь горизонтальных участков, а ниже ввода соединительной трубы в дымоход необходимо устраивать карман глубиной не менее 250 мм с люком для его чистки.
При нормальной работе газовых приборов величина разрежения в месте выхода продуктов сгорания из прерывателя тяги должна составлять 0,4-0,7 мм вод. ст.
в зависимости от типа прибора. При малом разрежении часть продуктов сгорания выходит в помещение, а в отдельных случаях происходит опрокидывание тяги. Сечение дымохода определяется расчетом. Для водонагревателей с тепловой нагрузкой в 20000-25000 ккал/час сечение должно быть не мепее 150 см2.
Для газоснабжения применяются сжиженные углеводородные газы. Сжиженный газ хранится в баллонах, которые, в зависимости от размеров, устанавливаются непосредственно в кухне, в металлич. шкафу снаружи у стены здания или закапываются в землю. В первых двух случаях газ по коротким соединительным трубам поступает непосредственно к газовым приборам, а в последнем - от цистерны, расположенной в грунте, идут подземные внутридворовые газопроводы, транспортирующие газ к одному или нескольким зданиям.
Испытания газопроводов производятся воздухом после наружного осмотра и устранения всех видимых дефектов. Наружные газопроводы - абонентские ответвления - испытываются аналогично городским газопроводам. Внутренняя газовая сеть жилых и обществ, зданий проверяется на прочность и плотность. Испытание на прочность газопроводов низкого давления производится давлением в 1 am. Газопроводы жилых зданий испытываются на плотность давлением в 400 мм вод. ст. с установленным счетчиком и подключенными газовыми приборами.
Газовые приборы
В жилых и общественных зданиях газ используют для приготовления пищи и горячей воды. Основными приборами, которые применяют для газоснабжения зданий, являются плиты, водонагреватели, кипятильники, пищеварочные котлы, духовые шкафы и холодильники. Работа газовых приборов характеризуется следующими показателями: 1) тепловой нагрузкой, или количеством теплоты в газе, которая расходуется прибором, в кВт; 2) производительностью, или количеством полезно используемой теплоты, которая передается нагреваемому телу, в кВт; 3) КПД, представляющим собой отношение производительности к тепловой нагрузке прибора. Номинальной считают такую нагрузку, при которой газовый прибор работает наиболее эффективно, т. е. с наименьшим химическим недожогом газа, наибольшим КПД, и развивает номинальную производительность. При номинальной нагрузке в конструктивных элементах прибора не должно возникать опасных тепловых напряжений, сокращающих срок его службы. Предельной (максимальной) тепловой нагрузкой считают нагрузку, превышающую номинальную на 20%. При этой нагрузке,не должны заметно ухудшаться показатели работы прибора. Газовые приборы, устанавливаемые в жилых и общественных зданиях, работают на низком давлении, их оборудуют эжекционными горелками атмосферного типа. Бытовые газовые плиты изготовляют двух-, трех- и четырехконфорочными с духовыми шкафами и без них. Они состоят из следующих основных частей: корпуса, рабочего тола с конфорочными вкладышами, духового шкафа, газовых горелок (конфорочных - верхних, а также для шкафа), газораспределительного устройства с кранами. Детали бытовых плит изготовляют из термически стойких, коррозионно-устойчивых и долговечных материалов. Поверхность и детали плиты (кроме задней стенки) покрыты белой эмалью. Высота рабочего стола бытовых плит 850 мм, а ширина- не менее 500 мм. Расстояние между центрами соседних конфорок 230 мм. Конфорочные горелки имеют следующие номинальные нагрузки: нормальную мощность 1,9 кВт, повышенную - 2,8 кВт. Четырехконфорочные плиты могут иметь одну горелку повышенной мощности. Номинальная нагрузка горелок должна обеспечивать равномерный разогрев духового шкафа до температуры 285...300 °С не более чем за 25 мин. По действующему ГОСТу КПД конфорочных горелок должен быть не менее 56%, а КПД плит с отводом продуктов сгорания в дымоход - не менее 40%. Содержание оксида углерода в продуктах сгорания при работе горелок с номинальной нагрузкой не должно превышать 0,05 % в пересчете на сухие дымовые газы и избыток воздуха, равный единице (а=1). Отрегулированные горелки должны работать устойчиво, без отрыва и проскока пламени, при изменении теплоты сгорания газа в пределах ±10% и тепловой нагрузке от предельной до 0,2 номинальной. Бытовые газовые плиты оборудуют атмосферными горелками с отводом продуктов сгорания непосредственно в кухню. Часть воздуха, необходимого для горения (первичный