книги из ГПНТБ / Чепель В.М. Сжигание газов в топках котлов и печей и обслуживание газового хозяйства предприятий

Диффузионные горелки

Наиболее простые по конструкции диффузионные горелки раз­ личной формы могут быть выполнены из металлических труб с на­

в горелках с более крупнымиотверстиями и при расположении самих горелок, в так называемых «холодных топках», где горелка

и оседание сажи на поверхности нагрева котла.

Диффузионные горелки указанной конструкции могут вы­ полняться с одним и двумя рядами отверстий, располагаемых в последнем случае, под углом в 30° по обе стороны от верхней образующей трубы горелок. Горелки могут быть литые, из чугуна, и с фарфоровыми или керамическими наконечниками — соплами для выхода газа, с одним или несколькими отверстиями, менее подверженными оплавлению, прогоранию и засорению, чем отверстия в металле. При небольшой тепловой нагрузке горелок тонкие струйки газа, вырывающиеся из отверстий с определенной скоростью, подсасывают к себе со всех сторон воздух и, переме­ шиваясь с ним, быстро сгорают сине-голубым мало светящимся пламенем.

При увеличении подачи газа количество воздуха, могущее соединиться с газом у корня факела, сокращается, перемешивание его со всей массой газа ухудшается, факел пламени резко уве­ личивается и становится яркосветящимся, золотисто-соломен­ ного цвета. Это происходит, если пламя свободпо может раз­ виваться в объеме топки и нс касается, например, стенки котла, охлаждающей его. В последнем случае пламя становится менее ярким, коптящим, красноватого цвета, что указывает на большую неполноту сгорания газа и выделение сажи. При дальнейшем увеличении подачи газа в горелку, вследствие очень большой скорости вытекания газа пз отверстий горелки, движение его из прямоструйного переходит в вихревое (турбулентное), что спо­ собствует лучшему перемешиванию газа с воздухом. Пламя при этом сокращается, становится неровным, свечение его умень­ шается, приобретает снова сине-голубую окраску, при этом горелка сильно шумпт, и пламя начинает отрываться от го­ релки;' наступает опасный момент полного отрыва пламени от горелки, что недопустимо.

Горелки этого типа могут работать на давлении газа в 30—40 мм вод. ст. и ниже, с коэффициентом избытка воздуха а = 1,2—1,6, с потерей на химический недожог 0,5—1,2%. Горелки изготавли­ ваются на производительность от 1 до 10 нм3и более газа в час.

В последнее время в котельных и печных установках полу­ чили распространение горелки внешнего смешения, предложен­ ные Институтом использования газа Академии наук Украин­ ской ССР, получившие название щелевых или подовых, потому что они могут устанавливаться в поду печей или на колосни­ ковых решетках котлов. На рис. 63 представлено устройство горелки такого типа конструкции института «Лепгипроинжпроект» для сжигания природного газа в котлах, располагаемых на колос­ никовой решетке котла. Горелка состоит из стальной трубы дна-

Газ, подводимый к горелке, вытекает из отверстий и смешивается в ' щели между огнеупорными блоками с воздухок, подаваемым при помощи вентилятора, с которым топки работали и на твер­ дом топливе. Давление газа перед горелкой должно составлять 90 мм вод. ст., а давление воздуха 60—100 лш вод. ст. Горелки, рассчитанные на производительность от 40 до 63 нм3/час, имеют

На одной из электростанций УССР, переоборудованной с твердого топлива на природный газ, на большинстве котлов были уста­ новлены горелки указанного выше типа. В результате переобору­ дования к. и. д. котлов был повышен с 63 до 85%.

Немалое распространение имеют и горелки, конструкции ко­ торых представляют собой различные комбинации двух труб — газовой н воздушной, с подачей в последнюю воздуха от венти­ лятора. Основные схемы конструкций и особенности таких го­ релок были изложены выше (см. рис. 56). Работа таких горелок отличается тем, что сгорание газа происходит в одном большом

на низком и среднем давлении газа с коэффициентом избытка воздуха а = 1,2 — 1,6 и почти полном сгорании газа. Произво­ дительность горелок определяется их размерам и может быть очень значительной.

