4. Горелки

Горелкой называется устройство, служащее для подачи топлива и воздуха, подготовки газовоздушной смеси и организации ее сжигания в топке или рабочем пространстве печи.

Основные требования, предъявляемые к горелкам:

- обеспечение полного сжигания топлива в пределах рабочего про­странства;

- обеспечение наивысшего уровня теплоотдачи к нагреваемому ма­териалу;

- обеспечение необходимого диапазона регулирования расхода газа и воздуха, т.е. устойчивость горения в широком диапазоне производительности (нет отрыва и проскока пламени);

- надежность и удобство эксплуатации;

- минимальное гидравлическое сопротивление на пути газа и воздуха.

Все горелки по способу приготовления газовоздушной смеси можно разделить на четыре основных типа:

1)горелки без предварительного смешения (приготовление смеси происходит в период горения); их называют диф­фузионными или пламенными (рисунок 1);

2) горелки с частичным предварительным смешением (рисунок 3);

3) горелки с неполным предварительным смешением газа и воздуха (атмосферные) (рисунок 15);

4) горелки с полным предварительным смешением газа и воздуха (кинетические или беспламенные) (рисунок 5).

4.1. ГОРЕЛКИ БЕЗ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО СМЕШЕНИЯ ГАЗА И ВОЗДУХА (ПЛАМЕННЫЕ)

К этому типу относятся:'

1) пламенные двухпроводные горелки, головки мартеновских печей [атлас, рисунки 4.2 - 4.4];

2) горелки типа "труба в трубе" [атлас, рисунок 4.2].

Такие горелки называют горелками низкого давления; давле­ние газа в коллекторе 2,5 – 3,5 кПа. Сжигание происходит при по­даче воздуха в горелки с избытком на 15 - 20 % (α = 1,15 - 1,2). Факел длинный. Смешение газа с воздухом лимитирует процесс горе­ния. Применение: мартеновские, стекловаренные и методические печи.

4.2. ГОРЕЛКИ С ЧАСТИЧНЫМ СМЕШЕНИЕМ

ГАЗА И ВОЗДУХА

Для улучшения перемешивания и укорочения факела пламенные горелки снабжают устройствами: улиткообразный подвод воздуха, дробление струй, турбулизация потока, удлинение пути смешения.

К такому типу пламенных горелок относятся следующие; щеле­вая газовая горелка, [атлас, рисунки 4.7 -4.8], турбулентная горелка Стальпроекта [атлас, рисунки 4.9 - 4.10], горелка Теплопроекта [атлас, рисунки 4.5 - 4.6].

Сжигание газа в таких горелках происходит с α = 1,1 - 1,15. Применение: кузнечные и термические печи. Горелки с частичным смешением уступают в работе пламенным и инжекционным, т.к. со­держат недостатки обоих типов.

Преимущества пламенных горелок:

- устойчивое, бесшумное горение;

- большой диапазон регулирования производительности.

Недостатки: I) сжигание при большом избытке воздуха, что неэкономично;

2) возможна химическая неполнота горения топлива.

4.3. ГОРЕЛКИ С НЕПОННЫМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ СМЕШЕНИЕМ ТОПЛИВА И ГАЗА

Это так называемые атмосферные горелки (рисунок15). Отличитель­ная особенность атмосферных горелок состоит в том, что в первую ступень смешения воздух подастся с α = 0,6 - 0,8. Остальной воз­дух α = 1,1 подается во вторую ступень из атмосферы. Такой метод смешения воздуха с газом обеспечивает устойчивую работу горелок, т.е. без отрыва и проскока замени в смеситель.

Область применения: термические печи, а также для бытовых газовых тяг.

4.4. ГОРЕЛКИ С ПОЛНЫМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ СМЕШЕНИЕМ ГАЗА И ВОЗДУХА (БЕСПЛАМЕННЫЕ)

Представителями этого типа являются инжекционные и радиационные горелки.

Принцип работы инжекционных горелок заключается в том, что газ или воздух додается под высоким давлением (50 кПа) и инжек­тирует воздух или газ.

Приготовление смеси происходит в смесителе [атлас;рисунки 4.11 - 4.15]. Сжигание газа происходит в горелочном туннеле, поэтому инжекционные горелки называют также однотуннельными.

Преимущества инжекционных горелок:

- работают с малым избытком воздуха α = 1,05, что приводит к получению короткого высокотемпературного факела;

- горелки на холодной смеси могут работать без подачи воздуха от вентилятора.

Недостатки инжекционных горелок:

- неудовлетворительное пропорционирование газа и воздуха при малых их расходах;

- проскоки пламени в смеситель при работе на подогретой смеси и шум.

Область применения: нагревательные колодцы, кузнечные и тер­мические печи. В методических и мартеновских печах не применяют из-за малой длины факела.

РАДИАЦИОННЫЕ ГОРЕЛКИ

Отличительная особенность радиационных горелок состоит в конструкции и назначении горелочного туннеля. Радиационные горелки делятся на три вида:

1) с излучающей чашей (рисунки 6, 7); горелочный туннель имеет вид чаши, на поверхности которой происходит горение предваритель­но подготовленной смеси компонентов горения;

2) панельные (рисунок 8), а также [атлас, рисунок 4.14]; это многотуннель­ные горелки: горение предварительно подготовленной смеси газа с воздухом происходит на плоской поверхности (например, горелка инфракрасного излучения);

3) плоскопламенные (рисунок 9), а также [атлас ,рисунок 4.15]; горелочный туннель имеет криволинейный профиль для лучшего растекания и прилипа­ния пламени к поверхности кладки.

Преимущества радиационных горелок:

1) высокое тепловое напряжение топочного объема, что позволяет конструировать компактные экономичные печи;

2) равномерный нагрев, приближающийся к электронагреву.

Недостатки радиационных горелок:

- для горелок с излучающей чашей и панельных опасен проскок пламени, т.к. на горение подается готовая газовоздушная смесь;

- малая тепловая мощность горелок, что приводит к их большому числу, а, следовательно, к трудности обслуживания.