12.3 Газовые горелки.

Газовые горелки для отопительных котлов: современные решения

Природный газ, несомненно, – самый удобный, обладающий чрезвычайно высокими потребительскими качествами вид органического топлива. И тем не менее он требует внимательного отношения к организации топочного процесса.

Конструкция горелки должна обеспечить: смешение газа с определенным количеством воздуха, необходимым для его полного сгорания; надежность воспламенения; стабильность горения; полное сжигание при изменении нагрузки в широком диапазоне и т.д. Все перечисленные требования могут быть реализованы только при использовании правильно сконструированной и установленной горелки. Кроме того, признаками хорошей горелки являются простота изготовления и монтажа, долговечность и безопасность в работе, отсутствие сильного шума и вибрации. Если горелка рассчитана на 2–3 вида топлива, она должна допускать возможность быстрого перехода с одного из них на другой. В последние годы появилось еще одно немаловажное требование: конструкция горелки должна обеспечивать «малотоксичное» сжигание, т.е. при горении природного газа (как и в случае сжигания других видов топлива) в дымовых газах должно быть как можно меньше токсичных оксидов азота (NO₂) и монооксида углерода (СО₂).

Горение газообразного топлива в значительной степени определяется способом и быстротой смешения газа с воздухом, в состав которого входит кислород (О2). Для небольших отопительных котлов, как и в прежние годы, чаще всего используют атмосферные, а также вентиляторные горелки.

Атмосферными называются горелки с предварительным перемешиванием топлива и воздуха (типа Premix). Они не требуют дутьевого вентилятора и фактически повторяют (правда, в другом масштабе) широко распространенные в промышленной энергетике подовые горелки. Как и подовые горелки, они представляют собой набор полых стержней, в которые через эжектор подается газообразное топливо. Струя газа инжектирует воздух из окружающего пространства. Затем топливовоздушная смесь поступает в камеру сгорания через отверстия, распределенные по верхней образующей этих стержней. Электроды зажигания обеспечивают воспламенение топливовоздушной смеси и в камере горения, на некотором расстоянии от стержней образуется большое число факелочков с относительно низкой температурой. Такими горелками оборудуются как настенные, так и напольные отопительные котлы. В нижней части камеры размещается компактное горелочное устройство, не требующее дутьевого вентилятора. Газ и в этом котле сжигается в виде отдельных факелов, пламя не контактирует с трубами стержнями, которые благодаря этому не нагреваются и не нуждаются в частой замене.

Несколько другая газовая горелка атмосферного типа компании Immergas. Газ, проступающий в такую горелку через расположенные в два ряда инжекторы, увлекает за собой воздух. Сжигание образовавшейся смеси происходит на плоской поверхности с равномерно распределенными по ней сопловыми отверстиями; при этом к факелам дополнительно поступает небольшое количество воздуха. Особенностью данной горелки является также использование для ее охлаждения обратной воды. Примененные технические решения позволили не только повысить эффективность горения, но еще и снизить эмиссию токсичных компонентов (СО₂ и NO₂):. Подобными горелками оснащает некоторые модели настенных котлов и компания Viessmann.

Совершенно по-другому организовано горение в случае использования вентиляторных горелок (тип Jet, струйные). Они отличаются принудительной (при помощи вентилятора) подачей воздуха, с точным регулированием его количества и применяются (обязательно) в котлах с закрытой камерой сгорания, часто работающей под наддувом. В таких горелках топливо смешивается с воздухом уже после выхода из горелки. Отличительная особенность современных вентиляторных горелок – высокая степень автоматизации и блочное исполнение (собственно горелка и дутьевой вентилятор с приводом). Такие комплексы , получившие название ≪автоматизированные блочные горелки≫ (АБГ), устанавливают на автономных котельных установках мощностью от 5 кВт и выше, что позволяет практически исключить участие человека в управлении работой отопительных устройств. Автоматика горелки обеспечивает не только включение горелки, но и контроль безопасной эксплуатации: при возникновении аварийной ситуации горелка выключается автоматически, а повторный пуск возможен только после устранения неисправности. Каждая АБГ имеет газовый мультиблок (газовую рампу горелки). Это достаточно компактное устройство включает в себя:

* реле, выключающее горелку, когда давление на ее входе оказывается ниже установленного значения (при восстановлении рабочего давления горелка включается автоматически);

* газовый фильтр;

* стабилизатор давления газа, поддерживающий постоянное давление газа на выходе из мультиблока при изменении входного давления;

* регулятор расхода газа 1-й и 2-й ступеней мощности горелок;

* регулятор стартового давления газа.

