Газовые горелки для котлов отопления — виды и принцип работы. Виды газовых горелок и принципы их работы Газогорелочные устройства их назначение и классификация

Газовая горелка (горелка) - устройство, обеспечивающее подачу определённого количества горючего газа и окислителя (воздуха или кислорода), создание условий смешения их, транспортировку образовавшейся смеси к месту сжигания и сгорание газа. Есть горелки, у которых к месту сгорания подается только газ или газ и воздух, но без их предварительного смешения внутри горелки.

Требования, предъявляемые к горелкам:

Создание условий для полного сгорания газа с минимальными избытком воздуха и выходом вредных веществ в продуктах сгорания;

Обеспечение необходимой теплопередачи и максимального использования теплоты газового топлива;

Наличие пределов регулирования, не меньших, чем требуемое изменение тепловой мощности агрегата;

Отсутствие сильного шума, уровень. которого не должен превышать 85 дБ;

Простота конструкции, удобство ремонта и безопасность в эксплуатации;

Возможность применения автоматики регулирования и безопасности;

Соответствие современным требованиям промышленной эстетики.

В соответствии с ГОСТ 21204-97* по способу подачи воздуха и коэффициенту избытка первичного воздуха α1 горелки могут быть разделены на диффузионные (α1 = 0), инжекционные (α1 > 1 и α1 < 1), с принудительной подачей воздуха (дутьевые). Приведённая классификация, не являясь исчерпывающей, удобна своей простотой и привычностью, а также тем, что она характеризует основные признаки распространённых горелок.

Кроме того выделяют:

Предварительного полного смешения - газовая горелка на котел данного типа смешивает воздух непосредственно перед выходным отверстием.

Неполного предварительного смешения.

Газовые атмосферные горелки для котлов. Принцип действия похож на инжекционное оборудование, но отличие заключается в том, что обогащение кислородом происходит частично.

Рекуперативная. Схема работы такого узла основана на использовании рекуператора, прибора основным предназначением является подогрев газа и воздуха перед смешением.

Регенеративная. Практически то же самое что и рекуперативная, но нагрев происходит с помощью регенератора. Воздух и газ поступают в него и достигают заданной температуры, после чего поступают в топку.

Надувная. Воздух поступает в топку принудительно с помощью вентилятора, после смешивания.

Диффузионные горелки - это наиболее простые устройства, представляющие собой трубу с просверленными отверстиями. Газ вытекает из отверстий, а необходимый для горения воздух (в качестве вторичного) притекает полностью из окружающей среды. На диффузионных горелках процессы смешения газа с воздухом и горение совершаются параллельно на выходе газа из горелки.

Особенности диффузионных горелок:

Обеспечение сжигания газа по диффузионному принципу;

Длинное пламя со сравнительно невысокой температурой (при использовании в качестве топлива углеводородных газов пламя желто-белого цвета. В верхней части факела появляются сажистые частицы - копоть);

Наличие в продуктах сгорания несгоревших частиц топлива (химическая неполнота сгорания, или химический недожог, особенно при сжигании высококалорийных газов);

Необходимость иметь большой объем топочной камеры.

Достоинствами горелок этого типа являются малогабаритность и простота конструкции, удобство и безопасность эксплуатации, высокая устойчивость пламени без проскока и отрыва, высокая степень черноты пламени, широкий диапазон регулирования тепловой мощности и др. К недостаткам горелок относятся повышенный по сравнению с другими видами горелок коэффициент избытка воздуха, ухудшение условий догорания газа и выделение при сжигании углеводородных газов продуктов неполного сгорания.

Инжекционные горелки – это горелки, у которых необходимый для горения воздух поступает полностью (α1 > 1) или частично (α1 < 1) в качестве первичного, а подача его осуществляется за счет кинетической энергии струи газа, вытекающего из сопла. У этих горелок процессы смешения газа с воздухом и горения полностью или частично разделены. Инжекционные горелки обеспечивают хорошее смешение газа с воздухом. В зависимости от коэффициента избытка первичного воздуха α1 они делятся на две группы: с α1 > 1 и α1 < 1.

Газ, вытекая из сопла с большой скоростью за счет кинетической энергии струи, засасывает в инжектор из окружающего пространства воздух в количестве, необходимом для полного сгорания газа. Интенсивное смешение газа с воздухом осуществляется в горловине и завершается в диффузоре, в котором одновременно происходит повышение статического давления за счет плавного снижения скорости газовоздушного потока. Выравнивание скоростей происходит в конфузорном огневом насадке, где на выходе скорость смеси за счет повышения статического давления доводится до обеспечивающей устойчивую работу горелки в заданном диапазоне регулирования ее тепловой мощности. Количество поступающего воздуха в горелку может изменяться при помощи регулятора первичного воздуха, обычно имеющего вид шайбы, вращающейся на резьбовой поверхности сопла.

Существующая классификация, которую имеют газовые горелки для котлов отопления, учитывает принцип работы, подачи воздуха и формирования огненного факела. От конструкции горелочного устройства, зависит мощность котла, основные и дополнительные функции, допустимый тип топлива.

Виды и типы горелок газовых отопительных котлов

В газовом котле, лучше использовать горелку, указанную производителем в инструкции по эксплуатации. Теплообменник, конструкция котельного оборудования, разрабатываются с учетом типа установленного горелочного устройства.

По своему предназначению, различают два типа газовых горелок:

Горелочные устройства для бытового применения – производительность ограничена 120 кВт. Чаще всего, под категорию попадают атмосферные горелки для газовых котлов, эксплуатация и сервисное обслуживание которых, сопряжены с минимальным количеством проблем.
Недостаток устройств – большой расход топлива и высокие требования, связанные с установкой котельного оборудования.
В современных моделях, все чаще используют вентиляторные газогорелочные устройства, применяемые на газовых бытовых котлах, с закрытой камерой сгорания.
Газовые горелки для промышленных котлов отопления большой мощности. В промышленном отопительном оборудовании, устанавливаются инжекторные вентиляторные (дутьевые) горелочные устройства. Производительность варьируется от 120 до 250 кВт.

Помимо предназначения, классификация учитывает тип топлива, поступающего в камеру сгорания. Различают горелочные устройства двух типов:

Для природного газа.
Для сжиженного газа.

Различие между оборудованием, состоит в диаметре газовых форсунок и рабочем давлении газа. В бытовых котлах известных европейских производителей, зачастую, устанавливают универсальные горелки, способные быстро перестраиваться под природный и сжиженный газ.

Основная классификация связана с принципом работы горелочных устройств: изготовлением газо-воздушной горючей смеси, подачей газа в камеру сгорания и другими особенностями.

Газовые наддувные-вентиляторные горелки (дутьевые)

Устройство дутьевой горелки, имеет сложную конструкцию, включающую встроенный вентилятор или турбину. Газовоздушная смесь готовится в точных пропорциях, благодаря принудительному и контролируемому нагнетанию воздуха.

Газовый котел с наддувной горелкой, отличается экономичностью и высокой производительностью.

