книги из ГПНТБ / Иссерлин А.С. Газовые горелки

определялись концентрации продуктов сгорания по оси факела. Ко­ эффициент избытка воздуха в опытах поддерживался равным 1,15, а скорость выхода газовоздушной смеси из насадка горелки — 25 м/сек. На рис. 38 представлены результаты этих испытаний. Из графика видно, что максимальная температура на оси факела до­ стигнута на расстоянии -^- =6,0. На этом же расстоянии, если су­ дить о выгорании в факеле по концентрации С 0 2 , в продуктах сго­ рания содержится около 90% СОг от теоретически возможного

пример, для горелки № 8M-I (d = 93,0 мм) горение в факеле закан­ чивается при а г = 1 , 1 5 уже на расстоянии / = 0,093X8 = 0,75 м от на­ садка горелки.

На рис. 7 показана инжекционная горелка среднего давления со стабилизатором в виде зажигательного кольца конструкции Ленгипроинжпроекта. Горелки этого типа имеют те же характери­ стики, что и обычные инжекционные горелки, рассмотренные выше. Кольцо стабилизатора, надевающегося на насадок горелки, выпол­ няется из жаропрочного чугуна. Иногда компонуют несколько го­ релок одинаковой производительности. Так, например, для уста­

келе инжекционных горелок с кольцевыми стабилизаторами сни­ мались поля газового состава. Известно, что о завершенности процесса горения в факеле прямоточных горелок можно судить по

80

распределению концентраций продуктов сгорания на его оси. По­

исследований была построена кривая (рис. 39). По оси абсцисс графика откладывался коэффициент избытка воздуха, а по оси

по достижению максимального содержания СОг в факеле и отсут­ ствию химической неполноты сгорания.

Следует отметить, что при малых коэффициентах избытка воз­ духа а г = 1 , 0 5 процесс горения затягивается и заканчивается пол­ ностью только на расстоянии 10 диаметров насадка от устья го­ релки. Увеличение избытка воздуха до а г = 1 , 2 значительно сокра­ щает длину факела, в этом случае горение заканчивается уже на расстоянии 6,5 диаметров от устья горелки. Поэтому выбор коэф­ фициента избытка воздуха на выходе из горелки должен произво­ диться исходя из конструктивных особенностей установок, исполь­ зующих газовое топливо. Так, для агрегатов, длина топочной ка­

вой компоновке рекомендуется принимать избыток воздуха на выходе из горелки а г = 1,05-г-1,1. Для установок, имеющих малую длину топочной камеры по направлению развития факела, реко­ мендуется принимать коэффициент избытка воздуха на выходе из горелки а г = 1,2.

Для сжигания природного газа в топках котлов и низкотемпе­ ратурных печах служат горелки среднего давления с пластинча-

тыми стабилизаторами типа ИГК (см. рис. 8) конструкции Мосгазпроекта. Горелки работают в диапазоне давлений газа 300— 6000 мм вод. ст. У горелок этого типа отпадает необходимость в туннеле. При нормальной работе горелок стабилизатор охлаж­ дается проходящей газовоздушной смесью, благодаря чему срок службы его достаточно велик. При выключении горелки нельзя закрывать воздушно-регулировочную шайбу во избежание пере­ грева стабилизатора. Эксплуатация горелок показала, что они спокойно зажигаются с полностью открытыми устройствами для подвода воздуха. К положительным качествам этих горелок сле­ дует отнести то, что сразу же после включения они могут рабо­ тать с полной нагрузкой, так как не нужно прогревать туннель.

тельности, отличаются простотой изготовления. Снижение уровня шума при расходах газа свше 50 м3 /ч достигается путем исполь­ зования многосопловых аппаратов. Характеристики горелок ИГК

инжекционные горелки среднего давления работают без потерь

Для расчета инжекционной способности горелки применяют уравнение

где А— объемный коэффициент инжекции, м3 /м3 ; dT — диаметр входного сечения смесителя, м; dc — диаметр сопла, м; р в — плот­ ность воздуха, кг/м3 ; рг — плотность инжектирующего газа, кг/м3 .

82

Таблица 32

Инжекционные горелки среднего давления ИГК

* Горелки снабжены четырехсоиловыми аппаратами.

Однако это уравнение, как показали исследования, проведен­ ные с участием автора, справедливо только при давлении инжек­ тирующего газа /?г = 5000 мм вод. ст. и отсутствии разрежения в топке (ST = 0 мм вод. ст.). Для режимов, отличных от указанных, необходимо вводить поправки к коэффициенту избытка воздуха, приведенные в табл. 33.

Для удобства построена номограмма (рис. 41), позволяющая наряду с поправками производить инженерный расчет инжекционной способности односопловых горелок. Так, если известны

Рис. 41. Номограмма для расчета инжекционной способности односопловых горелок среднего давления при рг =5000 мм вод. ст. и S T =0 мм вод. ст.

конструктивные размеры горелки, характеристики газа и условия работы горелки, то, пользуясь номограммой и табл. 32, можно проверить, будет ли горелка инжектировать достаточное количе­ ство воздуха для полного сгорания газа.

84

а 2000 =1,05+0,06+0,06=1,17; а = і ) 0 5 _ 0 , 0 4 + 0 , 0 1 = 1,02. Таким образом, во всем диапазоне работы горелки коэффициент избытка воздуха больше единицы.