В состав АБГ входит также реле давления воздуха, контролирующее работу вентилятора. При останове электродвигателя это реле выключает горелку. Во всех АБГ (кроме одноступенчатых) имеется сервопривод управления, воздушной заслонкой. Он меняет положение заслонки в тех случаях, когда необходимо изменить количество воздуха, идущего на горение.

В схему АБГ уже заложена функция оптимизации работы горелок при различных нагрузках, что устраняет необходимость в квалифицированном обслуживающем персонале.Кроме того, автоматизированные блочные горелки отличаются компактностью, удобны при осмотрах и замене отдельных узлов. Конструкции горелок позволяют производить (при необходимости) очистку некоторых деталей без разборки узла подвода топлива и демонтажа горелки. Заменяемые детали таких горелок обычно исключают возможность неправильной сборки, самопроизвольного перемещения или разъединения деталей. Кроме чисто внешней разницы между атмосферными и вентиляторными горелками, имеется еще и существенное различие в качестве топочного процесса. При их использовании мы имеем дело с диффузионным горением; его скорость определяется скоростью смешения топлива и воздуха. Атмосферные горелки с полным предварительным перемешиванием топлива и воздуха создают кинетическое горение, скорость которого целиком зависит от уровня температур.Одна из принципиальных моделей горения газа, реализуемая вентиляторными горелками. Природный газ, подаваемый по центральному каналу, образует газовое ядро . Воздух, поступающий по периферийному каналу, создает кольцевой поток . Одна зона – это объем, в котором присутствуют природный газ и продукты сгорания, а другая зона – смесь воздуха и продуктов сгорания. Промежуточное положение между атмосферными и вентиляторными занимают горелки с неполным или частичным предварительным смешением, когда до выхода в топку газ смешивается только с частью необходимого для полного сгорания топлива, а остальной воздух подается в факел уже в камере горения. Этот режим часто называют диффузионно-кинетическим.

В практическом плане способ смешивания топлива с воздухом приводит к следующим результатам: при диффузионном и диффузионно-кинетическом режимах горения получается вытянутый светящийся факел. Более длинный факел наблюдается у горелок без предварительного смешения. В отличие от этого, горелки с полным предварительным смешением газа и окислителя дают короткий, а в некоторых конструкциях –практически невидимый факел. Такие горелки даже условно называют беспламенными.

Если процесс перемешивания топлива с воздухом полностью или частично происходит в камере сгорания, немаловажное значение имеет характер воздушного потока: по этому признаку вентиляторные горелки делятся на прямоточные и вихревые. В первых структура факела зависит от формы устья горелки, которая может быть прямоточной, щелевой или круглой. Вихревые горелки могут иметь только круглое выходное сечение, но степень крутки будет определяться конструкцией лопаточного аппарата (последний может иметь тангенциальный подвод воздуха, а угол наклона горелок определяет степень ≪раскрытия≫ вихревого факела).

В последние годы в связи с обострением конкуренции на мировом рынке отопительного оборудования ведущие изготовители газовых горелок и отопительных котлов ищут новые оригинальные идеи, стараясь заинтересовать потенциальных потребителей всё более удобным и эффективным оборудованием.

Так, например, немецкая фирма Vaillant свои новые напольные котлы типа оборудует газовыми атмосферными горелками с частичным предварительным смешением и теплопроводящими керамическими стержнями. Наличие этих стержней в зоне максимального тепловыделения повышает стабильность воспламенения и улучшает экологические характеристики котла.

Мировые производители котлов небольшой мощности применяют и другие интересные решения в области организации сжигания газа

На котлах старого образца установливают газомазутные горелки марки ГМГ работающие на низком давлении газа.

Техническая характеристика горелок:

1. Номинальная тепловая мощность: 8,15 МВт (7 Гкал/ч),

(5,81 МВт, 5 Гкал/ч),

2. Коэффициент рабочего регулирования по тепловой мощности: 7 (5),

3. Давление мазута перед форсункой: 2 МПа,

4. Давление газа перед горелкой: 25 кПа (3,8 кПа),

5. Аэродинамическое сопротивление горелки при tв = 30 оС: 1,1 кПа

(1,2),

6. Вязкость мазута перед форсункой, оВУ, не более 3,

7. Коэффициент избытка воздуха за топкой: – мазут: 1,1 (1,15),

– газ: 1,05,

8. Давление пара на распыливание мазута: 0,3 ч 0,5 МПа (0,1 ч 0,2),

Горелка газомазутная модернизированная конструкции ЦКТИ предназначена для сжигания природного газа и мазута. Горелка состоит из газовоздушной части, промеханической форсунки, лопаточных завихрителей первичного и вторичного воздуха, монтажной плиты и заглушки для закрывания форсуночного канала при снятии форсунки. Закрутка воздуха в горелке обоими регистрами производится в одну сторону. Стабилизатором пламени служит конический керамический туннель.Розжиг горелки производят при закрытых воздушных шиберах: плавно открывают запорное устройство на газопроводе, после воспламенения газа — шибер первичного воздуха, а затем с помощью шибера вторичного воздуха и регулирующего устройства на газопроводе устанавливают заданный режим. Во избежание срыва факела при пуске тепловая мощность горелки не должна превышать 25—50 % от номинальной, а давление газа должно быть больше давления вторичного воздуха. При переходе' на жидкое топливо предварительно устанавливают форсунку, подают в нее пар, а затем мазут под давлением 2—5 кгс/см². После его воспламенения отключают газ и производят регулировку режима. Для перехода с жидкого на газовое топливо снижают давление мазута до 2— 5 кгс/см² и постепенно подают газ. После воспламенения газа прекращают подачу мазута, устанавливают заданный режим работы на газе, затем удаляют мазутную форсунку и закрывают торцевое отверстие канала заглушкой.

При работе на мазуте в пределах 70 – 100 % от номинальной тепловой мощности достаточно его механического распыления, а на более низких нагрузках для распыления применяют пар давлением 1 – 2 кгс/см2. Расход пара 0,13 кг/кг. Для распыления не рекомендуется использовать высоко влажный пар (увеличение влажности снижает качество распыления) и пар с температурой более 200 °С (возрастает опасность коксования распылителей). Угол раскрытия факела 67—75 °С.

Розжиг котельного агрегата работающего на газу.

Перед розжигом котла, при работе на газе необходимо:

- проверить исправность газопровода и установленной на нём арматуры (вся запорная арматура на газопроводах должна быть закрыта, а продувочные “свечи” – открыты);

- продуть газопровод через продувочную “свечу”, постепенно открывая задвижку на ответвлении газопровода к котлу, после продувки “свечу” закрыть;

- убедится в отсутствии утечки газа из газопроводов, газового оборудования и арматуры;

- проверить по манометру отсутствие давления газа и воздуха перед горелкой;

- отрегулировать тягу разжигаемого котла, установив минимальное разряжение вверху топки на уровне 1,0-1,5 мм. вод. ст.

Перед разжиганием котла, работающие на жидком топливе, температуру топлива нужно привести к величине, установленной инструкцией.

Паровую линию к форсункам необходимо прогреть.

Розжиг котлов при сжигании газообразного и жидкого топлива.

Котлы разжигают на протяжении времени, установленного администрацией, при слабом огне, уменьшенной тяге, закрытом паровом вентиле и открытом предохранительном клапане или вентиле для выпуска воздуха. Во время розжига котла необходимо обеспечить равномерное прогревание его элементов, а если котлы имеют устройство в нижнем барабане для подогрева воды, то необходимо его включить.

Розжиг газовых горелок.

Розжиг газовых горелок следует проводить в таком порядке:

- внести в топку (через лючок) к газовыпускным отверстиям горелки зажжённый запальник;

- подать газ, медленно открывая, рабочий" кран (задвижку) перед горелкой и следя, чтобы газ загорелся;

- установить давление газа на горелку (30% по режимной карте),

- отрегулировать горение (подачей воздуха и регулируя разрежение) по цвету и характеру пламени,

- после получения устойчивого факела запальник погасить и удалить из топки.

Если во время розжига пламя запальника или горелки погасло, необходимо немедленно прекратить подачу газа на горелку, запальник погасить и удалить его из топки, провентилировать ее и газоходы на протяжении 10-15 мин. Только после этого можно снова приступить к розжигу горелки.

При наличии в котле нескольких горелок, розжиг их осуществляется

последовательно в таком порядке, чтобы не делать температурных перекосов в топке.

Если во время розжига погаснут все или часть разожженных горелок, следует немедленно прекратить подачу газа к ним, погасить за

пальник и вынести его из топки, провентилировать топку и газоходы

на протяжении 10-15 мин. Только после этого можно повторно разжигать горелки.