152 Глава VI

В г. Куйбышеве нашла широкое применение диффузионная горелка с кольцевым выходом и закручиванием газа, разработан­ ная Куйбышевским индустриальным институтом совместно с филиалом Гипроавиапрома (рис. 64). Она предназначена для сжигания природных (в том числе и попутных) газов и выпу­

диаметром от 80 до 225 мм, заключенного в корпусе 2, в который по штуцеру 3 поступает газ.

Рис. 64. Диффузионная горелка с кольцевым выходом для природного

газа:

1 — внутренний цплпндр; 2 — корпус горелки; з — штуцер гаэа; 4 — тангенциаль­ ные щели; 5 — окно для воздуха; в п 7 — регистры.

По кольцевому пространству, между стенками цилиндра и корпуса., газ проходит к тангенциально прорезанным щелям 4, через которые тонкими струйками вытекает в топку, имея враща­ тельное движение и хорошо смешиваясь с воздухом, половина которого проходит внутри цилиндра, а половина через внешнее кольцевое окно 5.

Шестилетний опыт эксплуатации этих горелок в г. Куйбы­ шеве показал их устойчивую работу и возможность сжигания природного газа с избытком воздуха, равным при испытаниях а = 1,05—1,1 и в рабочих условиях, при отсутствии контрольноизмерительных приборов, а = 1,2—1,4 при незначительной вели­ чине химической неполноты сгорания. Только при повышении теплового напряжения топочного пространства более 470 тыс.. ккал/м3 час, химическая неполнота сгорания газа резко возрастает.

Во всех случаях применения этих горелок отмечено повышениепроизводительности котлов на 20—30%, по сравнению с работой, их на твердом топливе. Однако следует учитывать, что уменьше­ ние силы тяги в топке ниже указанных выше величин недопустимо- и резко влияет на качество сжигания газа, приводя к неполному его сгоранию.

Достоинством горелок внешнего смешения является простота! их устройства и устойчивость пламени, что позволяет работать, на разных нагрузках, даже самых малых, не опасаясь проскока пламени, так как горение газа внутри горелки без воздуха невоз­ можно. При злом регулирование нагрузки горелок производится очень просто, путем изменения подачи количества газа. Однако, при уменьшении нагрузки горелок, у которых подача воздуха производится при помощи вентилятора, необходимо уменьшить- и подачу воздуха во избежание отрыва пламени от горелки струен воздуха. То же при увеличении нагрузки диффузионных горелок нельзя допускать их работы на давлении газа большем, чем ука­ зано в местной эксплуатационной инструкции, так как с повыше­ нием давления газа перед горелкой возрастает скорость вылета струи газа и можно оторвать пламя от горелки. Светящееся пламя горелок обладает большой прямой отдачей тепла путем луче­ испускания. Недостатком диффузионных горелок является работа большинства горелок со значительными избытками воздуха (а = = 1,2—1,6 и более), снижающими температуру горения. При этом сгорание газа происходит обычно не совсем полное. Факел светящегося пламени получается длинным, требующим большой высоты (или длины) топочного пространства.

Инжекционные горелки низкого давления

Инжекционные горелки низкого давления являются горелками неполного или частичного смешения. Эти горелки работаютна газе низкого давления, и количество подсасываемого в них газом первичного воздуха составляет только часть — 30—60% от всего количества воздуха, необходимого для полного сгорания газа. Струя газа под давлением поступает из газопровода в го­

•скоростью, при этом газ захватывает с собой воздух, в результате чего в инжекторе смесителя 2 создается разрежение, благодаря которому и происходит подсос в пего окружающего воздуха и смешение его с газом. Далее газовоздушная смесь проходит через горло смесителя (узкая часть), выравнивающее струю ■смеси, и затем переходит в его расширяющуюся часть — диф­

в виде ряда маленьких факелов голубовато-фиолетовым пламенем

Рис. 65. Иижекцпониая горелка низкого давления:

(7 — газовое сопло; 2 — смеситель; з — регулятор первпчпого воздуха (шайба); 4 — горелочные отверстия.

•с внутренним конусом зеленовато-голубого цвета, что характери­ зует полное сгорание газа. Количество первичного воздуха, засасываемого струей газа в горелку, регулируется при помощи

.диска или шайбы 3, вращающейся на резьбовой поверхности

•сопла.

При вращении шайбы вправо расстояние между шайбой и инжектором смесителя будет уменьшаться, сокращая поступление воздуха; при вращении шайбы влево (от себя) поступление воз­ духа будет увеличиваться.