воздух), эжектируется газом, вытекающим из сопел горелок; остальная часть (вторичный воздух) поступает к пламени непосредственно из окружающей среды. Воздух к горелкам духового шкафа поступает через специальные щели и отверстия в плите. Продукты сгорания конфорочных горелок проходят через щель между дном посуды и рабочим столом плиты, поднимаются вдоль стенок посуды, обогревая их, и поступают в окружающую атмосферу. Продукты сгорания обогревают духовой шкаф и поступают в кухню через отверстия в боковых стенках или задней стенке плиты. Отвод продуктов сгорания непосредственно в помещение предъявляет высокие требования к конструктивным качествам горелок, которые должны обеспечивать полное сгорание газа. Основными причинами, вызывающими химическую неполноту сгорания газа у конфорочных горелок, являются: а) охлаждающее действие стенок посуды, которое может привести к неполному протеканию химических реакций горения, образованию СО и сажи; б) неудовлетворительное перемешивание газа с первичным воздухом в проточной части эжектора; в) плохая организация подвода вторичного воздуха и отвода продуктов сгорания. Для устранения указанных причин необходимо газогорелочные устройства плиты конструировать так, чтобы были соблюдены следующие условия: а) горелки должны работать с максимальным коэффициентом первичного воздуха, обеспечивающим устойчивое пламя при всех производительностях; б) расположение горелки по отношению к дну посуды должно обеспечивать хорошее омывание продуктами сгорания и исключать возможность соприкосновения внутреннего конуса пламени с ее дном; в) расстояние между дном посуды и горелкой должно быть оптимальным, так как с увеличением этого расстояния возрастает избыток воздуха и понижается КПД горелки, а с уменьшением - растет химическая неполнота сгорания. Величина оптимального расстояния зависит ог тепловой нагрузки, коэффициента первичного - воздуха, размеров конфорочного отверстия и дна посуды. Для горелок с тепловой нагрузкой 1,75...1,9 кВт при диаметре конфорочных отверстий 200...220 мм величина оптимального расстояния равна примерно 20 мм; г) форма профиля проточной части эжекционной трубки должна быть оптимальной; д) обеспечен отвод продуктов сгорания через зазор между дном посуды и рабочим столом (зазор должен быть не менее 8 мм). Чтобы плиты могли работать на газообразном топливе с различной теплотой сгорания, применяют несколько сменных сопел с диаметрами отверстий, соответствующими теплоте сгорания газа и номинальному давлению. Для предотвращения случайного открывания краны всех горелок должны иметь фиксаторы положения закрытия Ручка крана духового шкафа должна отличаться от других ручек по форме или цвету. Стенки духового шкафа должны иметь тепловую изоляцию в виде воздушной прослойки или слоя изоляционного материала, чтобы температура на поверхности плиты не превышала 120 °С. Четырехконфорочная плита ПГУ имеет рабочий стол с четырьмя вертикальными конфорочными горелками, показанными на рис. 19.3.
Рис. 19.3. Атмосферная газовая горелка для бытовой плиты 1 - эжекциоиная трубка. 2 - колпачок, 3 - заслонка для регулирования первичного воздуха, 4 - сопло
Плита имеет жарочный и сушильный шкафы. В дверку жарочного шкафа вмонтировано смотровое стекло. Жарочный шкаф изолирован шлаковатой. Стол плиты закрытый и снабжен прутковыми конфорочными решетками. Духовой шкаф размещен в средней части плиты и обогревается атмосферной горелкой, головка которой выполнена в виде кольцевой трубки. У вертикальной конфорочной горелки отверстия в головке имеют выходные размеры и шаг, предотвращающие слияние язычков пламени. Для распространения пламени по огневым отверстиям стальная штампованная крышка имеет отбортовку, которая располагается над факелами горелки. Она обеспечивает кольцевание пламени, создающее условия для зажигания соседних факелов и обеспечивающее устойчивость горения по отношению к проскоку пламени. Проточные и емкостные водонагреватели представляют собой тепло- обменные аппараты, служащие для местного горячего водоснабжения. У проточных водонагревателей режим приготовления горячей воды соответствует режиму потребления. Они нагревают воду до 50...60 °С и выдают ее через 1...2 мин после включения прибора. Их часто называют быстродействующими. У емкостных водонагревателей режим приготовления воды может не соответствовать режиму ее потребления. Вода в емкостных водонагревателях нагревается до 8О...9О°С. Водонагреватели должны удовлетворять следующим требованиям: 1) КПД их должен быть не ниже 82%. Водонагреватели должны нормально работать при давлении водопроводной воды от 0,05 до 0,6 МПа. Постоянная температура горячей водыдолжна создаваться за 1...2 мин после включения прибора. В емкостных водонагревателях вода нагревается 60... 