книги из ГПНТБ / Иссерлин А.С. Газовые горелки

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 конструктив­ ные 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 пода­ ваться в качестве первичного либо часть его как первичный, часть — как вторичный.

Ввзбу»

Комбинированные горелки. В них возможно поочередное сжига­ ние нескольких видов топлива. Существуют горелки, рассчитанные на сжигание трех видов топлива. Некоторые конструкции комбини­ рованных горелок допускают одновременное сжигание двух видов топлива. Более широкое распространение получили пылегазовые и

газомазутные горелки.

* *

*

Из-за отсутствия нормативных данных на газовые горелки при­ ходится оценивать их качество по определенным требованиям, ко­ торые 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 пре­ дохранять 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

20

эффективностью, а переход с одного топлива на другое осуществ­ ляться в короткий срок;

6) горелки должны быть просты в изготовлении, надежны и безопасны в эксплуатации, удобны для ремонта и осмотра.

УСЛОВИЯ УСТОЙЧИВОЙ РАБОТЫ ГОРЕЛКИ

Устойчивость горения является существенным фактором, опре­ деляющим надежность работы газовых горелок. В практике сжига­ ния газа часто приходится сталкиваться с нарушением устойчивой работы горелок, вызываемым либо отрывом пламени от насадка горелки, либо проскоком пламени в ее смесительную часть.

Пламя сохраняет устойчивость, т. е. остается неподвижным от­ носительно насадка горелки, в тех случаях, когда в зоне горения устанавливается равновесие между стремлением пламени продви­ нуться навстречу потоку газовоздушной смеси и стремлением по­ тока отбросить пламя от горелки. Однако такое равновесие наблю­

душной смеси превосходит скорость распространения пламени и оно, отрываясь от горелки, полностью или частично гаснет. Он мо­ жет происходить и при розжиге или выключении горелок, а во время работы — из-за быстрого изменения нагрузки или при чрез­ мерном увеличении разрежения в топке и может иметь место у всех типов горелок.

Отрыв пламени приводит к загазованию топки и газоходов, а также к накоплению в помещении газов. Это может повлечь за собой взрыв в топочной камере или газоходах агрегата с после­

когда скорость истечения газовоздушной смеси из горелки меньше скорости распространения пламени. Чаще всего проскок происхо­ дит при неправильном зажигании и выключении горелки, а также при быстром снижении ее производительности. В результате про­ скока может произойти перегрев горелки или хлопок внутри нее, а также прекращение горения и загазование помещения. Проскок пламени может быть только у горелок с предварительным смеше­ нием газа и воздуха.

На рис. 5 в качестве примера даны кривые, показывающие пре­ делы отрыва и проскока пламени при сжигании природного газа в зависимости от величины избытка воздуха для инжекционной го­ релки среднего давления с диаметром насадка 35 мм. Приведенные

21

Уменьшение содержания первичного воздуха в смеси расширяет пределы устойчивого горения, так как возрастает значение скоро­ сти, при которой наступает отрыв, и уменьшается значение скоро­ сти, когда наступает проскок пламени. Таким образом, область устойчивого горения газа в горелке располагается между кривыми

горелок, особенно частичного предварительного смешения, оказы­ вает величина расстояния между отверстиями, при которой проис­ ходит надежное зажигание факелов друг от друга. В то же время

ас другой — отсутствовало слияние факелов.

Втабл. 3 для горелок низкого давления приведены максималь­ ные и минимальные расстояния между отверстиями, при которых

22

Значения максимальных и минимальных расстояний между осями горелочных отверстий для нормального распространения

и горения пламени

23

Таблица составлена по усредненным данным, так как для пере­ численных газов при определенных диаметрах горелочных отвер­ стий эти расстояния имеют близкие значения (по данным Л Н И И АКХ).

СТАБИЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ

Устойчивость пламени в большинстве промышленных горелок достигается применением специальных стабилизаторов, которые имеют различное конструктивное исполнение.

Предотвращение проскока пламени достигается увеличением скорости выхода газовоздушной смеси из насадка горелки и отво­

пламени.

Особое внимание следует обращать на расположение керами­ ческой горки. Практика эксплуатации показывает, что часто горка

осуществляется следующим образом. Струя газовоздушной смеси,

24

несколько повышая температуру продуктов горения. Непрерывная подача к корню факела раскаленных продуктов горения обеспечи­ вает устойчивое зажигание вытекающей из горелки холодной газо­ воздушной смеси.