Дутьевое горелочное устройство отличают следующие особенности:

Сфера применения – вентиляторные горелки, устанавливают в котельное оборудование с закрытой камерой сгорания: низкотемпературные газовые котлы конденсационного типа и турбированные модели.
Производительность – буквально несколько десятилетий назад, вентиляторные газовые горелки, устанавливались исключительно для котлов большой мощности. С тех пор, появились бытовые модели отопительного оборудования, работа которых связана с принудительной подачей воздуха и отводов продуктов сгорания.
Котлы малой мощности с вентиляторными газовыми горелками, предназначены для подключения к радиаторным системам отопления и теплым полам.
Принцип работы – существует три базовых модификации горелочных устройств, отличающиеся принципом изготовления газовоздушной смеси. Смешивание газа и воздуха происходит непосредственно в процессе сжигания или перед поступлением на форсунки.
В некоторых современных моделях котлов с дутьевой горелкой, газовоздушная смесь выполняется с равномерным частичным смешиванием в специальной камере и на горелочном устройстве.
Удаление продуктов горения от вентиляторной горелки, производится принудительным способом. В систему дымоудаления встраивается дополнительный вентилятор (турбина). Особенности конструкции (наличие двух турбин), влияет на шумовые характеристики горелки.
Во время работы, издается равномерный гул. Вентилятор шумит настолько сильно, что потребуется провести дополнительную звукоизоляцию помещения, используемого под котельную.
В конденсационных котлах, предусмотрена защита от шума. Звукоизоляционный корпус снижает интенсивность шумового загрязнения.
Автоматизация – дутьевая горелка подключается к автоматике котла. Микропроцессорный контроллер считывает информацию, поступающую от различных датчиков: давления газа, поступающего воздуха и отходящих газов, температуры на насадке горелки. Блок управления автоматически изменяет производительность горелочного устройства, ориентируясь на получаемые параметры.
При необходимости, предусмотрена функция самостоятельного выбора рабочего режима. Так, можно снизить интенсивность шума, выставив скорость вращения вентиляторов на допустимый минимум.

Дутьевые горелочные устройства, устранили основную причину отрыва пламени от горелки, часто встречающуюся в атмосферных котлах, по причине резкого повышения давления в трубопроводе. Интенсивность горения меняется, в зависимости от рабочих показателей в автоматическом режиме.

Диффузные горелки для сжигания газа

Принцип работы диффузной горелки, связан с раздельной подачей воздуха непосредственно в камеру сгорания и частичного предварительного смешения газовоздушной смеси. Особенности работы позволяют увеличить и стабилизировать давление газа перед горелкой, и добиться устойчивого факела пламени даже при снижении рабочих параметров.

Диффузные горелки не получили широкого применения и в основном, устанавливаются в котлах промышленного типа большой мощности. В бытовых котлах, диффузно-кинетические горелочные устройства, не встречаются.

Инжекционные газовые горелочные устройства (инжекторные)

Инжекционные горелки, в основном устанавливаются в бытовых котлах отопления. Название связано с используемым принципом работы.

Изготовление газо-воздушной смеси происходит в несколько этапов:

Устройство инжекционной газовой горелки, представляет собой несколько полых стержней, по которым подается газ под давлением, с размещенными на них инжекторами. Система подключена к газовой магистрали.
Газ, под давлением, проходя через форсунки, инжектирует воздух, находящийся в камере сгорания, изготавливая газо-воздушную смесь. Сжигается газ в виде небольших факелов пламени. По этой причине, инжекционные горелочные устройства также называются факельные или микрофакельные горелки.

Факельные горелки поддерживают необходимую температуру теплоносителя, принципом включения и отключения. В камере сгорания, в постоянном режиме работает запальник или пилотная горелка, от которой поджигается основное горелочное устройство. Инжекторные горелки, устанавливаются в тепловых агрегатах малой и средней мощности.

Температура ядра факела, остается стабильной, вне зависимости от внешних факторов и нагрева теплоносителя, что часто приводит к перерасходу топлива. По сравнению с дутьевыми горелочными устройствами, инжекторные модели, сжигают газа на 15-20% больше.

Классификация газовых горелок по типу регулировки

Кроме принципа работы, газовые горелочные устройства для отопительных котлов, классифицируют по типу регулировки и особенностям конструкции. Рабочие параметры влияют на теплоэффективность, экономичность и надежность.

На данный момент, изготавливаются четыре базовых модификации горелочных устройств:

Одноступенчатые.
Двухступенчатые.
Двухступенчатые с плавной модуляцией.
Модулируемые.

От типа регулировки, зависит, закрытая или открытая горелка будет использоваться. Соответственно, вид устройства окажет влияние на требования, предъявляемые к монтажу и эксплуатации отопительного котла.

Одноступенчатые горелки

В большинстве случаев, это атмосферные газовые горелки для бытовых котлов отопления. Принцип работы заключается в попеременном включении и отключении горелочного устройства. Периодичность включения горелки, зависит от скорости остывания теплоносителя и выставленного с помощью механического терморегулятора, режима работы.

Главные особенности одноступенчатых горелок:

Работают независимо от наличия электропитания – регулирование рабочего режима, выполняется с помощью термопары, при нагревании, продуцирующей низкопотенциальное напряжение, достаточное для обеспечения работоспособности устройства.
Больший расход газа – особенность работы котлов с атмосферными газовыми горелками, это необходимость в постоянном горении запальника. Пламя пилотной горелки, воздействует на термопару. При затухании, отключается подача газа. От огня запальника, зажигается основная горелка при остывании теплоносителя.
Определенное количество газа, расходуется на поддержание работы запальника. Перерасход наблюдается и по причине отсутствия точной регулировки рабочей температуры.
Надежность – газовые энергонезависимые горелки, имеют простую конструкцию, в которой практически нечему ломаться. По этой причине, устройства редко выходят из строя и служат весь срок заявленной производителем эксплуатации.
Розжиг – запальник поджигается пьезоэлементом или вручную, с помощью спичек, через специальный люк в корпусе котла.

Котлы с одноступенчатыми атмосферными горелками, устанавливают в местности, где происходят регулярные отключения электричества.

Двухступенчатые горелки

Двухступенчатые виды газовых горелок, подходят для бытовых котлов с точной регулировкой минимального и максимального потока газа. Название говорит о том, что устройство работает в двух установленных производителем режимах, обычно, на 30% и 100% от номинальной мощности.

Принцип работы двухступенчатой горелки заключается в следующем:

Горение происходит в постоянном режиме. Запальник отсутствует.
Нагрев теплоносителя выполняется на 100% мощности. После достижения заданной температуры, горелка не выключается полностью, как в случае одноступенчатого аналога, а переключается в режим поддержания нагрева. Производительность горелочного устройства снижается до 30 или 40%.
Переход с одного режима в другой, контролирует автоматика, на базе микропроцессорного контроллера.

Даже первые модели двухступенчатых горелок, позволили снизить расход газа, приблизительно на 10%. В современном оборудование, затраты уменьшились по сравнению с атмосферными одноступенчатыми устройствами, еще на 10-15%.

Плавно-двухступенчатые горелки

Принцип работы плавно переключающихся устройств, идентичен двухступенчатым горелкам. Единственное отличие – переключение, выполняемое без резких рывков, что приводит к следующим преимуществам:

Точная и эффективная регулировка температуры нагрева теплоносителя.
Экономичность сжигания топлива.
Универсальность – плавные двухступенчатые газовые горелки, подходят для котлов отопления на сжиженном газе. После небольшого переоборудования, допускается подключение теплогенератора к газгольдеру или баллонной установке.
Зависимость от электричества – газовая энергозависимая горелка с двумя рабочими режимами мощности, работает только при наличии стабильного напряжения в сети.

Количество ступеней, указывает на число рабочих режимов горелочного устройства. Одноступенчатые модели, работают только на полной мощности, двухступенчатые, попеременно на 30% и 100% производительности.

Модулируемые горелки

Наиболее экономичные горелки – модулируемые. Рабочий диапазон, от 10 до 100%. Уменьшение или увеличение мощности горелки, осуществляется в полностью автоматическом режиме. Работу контролирует микропроцессорная автоматика, считывающая показания различных датчиков и подбирающая оптимальный режим, основываясь на получаемой информации.

Накопление сажи на горелке, практически исключается. Автоматика регулирует подачу воздуха и газа на горелку, подбирая такое соотношение газо-воздушной смеси, которое бы обеспечило максимально полное выжигание топлива.

Модуляционная газовая горелка работает как автономное устройство с широким диапазоном возможностей. Горение осуществляется в постоянном режиме. Запальник не требуется.