70 мин. Водонагреватели имеют прерыватели тяги и предохранители от обратной тяги. Температура продуктов сгорания перед тягопрерывателем дол жна быть не ниже 180 °С. Наружную поверхность водонагревателя покрывают белой эмалью; температура поверхности при работе аппарата на номинальной нагрузке не должна превышать температуру окружающего воздуха более чем на 50 °С; 2) водонагреватели должны быть снабжены основной и запальной горелками. Пламя запальной горелки мгновенно зажигает газ на основной горелке. Максимальный расход его через запальную горелку при номинальном давлении равен 35 л/с. Пламя основной горелки должно быть ровным. Высота пламени у проточных водонагревателей не должна превышать 80 мм при номинальной нагрузке и 150 мм при предельной. Горелки должны обеспечивать устойчивое горение газа без отрыва и проскока пламени при изменении тепловой нагрузки от 0,2 до 1,25 номинальной. При работе с предельной нагрузкой содержание оксида углерода СО в продуктах сгорания не должно превышать 0,1% объема сухих продуктов при теоретическом расходе воздуха а=1; 3) каждый водонагреватель должен быть снабжен блокирующими и предохранительными устройствами, которые пропускают газ к основной горелке только при зажженном запальнике и прекращают подачу его, когда запальник гаснет. Проточные водонагреватели оборудованы предохранительными устройствами, благодаря которым основная горелка выключается в случае прекращения разбора горячей воды или при падении давления ее ниже установленного предела. Емкостные водонагреватели оборудованы автоматикой регулирования температуры горячей воды, обеспечивающей отключение основной горелки при нагреве воды выше заданной величины. Проточные водонагреватели состоят из следующих основных частей: 1) теплообменника, включающего огневую камеру, змеевик и калорифер; 2) газовой горелки с запальником; 3) газоотводящего устройства с тягопрерывателем и предохранителем обратной тяги; 4) блокирующих, предохранительных и регулирующих устройств; 5) наружного металлического эмалированного кожуха; 6) водоразборной системы с кранами и душевой сеткой. Автоматический проточный водонагреватель ВПГ, предназначенный для многоточечного разбора воды, показан на рис. 19.5. Номинальная
тепловая «агрузка водонагревателей типа ВПГ составляет 21...23 кВт.
В литературе газовые горелки классифицируются по: а) теплоте сгорания газа; б) давлению газа в сети; в) назначению; г) методу сжигания газа; д) способу подвода воздуха; е) конструктивным особенностям и т. д.
Диффузионные горелки. У них весь необходимый воздух притекает к пламени из окружающей атмосферы. Эти горелки малочувствительны к колебанию давления газа, имеют большой диапазон регулирования, но требуют значительного объема топочной камеры
Я завершения процесса горения. Это объясняется малой скоростью перемешивания газа с воздухом, что приводит к увеличению длины факела. Для газов с большой теплотой сгсрания, требующих для полного сжигания больших количеств воздуха, такие горелки применяются редко.
2 А. с. Иссерлин
Инспекционные горелки. Образование газовоздушной смеси частично или полностью происходит внутри самой горелки, поэтому они делятся на горелки частичного-и полного смешения. У горелок полного смешения горение завершается в минимальном объеме. В горелках частичного смешения только часть воздуха, необходимого для горения, поступает внутрь горелки в качестве первичного, а остальной воздух (вторичный) поступает к горелке извне. В этом случае процесс смешения затягивается и факел получается более длинным. Поступление воздуха и образование газовоздушной смеси в инжекционных горелках происходит подсасыванием (эжектированием) воздуха за счет энергии струи газа.
Инжекционная горелка (рис. 3) состоит из четырех основных частей: газового сопла, смесителя, горелочного насадка и регулятора первичного воздуха.
Соплом называют калиброванное отверстие, через которое горючий газ подается в горелку. Оно выполняет две задачи: пропускает в горелку определенное количество газа и преобразовывает потенциальную энергию газа в кинетическую энергию газовой струи, причем скорость истечения газа из сопла получается довольно значительной. Так, перепад давления в сопле 150 мм вод. ст. создает скорость вытекающей струи порядка 50 м/сек.