Для уменьшения длины выступающих частей горелок были созданы многосопловые инжекционные горелки, в которых газ смешивается с воздухом на более коротком пути. Особенно рас­ пространены горелки конструкции тепловой лаборатории Москов­ ского автозавода им. Лихачева. Первоначально были разработаны две горелки типа ТЛ-100 и ТЛ-125 с индивидуальными смесите­ лями и общим охлаждаемым насадком. Насадок охлаждается га­ зом, поступающим затем на горение. Газ подается в смеситель через семь сопел, благодаря чему размер горелки уменьшается вдвое по сравнению с односопловыми инжекционными горелками. Горелки устойчиво работают с укороченными огнеупорными тун­ нелями. Характеристики этих горелок приведены в табл. 34. Ком­ пактность и хорошие эксплуатационные показатели этих горелок обусловили их применение на печах и сушилах.

Вместе с тем в процессе их эксплуатации выявлены и некото­ рые недостатки: большое гидравлическое сопротивление по тракту

* Горелка имеет семь сопел.

85

инжектируемого воздуха, перегрев насадка при временном отклю­ чении газа, недостаточная стойкость футеровки туннеля при уста­

воздуха и стабилизацию факела специальным конусом, в резуль­ тате чего отпадает необходимость в керамическом туннеле. Наса­ док горелки и закрытый центральный конус стабилизатора охлаж­ даются водой. Торец центрального конуса изолирован. Конус ста­

конструкции работает надежно. Диапазон'устойчивой работы горе­ лок увеличился за счет снижения значения критической скорости истечения газовоздушной смеси, при которой наступает проскок пламени. Отрыва пламени не наблюдалось при абсолютном дав­ лении газа до 1,5 ат.

хеева разработаны плоские многосопловые инжекционные горелки двух серий. Первая серия горелок, выполненная без охлаждения головки, состоит из четырех типоразмеров с тепловой нагрузкой от 0,425 до 1,25 млн. ккал/ч. Расчетное давление газа 4000 мм вод. ст. Вторая серия плоских горелок состоит из трех типоразмеров с теп­ ловой нагрузкой от 2,55 до 8,5 млн. ккал/ч при номинальном дав­ лении 6500 мм вод. ст. Горелки этой серии изготовляются либо

86

с чугунным литым, либо со сварным корпусом и литой водоохлаждаемой головкой.

Горелки рассчитаны на сжигание природного газа, однако при изменении диаметров газовых сопел и расчетного давления газа они могут быть использованы для сжигания попутных нефтяных

плоские многосопловые горелки в 2 раза короче и в 3 раза легче. Основные характеристики горелок приведены в табл. 35.

сварной корпус. Подача воздуха регулируется специальным шибе­

ДКВР-10-13. Горелки были установлены на фронте котла в гори­ зонтальном положении. Туннели горелок были выложены из ша­ мотного кирпича класса Б.

сжигании газа в плоских многосопловых горелках химический не­ дожог отсутствовал при коэффициенте избытка воздуха а = 1,05 и

87

разрежении в топке 0,5 мм вод. ст. Продукты сгорания в топке

величины, допускаемой санитарной инспекцией.

Оригинальная конструкция инжекционных горелок с перифе­ рийной подачей газа (ГИЛ) разработана в Л Н И И АКХ по автор­ скому предложению Ю. И. Лобынцева.

При конструировании горелок впервые осуществлены следую­ щие принципы: 1) периферийная подача активных струй газа под малым углом от стенки при осевом входе пассивного воздушного потока; 2) гидродинамически гладкие смесители малого диаметра круглого сечения, органически объединенные в одну горелку сото­ вого типа; 3) компоновка горелки в кладке агрегата с заглубле­ нием в нишу, что обеспечивает почти бесшумную работу. Горелки в сварном исполнении ГИЛ-1 разработаны в двух вариантах: ще­ левые и сотовые, а горелки из литых и штампованных деталей ГИЛ-2 — сотовые.

Горелки ГИЛ-1 щелевого типа нашли применение на установ­ ках небольшой мощности с расходами газа до 100 м3 /ч. Горелка (рис. 44) имеет щелевой цилиндрический смеситель, в передней части которого по периферии расположены в шахматном порядке газовые сопла. Подача газа на малом расстоянии от стенки и под малым углом от нее позволяет улучшить гидравлические характе­ ристики горелки, повысить ее инжекционную способность и умень­ шить чувствительность к колебаниям давления в топке.

0,9 ат. Диапазон устойчивой работы горелки большой (1:6). Про­ скок пламени в смесительную часть легко устраняется путем по­ вышения давления газа, и нет необходимости выключать горелку и вновь разжигать ее. Размеры горелки и масса выгодно отличают

чается от щелевой только формой сечения смесителя. Горелка со­ стоит из одинаковых смесителей малого диаметра, расположенных на расстояниях, обеспечивающих надежное зажигание друг от друга. Горелки различной производительности и назначения отли­ чаются только количеством и расположением элементов. Произ­ водительность одного элемента составляет около 7,5 м3 /ч. Наличие нескольких газовых сопел в каждом смесителе обеспечивает хоро­ шее смешение газа с воздухом, позволяя работать без потери

89