Многоступенчатые модулируемые газовые горелки, имеют несколько особенностей и рабочих параметров, влияющих на теплотехнические характеристики:

Автоматика управления модулируемыми горелками – практически, это мини компьютер, рассчитывающий оптимальную мощность, исходя из полученной информации. Автоматика одновременно подключается к датчику давления газа на горелке, комнатным термодатчикам, турбине, нагнетающей воздух и т.п.
Модуляция горелки осуществляется в полностью автоматическом режиме. Для работы автоматики, требуется специальное программное обеспечение, предоставляемое заводом изготовителем при покупке котла.
Универсальность – газовый котел с модуляционной горелкой, изначально настроен на параметры природного газа. Для перехода на сжиженный газ, потребуется сделать небольшие изменения в рабочих настройках, занимающие не более 10-15 минут времени. Модуляционное устройство автоматически приспособится к изменению давления газа на горелке.
Экономичность – достигается благодаря нескольким особенностям, связанным с модуляцией. Регулировка горелки, выполняемая автоматикой, одновременно учитывает все рабочие параметры: давление и нагрев теплоносителя, качество топлива, характеристики магистрали, заданный режим обогрева. В процессе отопления, обеспечивается практически 100% догорание газа и максимально полное и эффективное использование продуцируемого тепла.

На данный момент, модуляционные горелки выпускаются закрытого и атмосферного типа. Появились универсальные устройства, способные помимо природного и баллонного газа, работать на жидком топливе.

Как правильно подобрать газовое горелочное устройство для котла

Правильно подобрать горелку самостоятельно, без специальных навыков, практически нереально. Перед выбором, стоит получить грамотную консультацию специалиста.

При подборе обращают внимание на следующие аспекты и технические характеристики:

Производительность – мощность котла отопления зависит от мощности горелки. По этой причине, горелочное устройство подбирают идентичным, по мощности отопительному агрегату.
Шумовые характеристики горелки – данный фактор учитывают при подборе дутьевого устройства. Во время работы, вентиляторы создают шум высокой интенсивности. Учитывая эту особенность, ведущие европейские производители, оснастили конструкцию горелки звукоизоляционным кожухом. При подборе, обращают внимание на коэффициент шума, параметр в дБ указан в технической документации.
Преимущества и недостатки – у каждого горелочного устройства, есть свои минусы и плюсы. Модулируемые горелки, стоят дорого и требуют точной первоначальной настройки, что требует привлечения специалиста. Атмосферные, имеют привлекательную стоимость, но в процессе эксплуатации, тратят на 15-20% больше «голубого» топлива.
Тип котельного оборудования – настенные котлы, оборудуются исключительно встраиваемыми горелочными устройствами. Модели с закрытой камерой сгорания, оснащаются турбированными горелками. На напольный котел, можно поставить как встроенную, так и навесную горелку (большей мощности).
Тип топлива – атмосферные горелки разработаны для сжигания природного газа. Чтобы пользоваться топливом от газового баллона, придется сделать существенное переоборудование. Во время модификации, меняют форсунки газовых горелок (для пропан-бутановой смеси, нужны инжекторы с меньшим сечением отверстия). Автоматику дополнительно регулируют под низкое давление газа.
Как показывает практика, одноступенчатые горелки, переоборудовать получается далеко не всегда. Если планируется подключать газобаллонную установку, лучше выбрать двухступенчатую или модулируемую горелку.
Адаптация к отечественным условиям газоснабжения – еще один важный фактор, влияющий на выбор отопительного оборудования. На «Западе», в странах ЕС, давление магистрального газа значительно отличается от отечественных параметров.
Не редко бывает, что после подключения устройства даже именитых брендов, наблюдаются неисправности: срывает пламя с горелки, автоматика постоянно выдает ошибки и отказывается выводить котел в рабочий режим.

После подбора по рабочим параметрам и техническим характеристикам, выбирают модуль по производителю и стоимости.

Производители горелок для котлов

Лучшие газовые горелки для котлов, изготавливают немецкие компании. Отличительными чертами продукции, остается максимальная автоматизация, надежность и качество сборки. Отдельно можно выделить экономичность, достигаемую точностью заводских настроек.

Свою продукцию, кроме концернов Германии, предлагают заводы, расположенные в Италии, России, Корее и других странах:

Немецкие горелки – оптимальный вариант, единственным недостатком которого, считается высокая стоимость модулей. Продукция выпускается под следующими брендами:
- Buderus Logatop,
- Giersch Intercal (комплектует котлы Buderus).
Итальянские горелки – более дешевый вариант по сравнению с немецкими аналогами. Практически не уступают по своим теплотехническим характеристикам. Модули отличаются функциональностью и автоматизацией. Продукцию предлагают следующие заводы:
- Ferroli Sun,
- Lamborghini,
- F.B.R. GAS,
- Baltur,
- Ecoflam.
Газовые горелки для котлов отопления российского производства – главное достоинство отечественных устройств, это неприхотливость к качеству топлива и тонкостями эксплуатации. Продукция выпускается с полной адаптацией и учетом особенностей русской зимы. Отдельного внимания, заслуживают следующие бренды:
- Теплодар,
- Дон АГУ-Т-М.

Конечно, в данном списке приведен далеко не полный перечень брендов газовых горелок. Популярностью пользуются модули, выпускаемые и в других странах. Согласно статистике продаж, постоянный спрос существует на следующую продукцию:

ACV BG (Бельгия),
De Dietrich G (Франция),
Elco (Финляндия),
Bentone (Швеция),
Kiturami (Корея).

Стоимость газовой горелки

Современные конструкции автоматических газовых горелок для бытовых водогрейных котлов, имеют большую стоимость, за счет использования микропроцессорного управления. На цену влияет территориальный признак, производительность устройства и рост курса валют.

На стоимость оказывают влияние еще несколько факторов:

Марка стали для изготовления газовых горелок – европейские производители, используют жаропрочную нержавеющую сталь. Материал долговечный, но увеличивает себестоимость продукции. В отечественных модулях, нередко встречается конструкционная сталь, имеющая меньший срок службы, но и стоящая приблизительно вдвое дешевле.
Производство газовых горелок для котлов – изготовленные в Германии, имеют цену, начинающуюся от 50 тыс. руб. Итальянские аналоги, обойдутся от 15 тыс. руб. Российская продукция, стоит 8-10 тыс. руб.

Еще один фактор, влияющий на стоимость замены, цена, которую придется заплатить за установку и дальнейшую регулировку горелочного устройства. Специалист компании, продающей горелки, выполнит точные настройки и регулировку пламени, чтобы обеспечить минимальный процент недожига газа.

Сделать настройки самостоятельно можно, в случае атмосферных одноступенчатых горелок. Подачу газа регулируют, пока цвет пламени не станет синим. Самостоятельно отрегулировать модуляционные горелочные устройства, без должной специализированной подготовки, не получится.

Нужно ли разрешение на замену горелки

Эффективность замены горелки в газовом котле, зависит от многих составляющих и не всегда является успешной. Причины этому – элементарное несоблюдение условий смены горелочного устройства, указанных заводом изготовителем котельного оборудования.

Чтобы заменить горелку потребуются, следующие документы:

Разрешение завода изготовителя – в технической документации прописываются все виды горелочных устройств, которые совместимы с конструкцией котла.
Проект установки.
Проект на обвязку котла по газу.

Если модуль меняют на идентичный по мощности и конструкции, в связи с выходом старого горелочного устройства из строя, то работы по замене, расцениваются как сервисное обслуживание. Оформление разрешительных документов и получение согласований не требуется. Установка новой горелки с увеличением мощности или конфигурации, требует обязательной перерегистрации отопительного оборудования.

1. По способу смешивания газа с воздухом горелки подразделяются на три группы:

· Горелки без предварительного смешивания газа с воздухом, газ и воздух подаются в топку (зону горения) раздельно – диффузионные горелки .