Основным размером, характеризующим сопло, является его диаметр. Диаметр сопла должен строго соответствовать расчетным данным, так как от этого зависят производительность горелки и ее инжекционная способность. Сопло придает вытекающей струе определенную форму и направление.
Смеситель горелки служит для смешения газа с воздухом, т. е. получения однородной газовоздушной смеси, и выравнивания скорости по сечению горелки. Смесители в зависимости от типа горелки выполняются либо в виде системы, состоящей из инжектора, цилиндрического горла и диффузора, либо в виде цилиндрической трубы.
Инжектор расширяющейся частью обращен к соплу. При истечении из сопла газа с большой скоростью в инжекторе создается разрежение, за счет которого происходит подсасывание воздуха из окружающей атмосферы. Воздух, поступающий в горелку, смеши
Вается с газом, при этом скорость по сечению инжектора распределяется весьма неравномерно.
Для выравнивания скорости потока газовоздушной смеси по сечению служит средняя цилиндрическая часть смесителя - горло. Оно является самой узкой его частью. Диаметр горла - существенный фактор для инжекционных горелок. От величины отношения диаметра горла к диаметру сопла зависит коэффициент ин- жекции горелки, т. е. количество воздуха, засасываемого через смеситель. Если, например, коэффициент эжекции А равен 8,0, то это значит, что на каждый кубометр газа горелка эжектирует
8,0 м3 воздуха. Следовательно, коэффициент избытка воздуха определится как отношение коэффициента эжекции к количеству воздуха, теоретически необходимому для горения, т. е.
Диффузор служит для преобразования части скоростного напора потока в статический, необходимый для преодоления последующего сопротивления горелки. В диффузоре заканчивается смешение газа с воздухом, и на выходе из него наблюдается полное выравнивание концентраций по сечению.
Насадок горелки предназначен для выдачи газовоздушной смеси и может иметь различную форму. Он часто конструктивно совмещается со стабилизатором (например, в пластинчатом или кольцевом стабилизаторе). Иногда горелка крепится насадком к газовому прибору или топочной камере.
Регулятор первичного воздуха служит для регулирования количества воздуха, поступающего в горелку. Наиболее часто он выполняется в виде воздушно-регулировочной шайбы или заслонки. Иногда он конструктивно совмещается с устройством для глушения шума (например, у инжекционных горелок среднего давления с пластинчатыми стабилизаторами конструкции Мосгазпро - екта).
Инжекционные горелки полного смешения рассчитываются обычно на работу с коэффициентом избытка воздуха 1,05-1,15. В инжекционных горелках частичного смешения коэффициент избытка первичного воздуха находится в пределах 0,3-0,6.
В инжекционных горелках полного смешения можно сжигать всю газовоздушную смесь на огнеупорных поверхностях, которые, накаляясь, дают концентрированное тепловое излучение. Эта разновидность инжекционных горелок называется горелками инфракрасного излучения.
Горелки с принудительной подачей воздуха. Весь необходимый Для горения воздух нагнетается вентилятором. Эти горелки часто называют также двухпроводными. На рис. 4 показаны схемы наиболее распространенных горелок с принудительной подачей воздуха. Горелка на рис. 4,а имеет периферийную подачу газа, т. е. газ подается в виде струй в поперечный воздушный поток. В го
релке на рис. 4, Б
осуществляется центральная подача газа в поток воздуха.
В горелках с принудительной подачей воздуха для лучшего смешения газа с воздухом используются различные конструктивные приемы. Например, можно закручивать воздушный поток в специальных устройствах, разбивать поток газа на мелкие струи или подавать газ под углом к воздушному потоку.
В зависимости от конструкции горелки весь воздух может подаваться в качестве первичного либо часть его как первичный, часть - как вторичный.
|
|
Рис, 4. Принципиальная схема горелки с принудительной подачей воздуха. а - периферийная; б - центральная подача газа.
Комбинированные горелки. В них возможно поочередное сжигание нескольких видов топлива. Существуют горелки, рассчитанные на сжигание трех видов топлива. Некоторые конструкции комбинированных горелок допускают одновременное сжигание двух видов топлива. Более широкое распространение получили пылегазовые и газомазутные горелки.
Из-за отсутствия нормативных данных на газовые горелки приходится оценивать их качество по определенным требованиям, которые сводятся к следующему:
1) горелки должны обеспечивать полное сжигание газа при минимальном избытке воздуха;
2) горелки должны работать устойчиво (без отрыва и проскока пламени) в необходимом диапазоне изменения тепловых нагрузок;
3) конструкция и компоновка горелки должны полностью предохранять ее детали от перегрева и обгорания;
4) потери напора в горелке по воздушному и газовому (для низкого давления) трактам должны быть минимальными;
5) 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;
6) горелки должны быть просты в изготовлении, надежны и безопасны в эксплуатации, удобны для ремонта и осмотра.