Керамический туннель является надежным стабилизатором го­ рения, однако он требует тщательного изготовления и периодиче­ ского ремонта. Практика эксплуатации туннелей на предприятиях показывает, что они нуждаются в ремонте после 1,5—2 месяцев работы. Для ремонта туннеля необходима остановка агрегата на несколько дней. По действующим нормам предусматривается оста­ новка котла 3—4 раза в год для проведения текущего ремонта.

Необходимость ремонта туннеля вынуждает делать лишние оста­ новки котла.

Для ликвидации указанных выше недостатков керамических туннелей, устанавливаемых с инжекционными горелками среднего давления, Ленгипроинжпроект разработал кольцевые стабилиза­ торы к этим горелкам (рис. 7).

Принцип работы кольцевых стабилизаторов заключается в сле­ дующем: часть газовоздушной смеси в насадке горелки через от­ верстия малого диаметра попадает в кольцевой зазор между на­

имеет малую скорость и образует устойчиво горящее кольцо газа, поджигающее основной факел. Испытания инжекционных горелок с кольцевыми стабилизаторами показали, что при избыточном дав­

25

в 1,5 мм, через которые проходит газовоздушная смесь. Пакет пла­ стин вставляется в обойму, являющуюся насадком горелки, и за­ крепляется третьим стержнем.

Наличие узких щелей, которые интенсивно охлаждаются пото­ ком газовоздушной смеси, не допускает проскока пламени внутрь горелки. С другой стороны, расположенные поперек потока скреп­ ляющие стержни вызывают образование за ними вихревых токов горячих продуктов сгорания, обеспечивающих надежное поджига­ ние исходной газовоздушной смеси.

Для предотвращения проскока пламени часто насадок горелки

с изменением теплоты сгорания и плотности газового топлива, так как работа горелок на газе с теплотой сгорания и плотностью, от­ личающимися от расчетных, приводит к изменению тепловой на­ грузки и ухудшению условий сгорания. Рассмотрим особенности пересчета горелок различных типов.

Инжекционные горелки низкого давления ( а г < 1 , 0 ) . Для сохра­

нения неизменной тепловой нагрузки инжекционной горелки низ­ кого давления при переходе на газовое топливо иного состава не­ обходимо изменить диаметр газового сопла. Диаметр нового сопла, мм,

Когда располагаемое давление газа в сети достаточно для со­ хранения тепловой нагрузки горелки, можно (не меняя конструк­ тивных размеров) изменить давление газа перед горелкой. Новое давление, мм вод. ст.,

27

Однако в этом случае необходимо проверочным расчетом убе­ диться, что диапазон устойчивой работы горелки не будет меньше установленной величины.

Для сохранения неизменной тепловой нагрузки инжекционной го­ релки низкого и среднего давления при переходе на газ иного со­ става надо изменить диаметр газового сопла для обеспечения под­ сасывания необходимого количества воздуха. Новый диаметр, мм,

где Ѵ0 и Vi — теоретическое количество воздуха, необходимое для горения при заданном и измененном составе газа, м3 /м3 ; р в — плот­ ность инжектируемого воздуха, кг/м3 ; а и ai — коэффициенты из­ бытка воздуха на выходе из горелки.

Давление газа, которое необходимо поддерживать при измене­ нии диаметра сопла, мм вод. ст.,

28

лотой сгорания QH =6415 ккал/м3 и плотностью р г = 0 , 5 9 кг/м3 , чтобы тепловая нагрузка и коэффициент избытка воздуха остались без изменений. Величина Ѵо для смешанного газа составляет 7,2 м3 /м3 .

По формуле (3) диаметр газового сопла

(1+9,35-1,05) I( 1+9,35-1,05 1,25j \

/1,25 \ = 7,6 мм.

(1+7,2-1,05) [1+7,2 - 1,05ö^g - J

хранения расчетной тепловой нагрузки горелки с принудительной подачей воздуха необходимо изменить площадь газовыпускных отверстий, однако отношение скорости газа и скорости воздуха должно оставаться постоянным.

130 мм вод. ст., а воздуха — 60 мм вод. ст.

29