· Газовые горелки, в которых происходит частичное смешивание газа с воздухом. В этих горелках газ с воздухом смешивается как в горелке, так и в рабочем пространстве топки, происходит это одновременно с процессом горения – инжекционные горелки низкого давления .

· Горелки полного смешивания, внутри которых происходит перемешивание газа с воздухом, т.е. предварительная переработка газовоздушной смеси до выхода её из горелки в зону горения – инжекционные горелки среднего давления и смесительные.

2. По устройству:

· Диффузионные;

· Инжекционные;

· Смесительные;

· Комбинированные.

3. По давлению:

· Низкого давления (газ до 500 мм в.ст., воздух до 100 мм в.ст.);

· Среднего давления (газ 500-15000мм в.ст., воздух 100-300 мм в.ст.)

4. В зависимости от истечения газовоздушной смеси:

· Однофакельные – в которых смесь выходит через одно отверстие;

· Многофакельные – смесь выходит через большое количество отверстий.

Диффузионные горелки

У диффузионных горелок (атмосферные), газ и воздух поступает в топку раздельно и смесеобразование происходит за счет диффузии (медленного проникновения одного вещества в другое) при их соприкосновении. Они представляют собой заглушенный в торце отрезок трубы диаметром 50-70 мм, возле которого просверлено два ряда отверстий в шахматном порядке диаметром 0,5-3мм, с расстоянием (шагом) 4-16 диаметр отверст. Ряды отверстий расположены под углом 60-120 о. Количество отверстий зависит от производительности линии.

Воздух поступает в топку из окружающего пространства вследствие разряжения, создаваемого дымовой трубой и инжектирующего действия газовой струи. Газ поступает под давлением внутрь горелки, выходит через горелочные отверстия в топку, смешивается с окружающим воздухом и сгорает в виде отдельных маленьких факелов. При небольшой тепловой нагрузке струйки газа подсасывают к себе со всех сторон воздух и, перемешиваясь с ним, быстро сгорают синеголубым светящимся пламенем. Такая горелка может работать при давлении газа 30-120 мм в.ст. с К (коэффициент избытка воздуха) 1,2-1,6.

Производительность горелок 1-10 м 3 /час, есть до 100 м 3 /час, но это не выгодно. Горелки могут работать и на среднем давлении газа до 3000 мм.в.ст.

Диффузионные горелки просты по конструкции, имеют небольшие габариты, просты в обслуживании, имеют устойчивое пламя при переменных нагрузках, просты в регулировании путем изменения подачи газа, исключают проскок пламени.

Диффузное горение – это горение, при котором отсутствует предварительное смешивание газа с воздухом. Это горение достаточно устойчиво при следующих условиях:

1. Если скорость истечения струи газа не превышает заданного предела.

2. Если отсутствуют потоки воздуха, способные сорвать горение струи газа.

Недостаток – большой избыток воздуха, факел длинный и требует большой высоты топки.

В топке необходимо постоянно поддерживать сравнительно высокое разряжение, это требует тщательной обмуровки всего котла.

Инжекционные горелки

Горелки, в которых образование газовоздушной смеси происходит за счет струи газа (частичного предварительного неполного смешивания). Основной элемент инжекционной горелки – инжектор, подсасывающий воздух из окружающего пространства во внутрь горелки.

В зависимости от количества подаваемого воздуха горелки могут быть:

· Полного предварительного смешивания газа с воздухом;

· Неполной инжекции воздуха.

В этих горелках первичный воздух подсасывается за счет инжекции газа, выходящего из сопла. Для улучшения инжекции горелка имеет суживающуюся часть КОНФУЗОР (горловина) и расширенную цилиндрическую ДИФФУЗОР. В диффузоре скорость падает, а давление увеличивается. Из диффузора газовоздушная смесь поступает в горелочную насадку, а оттуда через отверстие 3-6 мм выходит в топку в виде небольших факелов. Регулирование подачи первичного воздуха происходит вращением регулировочной шайбы, т.е. регулируется степень открытия воздушного зазора. Вторичный воздух подается через поддувальные дверцы, которые так же регулируются степенью открытия.

При нормальной работе горелок и полном сгорании газа, образуется голубовато-фиолетовый факел .

При недостатке первичного воздуха, скорость горения уменьшается, пламя вытягивается, цвет пламени становится желто-соломенным .

При чрезмерном увеличении подачи первичного воздуха, в горелке появляется сильный шум и возможен отрыв пламени. Оператор должен умело регулировать подачу первичного и вторичного воздуха, ориентируясь по цвету пламени.

Достоинства саморегулируется, не требуется устройств для подачи воздуха.

Недостаток сильный шум и неустойчивость работы при малых нагрузках.

Принцип работы этой горелки заключается в том, что газ из газопровода поступает с избыточным давлением в сопло горелки. При выходе из сопла скорость его увеличивается, а давление падает. Струя газа с большой скоростью входит в инжектор, образуя вокруг себя разряжение и тем самым засасывает с атмосферы первичный воздух.

Горелка с принудительной подачей воздуха

Эти горелки имеют неограниченную область применения. Расход газа от нескольких м 3 до 5000 и более. У этих горелок процесс образования газовоздушной смеси начинается в самой горелке и заканчивается в топке. Газ сгорает коротким, несветящим пламенем.

Воздух, необходимый для горения, подается принудительно с помощью вентилятора. Подача газа и воздуха проводится по отдельным трубам, поэтому горелки называются двухпроводными или смесительными, т. к. в них происходит полное перемешивание газовоздушной смеси. Эти горелки работают на низком и среднем давлении. Газ с давлением до 1200Па поступает в сопло 1 и выходит из него через 8 отверстий, диаметром 4,5 мм. Отверстия расположены под углом 30 о к оси горелки, в корпусе 2, горелки, устроены специальные лопатки, придающие потоку воздуха вращательные движения. Таким образом, газ в виде мелких струек пересекается с закрученным потоком воздуха и создается хорошо перемешенная газовоздушная смесь. Горелка заканчивается керамическим тоннелем 4 имеющим запальные отверстия.

Достоинства: широкий диапазон автоматического регулирования, возможность сжигания большого количества газа, предварительный прогрев воздуха, горелка работает с минимальным коэффициентом избытка воздуха.

Недостаток: затраты электрической энергии на работу вентилятора.

Газогорелочные устройства предназначены для подачи к месту горения определенного количества газа и воздуха, а также для создания условий их перемешивания и воспламенения, кроме этого горелка должна обеспечивать стабилизацию факела. Независимо от типа большинство газовых горелок имеет общие конструктивные элементы: устройство для подвода газа и воздуха, камеру смешения, горелочный насадок и стабилизирующее устройство.

Основными характеристиками горелочных устройств являются: давление газа, тепловая мощность, коэффициент предельного регулирования, коэффициент избытка воздуха.

Диффузионные горелки. Наиболее простые по конструкции горелки представляют собой трубу с просверленными отверстиями для выхода газа. Инжекционные горелки. Горелки данного типа подразделяются на горелки частичного предварительного смешения и полного предварительного смешения газа с воздухом.

Требования, предъявляемые к газовым горелкам

Газогорелочные устройства должны обеспечивать качественное проведение технологического процесса в газоиспользующей установке и требуемый температурный режим в топочном пространстве. Горелка должна работать устойчиво без проскока и отрыва пламени в заданном интервале изменения нагрузки, работать длительное время без выхода из строя с минимальными тепловыми потерями, то есть экономично. Следующим требованием является предотвращение загрязнения воздушного бассейна и воздуха в газифицированных квартирах вредными составляющими продуктов сгорания газа.

Газогорелочные устройства должны быть компактными, то есть иметь минимальные размеры. Конструкция горелки должна предусматривать возможность быстрой замены отдельных деталей. По возможности, горелки должны работать бесшумно.

