5.4. Комбинированные горелки

В мощных котлоагрегатах газообразное топливо обычно сжига­ется в топках, рассчитанных на два вида топлива: газ — мазут, угольная пыль — газ, поэтому широко используются комбиниро­ванные пылегазовые и газомазутные горелки.

В комбинированной пылегазовой горелке (рис. 5.23) природный газ через отверстия в кольцевой периферийной камере поступает в топку, а угольная пыль подается по центральному каналу.

Многочисленны варианты комбинированной газомазутной горелки. Газ через щели в центральной трубе или отверстия в кольцевой камере попадает в поток воздуха, подаваемого через завихритель . Благодаря этому происходит ча­стичное смешение газа с воздухом в амбразуре горелки. Мазутные форсунки имеют обычно механическое распыливание.

5.5 . Приборы контроля пламени

Приборы контроля наличия пламени используются для обеспечения безопасной работы газифицированных агрегатов подачей сигнала на срабатывание отсечных устройств при погасании пламени. Значение приборов контроля наличия пламени особенно возрастает при розжиге агрегатов, тем более что приборы контроля чаще всего агрегатируются с запальными устройствами, а большинство взрывов и хлопков происходит в момент первоначального розжига и значительное количество взрывов случается при повторных розжигах.

В настоящее время получили распространение в основном три метода контроля наличия пламени, которые условно могут быть названы термоэлектрическим, ионизационным и фотоэлектрическим, причем первый из них — термоэлектрический — в свое время наиболее распространенный, значительно уступил последним двум, из которых более часто применяется фотоэлектрический.

Фотоэлектрический метод контроля использует световое видимое и невидимое излучение пламени для изменения параметров фотодатчиков (фоторезисторов и фотодиодов).

5.6. Газоанализаторы

Поддержание оптимального режима работы топки котлоагрегата требует непрерывного контроля количественного состава дымовых газов, причем наиболее важным является определение содержания в них свободного (остаточного) кислорода, характеризующего достигнутое соотношение между расходами топлива и воздуха.

Приборы для количественного анализа газов называются газоанализаторами. Для определения состава дымовых газов в прибор подается проба газа, отобранная из газохода котлоагрегата. Содержание в ней отдельных компонентов измеряется газоанализатором в объемных единицах, выраженных в процентах общего объема газовой смеси.

При полном сгорании топлива дымовые газы содержит азот (N₂), кислород (О₂), двуокись углерода (СО₂), водяной пар (Н₂О) и в случае содержания в топливе горючей серь (S) — двуокись серы (SO₂). При неполном сгорании в дымовых газах дополнительно появляются горючие газы: окись углерода (СО), водород (Н₂) и метан (СН₄).

Примерное объемное содержание отдельных компонентов в дымовых газах котлоагрегатов дано в табл. №3.

Таблица №3

Обозначение газа	Объемное содержание, %
О2	0-10
СО2	12-18
SO2	0-1
CO	0-2
H2	0-1
CH4	0-0,1
N2	70-90

Зная состав горючих газов и реакции горения, можно подсчитать теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 м³ газа (т. е. для образования стехиометрической смеси).

Азот, содержащийся в воздухе, в горении не участвует и, нагреваясь, уносит значительное количество теплоты. Так как в воздухе содержится по объему около 21 % кислорода (О₂) и 79 % азота (N₂) и некоторых других газов, то теоретически необходимый для сжигания газа объем воздуха больше требующегося для реакции горения объема кислорода в 100:21=4,76 раза, а на каждый использованный кубический метр кислорода приходится 79: 21=3,76 м³ азота.

Если бы топливо состояло из одного углерода (С) и сгорало полностью при теоретическом количестве возду­ха, то в дымовых газах отсутствовал бы кислород (О₂).

Однако если в топку подавать только теоретически необходимое количество воздуха, то добиться полного сгорания топлива невозможно. Объясняется это тем, что трудно так перемешать топливо с воздухом, чтобы к каждой молекуле горючих было подведено необходимое количество молекул кислорода. Поэтому на практике приходится подавать воздуха больше, чем теоретически необходимо, т. е. работать с избытком воздуха. При этом часть воздуха проходит через топку, не реагируя с топливом. Это приводит к увеличению количества воздуха, необходимого для горения, и вызывает повышение содержания О₂ в дымовых газах. Размер избытка или недостатка определяется коэффициентом расхода воздуха , который показывает отношение действительного количества воздуха, расходуемого на горение, к теоретически необходимому, он не зависит от рода топлива, а зависит от способа сжигания топлива Например, если говорят, что двигатель работает при =1,5, это значит, что в камеру сгорания поступает воздуха в 1,5 раза больше теоретически необходимого.

Таблица 7.6.1.

Топливо	Объемное содержание О2, %
Природный газ	2
Мазут	3

В табл. 4 для различных энергетических топлив указаны средние оптимальные значения объемного содержания О₂ в дымовых газах. Если при сжигании топлива измерено при помощи газоанализатора объемное содержание в дымовых газах О₂ в процентах, то приближенное значение коэффициента избытка воздуха  может быть найдено по формуле

Таким образом, определение объемного содержания О₂ в дымовых газах позволяет контролировать значение коэффициента . Высокое содержание О₂ указывает на большой избыток воздуха, приводящий к увеличению потери с уходящими газами, и, наоборот, низкое содержание О₂ характеризует недостаток воздуха, вызывающий возрастание потерь тепла от химической неполноты горения.

Для более полного контроля процесса горения топлива наряду с О₂ при помощи газоанализаторов производится также определение СО, СО₂, Н₂ и других компонентов газов