При уменьшении подачи первичного воздуха скорость горения

•смеси будет снижаться, а пламя увеличиваться, и кончики факелов пламени станут желтого цвета. Этот момент будет соответствовать наименьшей подаче первичного воздуха, при которой пламя ста­ новится светящимся.

При дальнейшем уменьшении подачи первичного воздуха пламя увеличится в несколько раз и целиком станет светящимся

желто-соломенного цвета. Хотя такое пламя и обладает большой отдачей тепла путем излучения, однако в этом случае получить полное сгорание газа будет труднее и возможно только при боль­ ших избытках воздуха и при обязательном условии, что пламя не будет касаться стенок котла. При этом пламя должно быть светло-соломенного цвета.

П о т е м н е н и е п л а м е н и и п о я в л е н и е н а е г о к о н ц а х к р а с н о в а т о г о о т т е н к а и к о п о т и —

и о с е д а н и ю с а ж и н а п о в е р х н о с т и н а г р е в а к о т л а .

При увеличении подачи первичного воздуха больше нормаль­ ной пламя уменьшится, станет более прозрачным и начнет отрываться от горелки; при этом горелка будет сильнее гудеть. Отрыв пламени бывает неполный, когда газовоздушиая смесь горит на некотором расстоянии от горелки. При таком горении газа неизбежно получается большой химический недожог с обра­ зованием окиси углерода.

П р и п о л н о м о т р ы в е п л а м е н и н а с т у п а е т о п а с н о е п о л о ж е н и е , к о г д а в о з м о ж н о з а г а ­ з о в а н и е т о н к и д ы м о х о д о в к о т л а .

Поэтому работа горелок хотя и должна проводиться при возможно большей подаче первичного воздуха, допускаемой для данной горелки, однако не на такой подаче, при которой работа горелок становится неспокойной и появляется опасность проскока и отрыва пламени от горелки, тем более, что отрыву пламени может способствовать увеличение давления газа перед горелкой и силы тяги в топке.

Инжекционные горелки неполного смешения низкого давле­ ния, так же как и другие инжекционные горелки, имеют свойство саморегулировки, т. е. обеспечивают постоянство пропорции между количеством поступающего в горелку газа и количеством подсасываемого ими первичного воздуха. Предположим, напри­ мер, что горелка работает на каком-то давлении газа и подсасы­ вает на каждый 1 м 3 поступающего в нее газа 3 м 3 воздуха, т. е. в три раза больше, или, как говорят, горелка работает с коэф­ фициентом инжекции, равным 3. Если при неизменном положении

засасываемого в горелку, будет в 3 раза больше. Таким образом, пропорция между газом и воздухом, или коэффициент инжекции, не изменится, и качество сгорания газа не ухудшится.

Отсюда следует, что если подача воздуха в горелку при по­ мощи шайбы будет отрегулирована по цвету пламени или пока­ занию газоанализаторов на полное сгорание газа и горелка рабо­

тает спокойно, без шума, то дальнейшее изменение ее нагрузки можно производить, увеличивая или уменьшая только подачу газа при пом&щи крана или задвижки, не меняя положения воз­ душной шайбы.

О д н а к о п о в ы ш а т ь д а в л е н и е г а з а п е р е д , г о р е л к о й в ы ш е у с т а н о в л е н н о г о д л я д а н ­

н е м е д л е н н о п р и в е д е т к п р о с к о к у п л а м е н и

в г о р е л к у .

Изменяя режим работы горелки, необходимо следить за устой­ чивостью ее пламени, так как на характер горения газа в горел­ ках неполного смешения низкого давления влияет не толькоколичество подаваемого в нее первичного воздуха, но и коли­ чество вторичного воздуха, поступающего в топку, и изменение силы тяги. Так, например, с увеличением силы тяги в топкеувеличивается степепь подсоса первичного воздуха, т. е. коэф­ фициент инжекции, и наоборот. Отсюда возможен отрыв пламени от горелки или проскок пламени в нее. Следовательно, для сохра­ нения устойчивой работы горелки, в зависимости от характера пламени, при изменении нагрузки горелки, возможно, придется изменить п силу тяги в топке или коэффициент инжекции, т. е. количество первичного воздуха по отношению к количеству поступающего в горелку газа, путем изменения положения шайбы.