Иногда при эксплуатации возникает необходимость переделки горелок в связи с изменением теплоты сгорания и плотности газового топлива, так как работа горелок на газе с теплотой сгорания и плотностью, отличающимся от расчётных, приводит к изменению тепловой мощности и ухудшению условий сгорания.

Инжекционные горелки низкого давления (a г <1,0). Для сохранения неизменной тепловой мощности инжекционной горелки низкого давления при переходе на газовое топливо иного состава необходимо изменить диаметр газового сопла. Если давления газа в сети достаточно для сохранения тепловой мощности горелки, можно (не меняя конструктивных размеров) изменить давление газа перед горелкой.

Инжекционные горелки низкого и среднего давления (a Г і 1,0). Для того, чтобы сохранить неизменную тепловую мощность горелок низкого и среднего давления при переходе на газ иного состава, надо изменить диаметр газового сопла для обеспечения подсасывания необходимого количества воздуха.

Горелки с принудительной подачей воздуха (a Г і 1,0). Для сохранения расчётной тепловой мощности горелки с принудительной подачей воздуха нужно изменить площадь газовыходных отверстий, однако при этом отношение скорости газа и скорости воздуха должно оставаться постоянным.

Теоретический расчет горелок представляет собой весьма сложную задачу. Поэтому на практике используют упрощенную методику расчета.

"Классификация газогорелочных устройств"

газовый горелка сжигание автоматизация

Классификация газовых горелок

Газовая горелка - устройство, обеспечивающее подачу определенного количества горючего газа и окислителя (воздуха или кислорода), создание условий смешения их, транспортировку образовавшейся смеси к месту сжигания и сгорания газа. Есть горелки, у которых к месту сгорания подается только газ или газ и воздух, но без их предварительного смешения внутри горелки.

Требования, предъявляемые к горелкам:

· создание условий для полного сгорания газа с минимальными избытком воздуха и выходом вредных веществ в продуктах сгорания;

· обеспечение необходимой теплопередачи и максимального использования теплоты газового топлива;

· наличие пределов регулирования, не меньших чем требуемое изменение тепловой мощности агрегата;

· отсутствие сильного шума, уровень которого не должен превышать 85 дБ;

· простота конструкции, удобство ремонта и безопасность эксплуатации;

· возможность применения автоматики регулирования и безопасности;

· соответствие современным требованиям промышленной эстетики.

Основные функции газовых горелок: подача газа и воздуха к фронту горения газа, смесеобразование, стабилизация фронта воспламенения, обеспечение требуемой интенсивности процесса горения газа.

По методу сжигания газа все горелки можно разделить на три группы:

· без предварительного смешения газа с воздухом - диффузионные;

· с неполным предварительным смешением газа с воздухом - диффузионно-кинетические;

· с полным предварительным смешением газа с воздухом - кинетические.

Кроме того, горелки можно классифицировать по способу подачи воздуха, расположению горелки в топочном пространстве, излучающей способности горелки, давлению газа.

Широкое распространение имеет классификация горелок по способу подачи воздуха. По этому признаку горелки подразделяют следующим образом:

· бездутьевые, у которых воздух поступает в топку за счет разрежения в ней;

· инжекционные, в которых воздух засасывается за счет энергии струи газа;

· дутьевые, у которых воздух подается в горелку или топку с помощью вентилятора.

Горелки могут работать при различных давлениях газа: низком -- до 5000 Па, среднем -- от 5000 Па до 0,3 МПа и высоком -- более 0,3 МПа. Наибольшее распространение имеют горелки, работающие на низком и среднем давлениях газа.

Важная характеристика горелки -- ее тепловая мощность, кДж/ч:

где QН -- низшая теплотворная способность газа, кДж/м3; VЧ -- часовой расход газа горелкой, м3/ч.

Различают максимальную, минимальную и номинальную тепловые мощности газовых горелок. Максимальная тепловая мощность достигается при длительной работе горелки с большим расходом газа и без отрыва пламени. Минимальная тепловая мощность возникает при устойчивой работе горелки при наименьших расходах газа без проскока пламени. Номинальная тепловая мощность горелки соответствует режиму работы с номинальным расходом газа, т. е. расходу, обеспечивающему наибольший КПД при наибольшей полноте сжигания газа. В паспортах горелок указывают номинальную тепловую мощность.

Максимальная тепловая мощность горелки должна превышать номинальную не более чем на 20 %. Если номинальная тепловая мощность горелки по паспорту 10000 кДж/ч, то максимальная должна быть 1 2 000 кДж/ч.

Еще одна важная характеристика горелки -- предел регулирования тепловой мощности п = 2 ... 5:

n = Qr min / Qr max,

где Qr min - минимальная тепловая мощность горелки; Qr max - максимальная тепловая мощность горелки.

В эксплуатации находится большое количество горелок различных конструкций. Общие требования для всех горелок: обеспечение полноты сгорания газа, устойчивость при изменениях тепловой мощности, надежность в эксплуатации, компактность, удобство при обслуживании.

Существует много разных классификаций газогорелочных устройств, которые мы можем видеть в Таблице 1.

Таблица 1. Классификация газовых горелок

Классификационный признак	Характеристика классификационного признака
Способ подачи компонентов	Подача воздуха за счет свободной конвекции
	Подача воздуха за счет разрежения в рабочем пространстве
	Инжекция воздуха газом
	Принудительная подача воздуха от постороннего источника
	Принудительная подача воздуха от встроенного вентилятора (блочные горелки)
	Принудительная подача воздуха за счет давления газа (турбинные горелки)
	Инжекция газа воздухом (принудительная подача воздуха, инжектирующего газ)
	Принудительная подача газовоздушной смеси от постороннего источника
Степень подготовки горючей смеси	Без предварительного смешения
	С частичной подачей первичного воздуха
	С неполным предварительным смешением
	С полным предварительным смешением
Скорость истечения продуктов сгорания, м/с	До 20 (низкая)
	Св. 20 до 70 (средняя)
	Св. 70 (высокая, скоростные горелки)
Характер потока, истекающего из горелки	Прямоточный
	Закрученный неразомкнутый
	Закрученный разомкнутый
Номинальное давление газа перед горелкой, Па	До 5000 (низкое)
	Среднее давление (до критического перепада давлений)
	Высокое давление (критический или сверхкритический перепад давлений)
Возможность регулирования характеристик факела	С нерегулируемыми характеристиками факела
	С регулируемыми характеристиками факела
Необходимость регулирования коэффициента избытка воздуха	С нерегулируемым (минимальным или оптимальным) коэффициентом избытка воздуха
	С регулируемым (переменным или повышенным) коэффициентом избытка воздуха
Локализация зоны горения	В огнеупорном туннеле или в камере горения горелки
	Н поверхности катализатора, в слое катализатора
	В зернистой огнеупорной массе
	На керамических или металлических насадках
	В камере горения агрегата или в открытом пространстве
Возможность использования тепла продуктов сгорания	Без подогрева воздуха и газа
	С подогревом в автономном рекуператоре или регенераторе
	С подогревом воздуха во встроенном рекуператоре или регенераторе
	С подогревом воздуха и газа
Степень автоматизации	С ручным управлением
	Полуавтоматические
	Автоматические

Диффузионные горелки

В диффузионные горелки воздух, необходимый для сгорания газа, поступает из окружающего пространства к фронту факела за счет диффузии.

Такие горелки применяют обычно в бытовых приборах. Их можно использовать также при увеличении расхода газа, если необходимо распределить пламя по большой поверхности. Во всех случаях газ подается в горелку без примеси первичного воздуха и смешивается с ним за пределами горелки. Поэтому иногда эти горелки называют горелками внешнего смешения.

Наиболее простые по конструкции диффузионные горелки (рис. 1) представляют собой трубу с высверленными отверстиями. Расстояние между отверстиями выбирают с учетом скорости распространения пламени от одного отверстия к другому. Эти горелки имеют небольшие тепловые мощности, и их применяют при сжигании природных и низкокалорийных искусственных газов под небольшими водонагревательными устройствами.

