2. Горелки с частичным смешением газа с воздухом

Эти горелки снабжены укороченными смесителями, в которых происходит частичное смешение. Смешение продолжается и завершается в факеле в процессе горения.

Горелки, работающие по этому принципу, широко применяются в энергетике для сжигания природные газов.

В горелках с частичным смешением для низкокалорийных газов (рис. 29) из-за соизмеримых расходов газов и воздуха газы и воздух подаются чередующимися плоскими потоками через каналы в форкамеру, в каналах которой начинается смешение и горение. Процесс смешения и горения продолжается и завершается в выходных каналах. Сечение туннеля горелки определяется по количеству продуктов сгорания и их скорости, принимаемой в пределах 30-40 м/с.

По способу подачи воздуха горелки делятся на инжекционные и дутьевые (с принудительной подачей воздуха). В соответствии с этим различают горелки низкого давления газа (до 5 кПа), среднего (5 кПа-0,3 МПа) и высокого (более 0,3 МПа). Инжекционные горелки бывают т олько низкого и среднего давлений.

Рис. 29. Горелка для сжигания доменного газа.

Горение топлива в виде газа определяется способом и скоростью его смешения с воздухом (кислородом). Для небольших отопительных котлов обычно монтаж системы газового отопления подразумевает атмосферные и вентиляторные горелки.

Принцип действия газовой горелки показан на рис. 30.

Рис. 30. Принцип действия и устройства газовой горелки.

Примеры горелок и их основные части показаны на рис. 31.

Рис. 31. Примеры некоторых газовых горелок и их основных элементов.

На рис. 32 показаны основные принципиальные схемы газовых горелок. В инжекционной горелке (рис. 32, а) вытекающий из сопла газ эжектирует (подсасывает) воздух и перемешивается с ним. Газо-воздушная смесь в инжекционной горелке горит в непосредственно примыкающей к ней насадке (туннеле) из огнеупорного материала. Из-за высокой температуры внутренней поверхности насадки горение готовой газо-воздушной смеси протекает почти мгновенно и завершается внутри насадки. По этой причине такие горелки получили условное название беспламенных.

Рис. 32. Конструкции и принцип действия некоторых газовых горелок.

Объем топочной камеры, приспособленной к беспламенному сжиганию газа, может быть значительно уменьшен, и при выборе габаритов камеры исходят не из необходимости обеспечить завершение в ней процесса горения, а из условия получения наибольшей площади поверхности нагрева.

Расход газа через горелку в зависимости от ее конструкции может меняться в широких пределах - от 0,5 до 1000 м³/ч и выше. Длина насадки доходит до 1 м, скорость газо-воздушной смеси достигает 30-80 м/с. Инжекционные горелки устанавливают под котлами паропроизводительностью менее 2,75 кг/с (10 т/ч). Важное достоинство горелок этого типа - отсутствие вентиляторов для подачи воздуха, что сокращает расход электроэнергии на обслуживание котлоагрегата.

Схема простейшей горелки с принудительной подачей воздуха показана на рис. 32, б. В ней в кольцевое пространство между внутренними трубами подается газ, а в кольцевое пространство между средней и наружной трубами поступает воздух, при этом конструкцией предусматривается завихрение газовых и воздушных потоков. Газ зажигается через внутреннюю трубу, через нее же наблюдают за работой горелки. Газ смешивается с воздухом в расширяющейся амбразуре, устроенной в обмуровке топки.

Процесс смешения существенно улучшается, если газ подавать мелкими струями, вытекающими из мелких отверстий (рис. 32, в).

Атмосферные горелки – это такие приборы, которые характеризуются предварительным смешиванием топлива и воздуха. В них не требуется дутьевой вентилятор.

Такие атмосферные горелки – это набор стержней, в которые подается газообразное топливо через специальный эжектор. Топливо-воздушная смесь приходит в камеру сгорания через специальные отверстия, которые распределены по верхней образующей стержней. Электроды зажигания предназначены для воспламенения топливо-воздушной смеси и в камере горения образуется много «факелочков» относительно низкой температуры. Обычно такими горелками снабжены и настенные, и напольные котлы.

Установка газового отопления и его функционирование при вентиляторных горелках организованы по-другому. Они отличаются тем, что имеют принудительную подачу воздуха при помощи специального вентилятора, а также точное регулирование подачи воздуха. Такие типы горелок используются только в котлах, имеющих закрытую камеру сгорания, которая часто работает под наддувом.

В вентиляторных (дутьевых, наддувных) горелках (рис. 33) происходит механическое перемешивание газа или жидкого топлива с воздухом под давлением, а также подача такой смеси в топку. Горелка такого типа обеспечивает максимальный (95-98%) КПД, не чувствительна к падению давления газа и имеет более привлекательную стоимость эксплуатации.

Вентиляторная газовая горелка для отопления дома подразумевает следующую систему функционирования: топливо смешивается с воздухом после того, как выходит из горелки. В настоящее время вентиляторные горелки являются высокоавтоматизированными, а также имеют блочное исполнение. Как правило, такие автоматизированные блочные горелки ставятся на автономных котельных установках, имеющих мощность от 5 кВт и выше. Благодаря этому участие пользователя в управлении системой отопления минимизируется и сводится к одному – требуется заказать газовое отопление и настроить его.

Автоматика вентиляторной горелки включает ее, а также контролирует безопасную эксплуатацию. Если появляется аварийная ситуация, горелка выключается в автоматическом режиме.

Рис. 33. Вентиляторные газовые горелки.

В каждой горелке такого типа есть газовый мультиблок. В него входят следующие компоненты: реле, которое выключает горелку, если давление на входе становится ниже установленного; фильтр газовый; стабилизатор газового давления, который должен поддерживать постоянное давление на выходе при изменении давления на входе; регулятор расхода газа; регулятор стартового давления.

Монтаж газового отопления с автоматизированными блочными горелками обеспечивает компактность и удобство. Благодаря конструкциям таких горелок при необходимости можно очищать некоторые детали без разборки узла подвода топлива и непосредственно горелки.

Воздушный поток закручивается специальным лопаточным завихрителем. Смешение газа с воздухом заканчивается в пределах амбразуры.

Кроме чисто газовых горелок в некоторых установках применяют горелки для совместного сжигания газа и мазута или комбинированного сжигания низкокалорийного газа с пылевидным топливом и другие.

Рис. 34. Пример подключения газовой горелки к котлу.

Для надежной и экономичной работы котельного агрегата важен не только тип горелки, но и их количество. Как правило, в топках котлоагрегатов устанавливают несколько горелок. Это необходимо для того, чтобы факел максимально заполнил топочный объем и можно было регулировать топочные процессы в требуемом диапазоне изменения теплопроизводительности при переменном режиме работы котельного агрегата. Каждый тип горелки имеет ограниченный диапазон регулирования по теплопроизводительности. Варьируя расход топлива и коэффициент избытка воздуха на каждой горелке в допустимых пределах, можно добиться определенной глубины регулирования и теплопроизводительности котлоагрегата.

Из других видов горелок можно назвать диффузионно-кинетичес-кие и комбинированные. Диффузионно-кинетические – это промежуточный вариант основных видов, принцип работы которого состоит в том, что воздух для сгорания топлива в камеру поступает лишь частично, а уже после добавляется в огонь.