12.4 Наладка газового оборудования котельной.

Предварительная подготовка к наладочным работам состоит в проверке исправности газового оборудования, соответствия газого-релочных устройств проектным данным.

Общекотельные работы заключаются в проверке вспомогательного оборудования, взрывных клапанов, контрольно-измерительных приборов и системы автоматики и сигнализации. При эксплуатации котельной установки: а) осуществляется теплотехнический контроль и регулирование параметров работы котлоагрегатов; б) производится поддержание котлоагрегатов и оборудования в рабочем состоянии в течение определенного периода (например, в течение отопительного сезона); в) обеспечивается безопасность, долговечность и надежность работы котлов. Если оборудование исправно и котел залит до нужной отметки водой, оператор приступает к пуску котла. Если газопроводы и газовое оборудование котельной находились в ремонте или на консервации, пуск котлов следует производить, лишь при положительных результатах пневматического испытания системы с проверкой плотности всех отключающих устройств. Остановка котельной на длительный период производится в соответствии со специальной инструкцией с выключением всех котлов, выпуском воды и консервацией котельного оборудования. На каждой нитке оборудования закрыть все задвижки и краники импульсных линий;

Газовое оборудование и приборы автоматики ПМА обслуживает персонал диспетчерского пункта или газовой службы. проверяют отсутствие утечек газа в помещении котельной, техническое состояние котлов и газового оборудования, качество горения газа в топке и соответствие температуры горячей воды отопительному графику;

Считается, что при нормально организованной эксплуатации газового оборудования котельной утечки газа в помещении котельной ничтожны и их можно не учитывать, при расчете воздухообмена, за вычетом объема, занятого оборудование. Работы, связанные с технической проверкой газового хозяйства и ремонтом оборудования, могут быть по договору переданы службе облгаз. Ответственные за газовое хозяйство лица осуществляют необходимые меры безопасности и содержания газового оборудования в исправном состоянии. В их обязанности входят: а) организация и проведение системы планово-предупредительного ремонта (ППР) газового оборудования; б) обеспечение строгого выполнения производственных инструкций обслуживающим персоналом; в) ведение технической документации и форм отчетности по газовому хозяйству; г) организация периодической проверки знаний персоналом производственных инструкций и правил безопасности в газовом хозяйстве; д) обеспечение обслуживающего персонала и ремонтной бригады защитными и спасательными средствами, взрывобезопасным инструментом и лампами; е) контроль за ведением сменных журналов и документами по профилактическому обслуживанию; ж) контроль за состоянием запорных устройств в котельной, дымоотводящих и вентиляционных установок; з) организация учета неполадок в работе оборудования, утечек газа и аварий, а также анализ причин неполадок и аварий и принятие мер к предотвращению их повторения; и) представление в газоснабжающую и контролирующую организацию актов ревизии технического состояния газового и котельного хозяйства своего предприятия; к) принятие мер к своевременному выполнению предписаний газовой технической службы и Гостехнадзора. Ответственное лицо имеет право: а) отстранять от работы лиц, нарушающих правила эксплуатации и ремонта газопроводов и газового оборудования и инструкции по технике безопасности; б) немедленно прекращать подачу газа к отдельным агрегатам цехов в случае возникновения опасности дальнейшего пользования газом; в) ставить перед руководством предприятия вопросы, связанные с проведением и материально-техническим обеспечением работ по эксплуатации и ремонту газового хозяйства; г) требовать проведения в жизнь планов и графиков ремонтных работ и профилактических мероприятий; д) осуществлять контроль за качеством работ, выполняемых службой облгаз по договору с предприятием, и ставить в известность инспектирующие органы о допущенных нарушениях правил безопасности при производстве этих работ.

Применение индивидуального вспомогательного оборудования котлов уменьшает эксплуатационные расходы вследствие повышения коэффициента загрузки оборудования. Котельные агрегаты и газовое оборудование должны находиться под постоянным наблюдением, а во время ремонта или перерыва в работе газовые задвижки необходимо снабжать предупредительной надписью.В процессе обучения ответственные лица должны изучить правила эксплуатации газового хозяйства, требования к газопотребляющим агрегатам и устройствам для сжигания газа, инструкции по обслуживанию газового оборудования. Операторы котлов, работающих на газовом топливе, проходят подготовку и повышение квалификации на предприятии без отрыва от производства и в особых случаях (при замене технологического оборудования) направляются для обучения в учебно-методические комбинаты и группы производственно-технического обучения