Рис. 1. Возможные варианты диффузионных горелок

К промышленным горелкам диффузионного типа относят подовые щелевые горелки (рис. 2). Обычно они представляют собой трубу диаметром до 50 мм, в которой просверлены отверстия диаметром до 4 мм в два ряда. Коллектор горелки размещают над колосниковой решеткой в кирпичном канале. Канал представляет собой щель в поде котла, откуда и название горелок -- подовые щелевые.

Рис. 2. Подовая диффузионная горелка:

1 -- регулятор воздуха; 2 -- горелка; 3 -- смотровое окно; 4 -- центрирующий стакан; 5-- горизонтальный тоннель; 6-- выкладка из кирпича; 7 -- колосниковая решетка

Из горелки 2 газ выходит в топку, куда из-под колосников 7 поступает воздух. Газовые струйки направляются под углом к потоку воздуха и равномерно распределяются по его сечению. Процесс смешения газа с воздухом осуществляется в специальной щели, выполненной из огнеупорного кирпича. Благодаря такому устройству усиливается процесс смешивания газа с воздухом и обеспечивается устойчивое зажигание газовоздушной смеси.

Колосниковую решетку закладывают огнеупорным кирпичом и оставляют несколько щелей, в которых размещают трубы с просверленными отверстиями для выхода газа. Воздух под колосниковую решетку подается вентилятором или в результате разрежения в топке. Огнеупорные стенки щели -- стабилизаторы горения -- предотвращают отрыв пламени и одновременно повышают процесс теплоотдачи в топке.

При раздельной подаче газа и воздуха в диффузионных горелках можно подогревать воздух, что обеспечивает получение высоких температур в топке.

Инжекционные горелки

Горелки, в которых образование газовоздушной смеси происходит за счет энергии струи газа, называют инжекционными . Основной элемент инжекционной горелки -- инжектор, подсасывающий воздух из окружающего пространства внутрь горелок.

В зависимости от количества инжектируемого воздуха горелки могут быть с неполной инжекцией воздуха и с полным предварительным смешением газа с воздухом.

Горелки с неполной инжекцией воздуха. К фронту горения поступает только часть необходимого для сгорания воздуха, остальной воздух поступает из окружающего пространства. Такие горелки работают при низком давлении газа. Их называют инжекционными горелками низкого давления (рис. 3, а).

Основными частями инжекционных горелок являются регулятор первичного воздуха, форсунка, смеситель и коллектор (см. рис. 3).

Рис. 3. Инжекционные атмосферные газовые горелки:

а -- низкого давления; б -- горелка для чугунного котла; 1 -- форсунка; 2 -- инжектор; 3 -- конфузор; 4 -- диффузор; 5 -- коллектор; 6 -- отверстия; 7 -- регулятор первичного воздуха

Регулятор первичного воздуха 7 представляет собой вращающийся диск или шайбу и регулирует количество первичного воздуха, поступающего в горелку. Форсунка 1 служит для превращения потенциальной энергии давления газа в кинетическую, т. е. для придания газовой струе такой скорости, которая обеспечивает подсос необходимого воздуха. Смеситель горелки состоит из трех частей: инжектора, конфузора и диффузора. Инжектор 2 создает разрежение и подсос воздуха. Самая узкая часть смесителя -- конфузор 3, выравнивающий струю газовоздушной смеси. В диффузоре 4 происходят окончательное перемешивание газовоздушной смеси и увеличение ее давления за счет снижения скорости.

Из диффузора газовоздушная смесь поступает в коллектор 5, который и распределяет ее по отверстиям 6. Форма коллектора и расположение отверстий зависят от типа горелок и их назначения.

Распределительный коллектор горелок емкостных водонагревателей имеет форму окружности; у горелок проточных водонагревателей коллектор состоит из параллельно расположенных трубок; у агрегатов, имеющих удлиненную топку, коллектор удлиненной формы; у горелок для чугунного котла (рис. 3, б) коллектор в виде прямоугольника с большим числом мелких отверстий.

Инжекционные горелки низкого давления имеют ряд положительных качеств, благодаря которым их применяют в бытовых газовых приборах, а также в газовых приборах для предприятий общественного питания и других коммунально-бытовых потребителей газа. Инжекционные горелки используют также в чугунных отопительных котлах.

Основные преимущества инжекционных горелок низкого давления: простота конструкции, устойчивая работа горелок при изменении нагрузок; надежность и простота обслуживания; бесшумность работы; возможность полного сжигания газа и работа на низких давлениях газа; отсутствие подачи воздуха под давлением.

Важная характеристика инжекционных горелок неполного смешения -- коэффициент инжекции -- отношение объема инжектируемого воздуха к объему воздуха, необходимого для полного сгорания газа. Так, если для полного сгорания 1 м3 газа необходимо 10 м3 воздуха, а первичный воздух составляет 4 м3, то коэффициент инжекции равен 4: 10 = 0,4.

Характеристикой горелок является также кратность инжекции -- отношение первичного воздуха к расходу газа горелкой. В данном случае, когда на 1 м3 сжигаемого газа инжектируется 4 м3 воздуха, кратность инжекции равна 4.

Достоинство инжекционных горелок -- это их свойство саморегулирования, т.е. поддержание постоянной пропорции между количеством подаваемого в горелку газа и количеством инжектируемого воздуха при постоянном давлении газа.

Пределы устойчивой работы инжекционных горелок ограничены возможностями отрыва и проскока пламени. Это значит, что увеличить или уменьшить давление газа перед горелкой можно только в определенных пределах.

Горелки с полным предварительным смешением газа с воздухом . Инжекция всего воздуха, необходимого для полного сгорания газа, обеспечивается повышенным давлением газа. Горелки полного смешения газа работают в диапазоне давлений от 5000 Па до 0,5 МПа. Их называют инжекционными горелками среднего давления и применяют в основном в отопительных котлах и для обогрева промышленных печей. Тепловая мощность горелок обычно не превышает 2 МВт. Основные трудности повышения их мощности -- сложность борьбы с проскоком пламени и громоздкость смесителей.

Эти горелки дают малосветящийся факел, что уменьшает количество радиационной теплоты, передаваемой нагреваемым поверхностям. Для увеличения количества радиационной теплоты эффективно применение в топках котлов и печей твердых тел, которые воспринимают теплоту от продуктов горения и излучают ее на тепловоспринимающие поверхности. Эти тела называют вторичными излучателями. В качестве вторичных излучателей используют огнеупорные стенки тоннелей, стенки топок, а также специальные дырчатые перегородки, установленные на пути движения продуктов сгорания.

Горелки с полным предварительным смешением газа с воздухом подразделяют на два типа: с металлическими стабилизаторами и огнеупорными насадками.

Инжекционная горелка конструкции Казанцева (ИГК) состоит из регулятора первичного воздуха, форсунки, конфузора, смесителя, насадка и пластинчатого стабилизатора (рис. 4).

Рис. 4. Инжекционная горелка ИГК:

1 - стабилизатор; 2 - насадок; 3 - конфузор; 4 - форсунка; 5 - регулятор первичного воздуха

Регулятор первичного воздуха 5 горелки одновременно выполняет функции глушителя шума, который создается за счет повышенных скоростей движения газовоздушной смеси. Пластинчатый стабилизатор и проскока пламени в широком диапазоне 7 обеспечивает устойчивую работу горелки без отрыва и проскока пламени в широком диапазоне нагрузок. Стабилизатор состоит из стальных пластин толщиной 0,5 мм при расстоянии между ними 1,5 мм. Пластины стабилизатора стягивают между собой стальными стержнями, которые на пути движения газовоздушной смеси создают зону обратных токов горячих продуктов сгорания и непрерывно поджигают газовоздушную смесь.