Подразделяют на два основных типа:
а) газовые смесеобразователи общего назначения, когда их можно устанавливать на большинстве печей, топок и других огневых установках;
б) горелки специального назначения, когда их устанавливают только в определенной конструкции печи или огневой установки и практически исключается установка их на других конструкциях.
2. В зависимости от теплотворности сжигаемого газообразнога продукта горелки можно подразделить на следующие типы:
- для сжигания газов низкой теплотворности (Q* = 8 МДж/м3);
- для сжигания газов средней теплотворности = 8—20 МДж/м3);
- для сжигания газов высокой теплотворности ((?g = 20 МДж/м3).
3. По способу подвода воздуха, необходимого на горение, горелки можно подразделить на следующие типы:
- диффузионные, когда воздух притекает к пламени из окружающей атмосферы;
- инжекционные, когда воздух засасывается в горелку;
- дутьевые, когда воздух в горелку нагнетается.
4. В зависимости от давления газы, поступающие в горелку, можно подразделять на следующие типы:
- низкого давления (до 0,005 МПа);
- среднего давления (от 0,005 до 0,3 МПа);
- высокого давления (выше 0,3 МПа).
5. Газовые горелки могут быть комбинированными, если в них предусмотрена возможность сжигания дополнительного вида топлива.
60. Расчет продуктов сгорания.
Состав продуктов сгорания 1 г моля серы согласно реакции S Oj SOj: кислорода 1 7 - 10 7 г-моль, азота 6 42 г-моль, сернистого газа 1 г. мель. Принимаем температуру взрыва 1800 К. Состав продуктов сгорания подсчитывается отдельно для каждого компонента смеси и потом суммируется. Состав продуктов сгорания с учетом диссоциации должен определяться для случая химического равновесия. Такой состав называется равновесным. Для его расчета необходимо составить и решить систему уравнений химического равновесия. С математической точки зрения это будет система нелинейных алгебраических уравнений, которая может состоять (в зависимости от числа учитываемых компонентов) из нескольких десятков уравнений. Полный и подробный расчет диссоциированных продуктов сгорания сложен и трудоемок. В настоящее время выполнение расчета облегчается при использовании ЭВМ . Состав продуктов сгорания зависит от состава горящего вещества, условий, в которых происходит горение, и главным образом полноты сгорания. В продуктах сгорания могут содержаться многие неорганические вещества (углерод , азот , водород , сера , фосфор и др.) и их окислы, а также спирты, кетоны , альдегиды и другие органические соединения. Образующийся в процессе горения дым состоит из мельчайших твердых частиц размером от 0 01 до 1 мкм. Состав продуктов сгорания зависит от полноты сгорания топлива. При полном его сгорании, как было указано выше, продукты сгорания состоят из углекислоты СО2, сернистого ангидрида SO2 , водяных паров Н О, азота N2 и кислорода О2, не использованного при горении, так называемого избыточного кислорода. Состав продуктов сгорания определяется с помощью газоанализаторов . Состав продуктов сгорания при работе таких двигателей определяется составом компонентов топлива, температурой сгорания, процессами диссоциации и рекомбинации молекул. Количество продуктов сгорания зависит от мощности (тяги) двигательных установок.
Объем продуктов сгорания в газовом тракте, работающем под разрежением, определяют с учетом нарастания избытка воздуха по тракту. Расчеты проводят для каждого газохода при среднем значении в нем коэффициента избытка воздуха, так как все расчеты конвективного теплообмена выполняют при средней скорости газового потока. Рост объема продуктов сгорания вызывает уменьшение их парциального давления. Это непосредственно сказывается на теплоотдаче излучением трехатомных газов и водяных паров.
При производстве земляных работ для ремонта газопроводов необходимо оградить место работы по всему его периметру, в дневное время установить в 5 м от ограждения со стороны движения транспорта предупредительный знак, в ночное время прикрепить на ограждение на высоте 1,5 м сигнальный фонарь с красной линзой, место работы осветить электрическими лампочками или прожекторами.
Кроме перечисленных основных положений при работах, связанных с эксплуатацией газопровода, следует выполнять общие правила техники безопасности при производстве земляных, изоляционных, сварочных и транспортных работ.