35.Рассмотрим устройства для сжигания газа (горелки)

Устройства, которые применяются для сжигания газа, называются горелками. Применение горелок должно обеспечивать:

• подвод и смешение между собой необходимого количества топлива и воздуха;

• полноту сжигания топлива в пределах рабочего пространства печи;

• сжигание топлива с образованием такого пламени, которое может обеспечить требуемый по технологическим условиям уровень теплопередачи в рабочем пространстве печи.

Весь цикл – смешение-горение-теплопередача – должен быть выполнен с наивысшей эффективностью и кпд По способу смешения газа с воздухом горелки делятся на 3 большие группы:

1. с полным предварительным смешением газа и воздуха;

2. с частичным предварительным смешением газа и воздуха;

3. с внешним смешением.

К первым относятся горелки, которые обеспечивают полное смешение топлива и воздуха еще до выхода в печь. Смесь, сгорая, почти не дает видимого пламени. Ко второй группе относятся горелки, в которых к топливу предварительно (до выхода в печь) подмешивается только часть необходимого для горения воздуха. Смесеобразование третьей группы горелок происходит в одном объеме с горением, в результате образуется хорошо видимое пламя. Поэтому эти горелки часто называются пламенными.

Рассмотрим подробнее горелки с полным предварительным смешением, их называют инжекционные. Следует отметить, что инжекционные горелки обеспечивают наивысшую температуру горения, они беспламенные, имеют короткую длину факела. Инжекционные горелки работают как на холодном воздухе, так и на подогретом воздухе и газе. Важно правильно выбрать допустимую температуру подогрева газа и воздуха, чтобы исключить возможность воспламенения в смесителе. Например, смесь доменного газа с воздухом взрывоопасна при температуре 400 ⁰С.

Производительность и устойчивость работы инжекционных горелок в значительной мере зависит от давления поступающего топлива. Если давление мало и скорость выхода смеси из носика горелки меньше скорости горения для данного топлива, то пламя будет проскакивать внутрь смешивающей трубы, и горелка может выйти из строя. Если скорость выхода смеси больше скорости горения (при чрезмерном давлении), то пламя будет отрываться от носика горелки, что снизит эффективность ее работы. Нормальная скорость выхода смеси из носика горелки должна быть 20–50 м/с (при 0⁰С). Минимальное давление газа, необходимое для избегания проскока пламени в носик горелки, будет:

• для доменного газа – 490 Па;

• для генераторного – 881 Па;

• для смеси коксового и доменного газа 196 Па (Q_р^н = 8350 кДж/м³).

Скорость выхода смеси определяет тепловое напряжение носика горелки:

, Вт/м²,

где В_Г = Wf_н.г– расход газа, м³/час;

W – скорость смеси, м/с;

f_{н. г} – сечение носика, м²; .

.

Зная расход топлива В_Т, определяют расход топлива поступающего к горелке:

,

где n – количество горелок в печи. Это в том случае, когда задаются конструктивно количеством горелок в печи. Задаваясь давлением газа перед горелкой, по графикам определяют расход газа через одну горелку – В_Г, затем определяют диаметр носика горелки и ее конструктивные размеры:

.

При расчете горелок можно применять 2 варианта:

1 вариант

1. выбирают горелку, т.е. задаются d_н.г;

2. определяют ; или ,

где – определяют по графику, зная давления газа при d_н.г.= 100 мм;

К – поправочный коэффициент берется из таблиц;

3. определяют число горелок .

2 вариант

1. задаются числом горелок – п;

2. 2. ; ;

3. находят ;

4. зная К, по таблице определяют d_н.г ;

5. по d_н.г находят все остальные размеры из таблиц.

Кроме работы на атмосферном (холодном) воздухе, инжекционные горелки определенных конструкций могут работать на подогретом воздухе и газе. Что особенно важно для печей отапливаемых «бедным» топливом (например доменным газом). Необходимо только правильно выбрать температуру подогрева газа и воздуха, чтобы избежать воспламенения смеси еще в смесителе.

Горелки с частичным предварительным смешением

Иногда, преимущественно в печах небольшого размера, необходим факел с промежуточными характеристиками, т.е. слабо светящийся факел умеренной длины. В этих случаях применяют горелки с частичным предварительным смешением. В этих горелках часть воздуха через отверстия попадает в газовую трубку и смешивается с газом, остальной воздух смешивается на выходе газа из горелки.

Горелки с внешним смешением (пламенные)

Общим для горелок с внешним смешением является то, что до выхода из горелки топливо и воздух подаются по отдельным каналам(рис. 4.5). Перемешивание газа и воздуха происходит на выходе из горелки уже в рабочем пространстве печи. В результате этого для обеспечения необходимой полноты сгорания топлива нужен 10÷15%-й избыток воздуха. Конструктивное оформление ввода газа и воздуха оказывает весьма сильное влияние на интенсивность смешения и, следовательно, на длину факела. Чем лучше смешение, тем короче факел.

		Если придать воздуху интенсивное враща­тельное движение, то смешение значительно улучшится
Рис. 4.5. Конструктивное оформление горелок внешнего смешения

Пламенные горелки следует применять при сжигании топлива с высокой теплотой сгорания. При применении горелок с внешним смешением наиболее просто осуществляется переход с одного вида топлива на другой.

Недостатки:

• высокое значение  – коэффициента избытка воздуха;  = 1,1÷1,15, что вызывает излишний расход топлива;

• необходимость вентилятора для подачи воздуха;

• потребность в специальных устройствах для регулирования количества воздуха по изменению количества газа.

Рассмотрим наиболее распространенный тип конструкций горелок – горелки типа «труба в трубе». Они могут работать на различном топливе и в самых различных печах при небольшом давлении газа и допускают широкие пределы регулирования.

Скорость входа смеси в устье горелки берут в пределах w_см =10÷70 м/с при давлении воздуха и газа 98÷4900 Па. Необходимое давление газа и воздуха следует брать на 35÷40 % больше динамического напора газа и воздуха, соответственно, в сечении f_г и в кольцевом сечении f_в. Следует также правильно выбирать соотношение w_г/w_в. Отметим рекомендуемые значения отношения площади воздушного кольца f_в к площади сечения газовой трубки f_г:

	fв /fг
смешанный газ при кДж/м3	1.1
смешанный газ при кДж/м3	1.9
коксовый газ	7.0
природный газ	14.0

Расчет горелки типа «труба в трубе»

1. Зная – теплоту сгорания, расход воздуха В_в и газа В_г, задают скорость движения газа w_г (до 40 м/с) в сечении f_г и определяют сечение f_г, а затем и диаметр газового сопла d_г;

2. Взяв соответствующее теплоте сгорания отношение f_в /f_г , находят площадь воздушного кольца f_в , а затем наружный диаметр d_в.н ;