В горелках с огнеупорными насадками природный газ сгорает с образованием малосветящегося пламени. В связи с этим передача теплоты излучением от факела горящего газа оказывается недостаточной. В современных конструкциях газовых горелок значительно повысилась эффективность использования газа. Малая светимость факела газа компенсируется излучением раскаленных огнеупорных материалов при сжигании газа методом беспламенного горения.

Газовоздушная смесь у этих горелок приготовляется с небольшим избытком воздуха и поступает в раскаленные огнеупорные каналы, где она интенсивно нагревается и сгорает. Пламя не вы ходит из канала, поэтому такой процесс сжигания газа называется беспламенным. Это название условное, так как в каналах пламя имеется.

Газовоздушная смесь подогревается от раскаленных стенок канала. В местах расширения каналов и вблизи от плохо обтекаемых тел создаются зоны задержки горячих продуктов сгорания. Такие зоны -- устойчивые источники постоянного подогрева и зажигания газовоздушной смеси. На рис. 5 показана беспламенная панельная горелка. Поступающий в сопло 5 из газопровода 7 газ инжектирует необходимое количество воздуха, регулируемое регулятором первичного воздуха 6. Образовавшаяся газовоздушная смесь через инжектор 4 поступает в распределительную камеру 3, проходит по ниппелям 2 и поступает в керамические тоннели 1. В этих тоннелях происходит сжигание газовоздушной смеси. Распределительная камера 3 от керамических призм 8 теплоизолирована слоем диатомовой крошки, что сокращает теплоотвод из реакционной зоны.

Беспламенное сжигание газа имеет следующие преимущества: полное сгорание газа; возможность сжигания газа при малых избытках воздуха; возможность достижения высоких температур горения; сжигание газа с высоким тепловым напряжением объема горения; передача значительного количества теплоты инфракрасными лучами.

Существующие конструкции беспламенных горелок с огнеупорными насадками по конструкции их огневой части подразделяют на горелки с насадками, имеющие каналы неправильной геометрической формы; горелки с насадками, имеющие каналы правильной геометрической формы; горелки, у которых пламя стабилизируется на огнеупорных поверхностях топки.

Рис. 5. Беспламенная панельная горелка:

1 -- тоннель; 2 -- ниппель; 3 -- распределительная камера; 4 -- инжектор; 5 -- сопло; 6 -- регулятор воздуха; 7 -- газопровод; 8 -- керамические призмы

Наиболее распространены горелки с насадками правильной геометрической формы. Огнеупорные насадки таких горелок состоят из керамических плиток размером 65 х 45 х 12 мм. Беспламенные горелки называют также горелками инфракрасного излучения.

Все тела -- источники теплового излучения, возникающего за счет колебательного движения атомов. При излучении тепловая энергия веществ превращается в энергию электромагнитных волн, которые распространяются от источника со скоростью, равной скорости света. Эти электромагнитные волны, распространяясь в окружающем пространстве, наталкиваются на различные предметы и легко превращаются в тепловую энергию. Величина ее зависит от температуры излучающих тел. Каждой температуре соответствует определенный интервал длин волн, излучаемых телом. В данном случае передача теплоты излучением происходит в инфракрасной области спектра, а горелки, работающие по этому принципу, называются горелками инфракрасного излучения (рис. 6).

Через сопло 4 (см. рис. 6, а) газ поступает в горелку и инжектирует весь воздух, необходимый для полного сгорания газа. Из горелки газовоздушная смесь поступает в сборную камеру 6 и далее направляется в огневые отверстия керамической плитки 2. Во избежание проскока пламени диаметр огневых отверстий должен быть меньше критической величины и составлять 1,5 мм. Выходящая из огневых камер газовоздушная смесь поджигается при малой скорости ее вылета, чтобы избежать отрыва пламени. В дальнейшем скорость вылета газовоздушной смеси можно увеличить (полностью открыть кран), так как керамические плитки нагреваются до 1000°С и отдают часть теплоты газовоздушной смеси, что приводит к увеличению скорости распространения пламени и предотвращению его отрыва.

Рис. 6. Горелки инфракрасного излучения:

а -- схема горелки: 1 -- рефлектор; 2 -- керамическая плитка; 3 -- смеситель; 4 -- сопло; 5 -- корпус; 6 -- сборная камера; б, в и г -- соответственно горелки ГИИ-1, ГИИ-8 и ПС-1-38

Керамические плитки имеют около 600 огневых цилиндрических каналов, что составляет около 40 % поверхности плиток.

Плитки соединяют друг с другом специальной замазкой, состоящей из смеси шамотного порошка с цементом.

Если инфракрасные горелки работают на газе среднего давления, то применяют специальные плиты из пористых жаропрочных материалов. Вместо цилиндрических каналов у них узкие искривленные каналы, которые заканчиваются расширяющимися камерами сгорания.

При сжигании газа в многочисленных каналах различных насадок происходит нагрев их внешних поверхностей до температуры около 1000 °С. В результате поверхности приобретают оранжево-красный цвет и становятся источниками инфракрасных лучей, которые поглощаются различными предметами и вызывают их нагрев.

На рис. 6, б... г показаны наиболее распространенные типы инфракрасных горелок. У горелок ГИИ-1 имеются 21 керамическая плитка, рефлектор и распределительная коробка. С помощью горелок ГИИ можно обогревать помещения и различное оборудование. Горелки используют и для обогрева открытых площадок (спортивные площадки, кафе, помещения летнего типа и т.д.).

Горелку ГК-1-38 успешно применяют для подогрева строящихся стен и штукатурки, обогрева людей, работающих в зимних условиях. Горелка может работать на природном и сжиженном газах.

Горелки с принудительной подачей воздуха

У горелок с принудительной подачей воздуха процесс образования газовоздушной смеси начинается в самой горелке и завершается в топке. Газ сгорает коротким и несветящимся пламенем. Воздух, необходимый для сгорания газа, подается в горелку принудительно с помощью вентиляторов. Подача газа и воздуха производится по отдельным трубам.

Горелки с принудительной подачей воздуха часто называют двухпроводными и смесительными, так как в них происходит полное перемешивание газовоздушной смеси.

Рис. 7. Горелка с принудительной подачей воздуха низкого давления:

1 -- сопло; 2 -- корпус; 3 -- фронтальная плита; 4 -- керамический тоннель

Наиболее распространенные конструкции этих горелок работают на низком давлении газа и воздуха (рис. 7). Однако некоторые конструкции можно использовать и при среднем давлении газа.

Горелки предназначены для установки в топках котлов и других агрегатах с небольшим объемом топки, а также в нагревательных и сушильных печах.

Газ давлением до 1200 Па поступает в сопло 1 и выходит из него через восемь отверстий диаметром 4,5 мм. Отверстия расположены под углом 30° к оси горелки. В корпусе 2 горелки устроены специальные лопатки, придающие потоку воздуха вращательное движение. Таким образом, газ в виде мелких струек пересекается в закрученном потоке воздуха и создается хорошо перемешанная газовоздушная смесь. Горелка заканчивается керамическим тоннелем 4, имеющим запальное отверстие.

Основные достоинства горелок: возможность сжигания большого количества газа; широкий диапазон регулирования производительности горелок; возможность подогрева воздуха и газа до температур, превышающих температуру воспламенения.

В существующих разнообразных конструкциях горелок интенсификация процесса образования газовоздушной смеси достигается следующими способами: расчленением потоков газа и воздуха на мелкие потоки, в которых проходит смесеобразование; подачей газа в виде мелких струек под углом к потоку воздуха; закручиванием потока воздуха различными приспособлениями, встроенными внутрь горелок.

Комбинированные горелки

Горелки, работающие одновременно или раздельно на газе и мазуте или на газе и угольной пыли, называются комбинированными. Их применяют при перебоях в подаче газа, когда необходимо срочно перейти на другой вид топлива; когда газовое топливо не обеспечивает необходимого температурного режима топки; подача газа на данный объект производится только в определенное время (ночью) для выравнивания суточной неравномерности газопотребления.

