2. Типы газовых горелок
Горелка – это устройство, обеспечивающее устойчивое сгорание топлива и возможность регулирования горения. Камера горения – это часть горелки или теплового агрегата, в которой происходит горение.
Типы газовой горелки :
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 с полным объемом воздуха перед выходными отверстиями.
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.
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 регенератором 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.
3. Классификационные признаки горелок и их характеристики
Признаки классифицирующие газовые горелки и их характеристики, возможно свести в таблицу:
Классификационный признак |
Характеристика классификационного признака |
Способ подачи компонентов
|
Подача воздуха за счет свободной конвекции Подача воздуха за счет разрежения в рабочем пространстве Инжекция воздуха газом Принудительная подача воздуха от постороннего источника Принудительная подача воздуха от встроенного вентилятора (блочные горелки) Принудительная подача воздуха за счет давления газа (турбинные горелки) Инжекция газа воздухом (принудительная подача воздуха, инжектирующего газ) Принудительная подача газовоздушной смеси от постороннего источника |
Степень подготовки горючей смеси |
Без предварительного смешения С частичной подачей первичного воздуха С неполным предварительным смешением С полным предварительным смешением |
Скорость истечения продуктов сгорания, м/с |
До 20 (низкая) / Свыше 20 до 70 (средняя) Свыше 70 (высокая, скоростные горелки) |
Характер потока, истекающего из горелки |
Прямоточный Закрученный неразомкнутый Закрученный разомкнутый |
Номинальное давление газа перед горелкой, Па |
До 5000 (низкое) Среднее давление (до критического перепада давлений) Высокое давление (критический и сверхкритический перепад давлений) |
Возможность регулирования характеристик факела |
С нерегулируемыми характеристиками факела С регулируемыми характеристиками факела |
Необходимость регулирования коэффициента расхода воздуха |
С нерегулируемым (минимальным или оптимальным) коэффициентом расхода воздуха С регулируемым (переменным или повышенным) коэффициентом расхода воздуха |
Локализация зоны горения
|
В огнеупорном туннеле или в камере горения горелки На поверхности катализатора, в слое катализатора В зернистой огнеупорной массе На керамических или металлических насадках В камере горения агрегата или в открытом пространстве |
Возможность использования тепла продуктов сгорания |
Без подогрева воздуха и газа С подогревом в автономном рекуператоре или регенераторе С подогревом воздуха во встроенном рекуператоре или регенераторе С подогревом воздуха и газа |
Степень автоматизации |
С ручным управлением Полуавтоматические Автоматические |
4. Принципы работы горелок
В горелках без предварительного смешения топливо и воздух подаются непосредственно в горелки. Но в самом устройстве потоки подаваемых сред не контактируют, а только приобретают необходимые скорости и направления истечения в рабочий объем агрегата. Смешение потоков и горение смеси происходит в рабочем объеме по ходу движения струй. Горелки с улучшенным смешением позволяют почти полностью провести смешение в пределах горелки. В результате этого горение начинает развиваться уже в горелочном туннеле, а в рабочем пространстве или топке оно лишь завершается.
Горелки с регулируемым смешением позволяют за счет подвижных или сменных элементов изменять характеристики факела в зависимости от требований технологического процесса в печи.
В горелках с полным предварительным смешением топливо смешивается с воздухом либо в выносном специальном смесителе, либо непосредственно внутри горелочного устройства. Полное сгорание газа происходит в пределах горелочного туннеля. В рабочее пространство поступают только продукты сгорания. Горелки такого типа большой тепловой мощности выполняют, как правило, с водяным охлаждением выходных элементов, что снижает вероятность проскока пламени из горелочного туннеля в смеситель.
Исходя из этих характеристик, можно определить предпочтительные области применения основных типов горелок. Диффузионные горелки рекомендуется применять в тех случаях, когда необходимо использовать для горения воздух, который подается в тепловой агрегат с технологической целью, например охлаждать обожженный материал (известняк, окатыши) или готовые изделия (кирпичи).
Горелки без предварительного смешения рекомендуется применять в тех случаях, когда необходимо:
• обеспечить концентрированный подвод тепла с помощью небольшого числа крупных горелок, особенно при сжигании газа с высокой теплотой сгорания;
• получить широкие пределы регулирования;
• работать попеременно на газовом топливе различных видов или на газе и мазуте попеременно или одновременно;
• подогревать компоненты сгорания до высокой температуры.
Горелки с улучшенным смешением следует применять в тех случаях, когда допустимая длина факела ограничена и требуется концентрированный подвод значительного количества тепла при сравнительно небольших размерах горелки либо требуется создать факел специальной формы.
Горелки с регулируемым смешением следует применять в тех случаях, когда желательно изменять тепловыделение по длине факела, при установке одиночных и мощных горелок.
Горелки с полным предварительным смешением целесообразны для осуществления высокотемпературного нагрева при сжигании газов с низкой теплотой сгорания, а также при рассредоточенной подаче тепла большим числом горелок с целью достижения высокой равномерности нагрева.
Радиационные горелки используют для агрегатов, в которых необходимо получить особо равномерный нагрев по поверхности изделия с обычной или повышенной скоростью. Горелки этого типа не дают факела, направленного только на нагреваемое изделие, а образуют излучающие поверхности с равномерным распределением температур.
Радиационные горелки по своим характеристикам близки к нагревателям, так как значительную часть тепла они передают нагреваемым изделиям излучением от поверхности горелочного камня и футеровки печи. Продукты сгорания топлива, поступающие в рабочее пространство, в этом случае участвуют в переносе тепла в меньшей степени, чем в других горелочных устройствах. Радиационные горелки позволяют осуществлять высокотемпературный нагрев или высокоскоростной нагрев при большом перепаде температур, так как керамическая излучающая поверхность дает возможность развивать более высокие температуры, чем материал нагревателей (в настоящее время нагреватели в большинстве случаев изготавливают из жаропрочных металлов и сплавов). Радиационные горелки работают обычно на газе с теплотой сгорания не ниже 16,8 МДж/м3, так как для их нормальной работы необходимо, чтобы топливо надежно загоралось при низких температурах и устойчиво и быстро сгорало.
Скоростные горелки позволяют организовать усиленную циркуляцию продуктов сгорания и обеспечить тем самым высокую равномерность температур в рабочем пространстве печи и повышение интенсивности теплоотдачи к нагреваемым изделиям.
Горелки с переменным избытком воздуха обеспечивают необходимую температуру продуктов сгорания в рабочем пространстве печи при низкотемпературных процессах.