Работа инжекцпонных горелок низкого давления зависит от теплотворной способности газа. Как известно, с увеличением теплотворной способности газа требуется и большее количество воздуха для его сгорания, а следовательно, и первичного воздуха должно подсасываться в горелку больше. Для этого требуется более высокое давление газа на входе в горелку. Так, например, если при сжигании газа с низшей теплотворной способностью в 4000 ккал/нм3 достаточно давление газа перед горелкой в 63 мм вод. ст., то для газа с теплотворной способностью в 8400 ккал/нм9

Небольшие изменения в теплотворной ’ способности газа меньше влияют на работу указанных выше горелок, так как в них газ подсасывает только часть воздуха, необходимого для горения, а остальная часть (вторичный воздух) поступает в топку за счет силы тяги. Таким образом, изменяя количество вторичного воздуха, можно добиться удовлетворительного сжигания газа.

Горелки типа, указанного на рис. 65, получили большое распространение в отопительных секционных котлах, переобо­ рудуемых с твердого топлива на газ. Так, например, горелки

•конструкции института «Ленгипроинжпроект» рассчитаны на рас­

При работе этих горелок на смеси сланцевого газа с природ­ ным, с общей калорийностью до 5000 ккал/пм3, они могут рабо­ тать без смены газовых сопел, но при несколько меньшем дав­ лении газа. Для перевода горелок, работающих на сланцевом газе на смешанный или природный газы, с калорийностью более 3000 ккал/пм3, необходимо сменить в них газовые сопла на другие с меньшим диаметром отверстия.

Горелки этого типа устойчиво работают на давлении газа от 30 до 200 мм вод. ст., причем часть этих горелок вместо коллектора имеет па конце смесителей выходной насадок (головку) различной

•формы. Корпус горелок может быть литой из чугуна или сварной из стали, сопла делаются из бронзы, а остальные детали — из стали.

Инжекциопные горелки низкого давления неполного смешения отличаются простотой устройства, обслуживание их несложно; они могут работать на низком давлении газа, не требуя специаль­ ной установки и затраты энергии на подачу первичного воздуха. Недостатком этих горелок является работа с повышенным избыт­ ком воздуха от а = 1,2 до а = 1,5 и нередко еще больше, осо­ бенно если вторичный воздух подводится не к пламени горелок, а поступает в топку неорганизованно через щели, отверстия для

Следует иметь в виду, что правильно расположенные и хорошо сконструированные горелки низкогодавления при умелом обслу­ живании могут работать с меньшим избытком воздуха (до а =

шения часто называются факельными или атмосферными горел­ ками.

Инжекциоипые горелки высокого давления

Ишкекционные горелки высокого давления по своему устрой­ ству и принципу работы в основном не отличаются от иижекционных горелок низкого давления. Эти горелки работают на среднем давлении газа и способны инжектировать (подсасывать) пол­ ностью необходимый для горения газа воздух, почему они и назы­ ваются горелками полного смешения.

Вследствие хорошего перемешивания газа с воздухом в этих горелках они, как было сказано выше, способны обеспечить наиболее полное сгорание газа при наименьших избытках воз-

Рнс. 66. Ишкекциоииая горелка высокого давления ппстптута «Стальпроект»:

духа против других горелок. Наиболее распространенной"горел­ кой высокого давления является горелка института «Стальпро­ ект», приведенная на рис. 59 и 66. Горелки «Стальпроекта» (рис. 66) выпускаются 14 размеров с диаметром подводящего

8400 ккал/нм3 при давлении газа до 0,3 (3000 мм вод. ст.) и 0,5 ати (5000 мм вод. ст.). Расход коксового газа в зависимости от размера горелок при давлении в 0,3 ати составляет от 12,6 до 510 нм3/час й при давлении в 0,5 ати — от 16,2 до 657 нм3/час. Расход природного газа при давлении газа в 0,3 ати — от 3,5.

до 136 и при 0,5 ати — от 4,3 до 173 нм3/час.

Для горелок, работающих на коксовом газе, диаметр газо­ вого сопла, в зависимости от их размера, изменяется от 4 до 25,6 мм, а у горелок, рассчитанных для работы на природном газе, — от 2,3 до 14,5 мм. Следовательно, горелки при работа