Наибольшее распространение получили газомазутные горелки (рис. 8) с принудительной подачей воздуха. Горелка состоит из газовой, воздушной и жидкостной частей. Газовая часть представляет собой полое кольцо, имеющее штуцер для подвода газа и восемь трубочек для распыления газа.

Жидкостная часть горелки состоит из мазутной головки и внутренней трубки, заканчивающейся форсункой 1. Подача мазута в горелку регулируется вентилем. Воздушная часть горелки состоит из корпуса б, завихрителя 3, воздушной заслонки 5, с помощью которой можно регулировать подачу воздуха. Завихритель служит для лучшего перемешивания струи мазута с воздухом. Давление воздуха 2...3 кПа, давление газа до 50 кПа, а давление мазута до 0,1 МПа.

Применение комбинированных горелок дает более высокий эффект, чем одновременное использование газовых горелок и мазутных форсунок или газовых и пылеугольных горелок.

Рис. 8. Комбинированная газомазутная горелка с принудительной подачей воздуха:

1 -- мазутная форсунка; 2 -- воздушная камера; 3 -- завихритель; 4 -- трубки выхода газа; 5 -- воздушная регулировочная заслонка; 6 -- корпус

Комбинированные горелки необходимы для надежной и бесперебойной работы газоиспользующих установок крупных промышленных предприятий, электростанций и других потребителей, для которых перерыв в работе недопустим.

В качестве резервного топлива служит мазут, в этом случае в центральной трубе устанавливается мазутная форсунка. При переводе горелки на газовое топливо мазутную форсунку заменяют кольцевым каналом, по которому подается газовое топливо.

В центральной части канала установлена труба с чугунным наконечником 2. В наконечнике 24 косые щели, через которые выходит газ, пересекающийся с потоком закрученного воздуха, выходящего из улитки 1. В усовершенствованных конструкциях горелок в наконечнике вместо щелей предусмотрено 115 отверстий диаметром 7 мм. В результате скорость выхода газа увеличилась почти в два раза (150 м/с).

В новых конструкциях горелки применяется периферийная подача газа, при которой газовые струйки, имеющие более высокую скорость, чем воздушные, пересекают закрученный поток воздуха, движущийся со скоростью 30 м/с, под прямым углом. Такое взаимодействие потоков газа и воздуха обеспечивает быстрое и полное их перемешивание, в результате чего газовоздушная смесь сгорает с минимальными потерями.

Технические характеристики горелок приведены в Таблице 2.

Таблица 2. Технические характеристики горелок БГ-Т

Параметры	Виды горелок в зависимости от мощности

Тепловая мощность в режиме «малый огонь», МВт
Присоединительное давление газа перед горелкой, Па
Номинальное давление в камере сгорания теплового агрегата, Па
Номинальное разрежение в камере сгорания газа, Па
Низшая теплота сгорания газа, МДж/м3, не менее
Низшее число Воббе,
Температура окружающей среды, °С, не более
Минимальный коэффициент избытка воздуха при номинальной тепловой мощности, не более
Допускаемое увеличение минимального коэффициента избытка воздуха в диапазоне рабочего регулирования тепловой мощности, не более
Мощность привода вентилятора, кВт, не более

Блочные газовые горелки БГ-Г (рис. 10) предназначены для использования в камерах сгорания тепловых агрегатов различного назначения (паровые и водогрейные котлы, печи, асфальтосмесительные установки и т.д.). В качестве топлива в горелках используют природный газ.

Во входной части корпуса 7 расположен воздухозаборник 14, в котором на оси 13 установлена воздушная заслонка 75с приводом. Привод воздушной заслонки состоит из электромагнита 17 и системы рычагов, связанных с осью заслонки. К корпусу 1 крепится электродвигатель 25, на вал которого насажен центробежный вентилятор 24.

Рис. 10. Горелка блочная газовая БГ-Г:

1 -- корпус; 2 -- глазок смотровой; 3 -- генератор импульсный; 4 -- датчик реле давления воздуха; 5 -- палец быстросъемный; 6 -- провод высоковольтный; 7 -- насадок газовый; 8 -- переходник (смеситель) с соплом; 9 -- завихритель; 10 -- кольцо уплотнительное; 11 -- прокладка; 12 -- разводка газовая; 13 -- ось; 14 -- воздухозаборник; 15 -- заслонка воздушная; 16 -- кронштейн; 17 -- электромагнит; 18 -- пульт управления; 19 -- клапан электромагнитный; 20 -- датчик ионизационный (электрод контрольный); 21 -- вентиль газовый; 22 -- датчик-реле давления газа; 23 -- кран; 24 -- вентилятор; 25 -- электродвигатель; 26 -- реле; 27 -- электрод нулевой; 28 -- электрод запальный

К фланцу корпуса крепится смеситель 8, внутри которого установлен газовый насадок 7с завихрителем 9 и электродами 20, 27 и 28. К торцу смесителя крепится горловина.

Для доступа к газовому насадку и подводящим высоковольтным проводам 6 электродов смеситель при помощи двух быстросъемных пальцев 5 может откидываться в одну или другую сторону.

Газовый насадок 7 соединен с газовой разводкой 12, на которой установлена в зависимости от типоразмера горелки необходимая газовая арматура. Места соединений газового насадка 7 с газовой разводкой 12 и газовой разводки со смесителем горелки уплотнены уплотнительным кольцом 10 и прокладкой 11.

Управляют работой горелки с пульта управления 18, который крепится к корпусу с помощью кронштейна 16.

Воздух в горелку подается электровентилятором. Количество воздуха, поступающего в зону горения, регулируют воздушной заслонкой 15.

При номинальной тепловой мощности горелки электромагнит обесточен и воздушная заслонка открыта (положение 0 на лимбе воздухосборника). В режиме «малый огонь» на электромагнит подается питание, он срабатывает, и воздушная заслонка, поворачиваясь на оси, перекрывает воздухосборник (положение 3 на лимбе воздухосборника).

Газ поступает по газовой разводке 12 в газовый насадок 7 и через его газораздающие отверстия попадает в поток воздуха, закрученный завихрителем 9. Количество газа, подаваемого на горение, регулируют электромагнитными вентилями.

Газовоздушная смесь поджигается искрой, возникающей между запальным электродом 28 и газовым насадком 7 при подаче тока высокого напряжения от импульсного генератора 3.

Давление газа перед горелкой контролируют датчиком-реле 22, а давление воздуха для горения -- датчиком-реле 4. Наличие пламени контролируют блоком контроля пламени, расположенным в пульте управления и получающим импульс от датчика контроля пламени 20. Для наблюдения за горением на корпусе горелки имеется смотровой глазок 2.

Режим продувки. Включают электровентилятор, подающий воздух в горелку. Привод обесточен, заслонка 15 полностью открыта, подается максимальное количество воздуха для обеспечения продувки. Электромагнитные вентили на газовой разводке обесточены, что препятствует подаче газа в горелку.

Режим розжига. По окончании продувки горелка переходит в режим розжига: на привод подается питание, он поворачивает ось 13 заслонки /5, уменьшая подачу воздуха для обеспечения розжига горелки. Одновременно включается клапан 19 (на горелках БГ-Г-0,5 и БГ-Г-0,65 включаются два электромагнитных вентиля 27), подавая газ в горелку, и импульсный генератор 3, подавая высокое напряжение на запальный электрод 28. Искра, возникающая между газовым насадком 7 и запальным электродом 28, поджигает газовоздушную смесь.

Режим розжига горелки одновременно является режимом «малый огонь».

Режим эксплуатации. При нормальном розжиге с появлением пламени и устойчивом горении дополнительно включается электромагнитный вентиль 21, отключается электромагнит 17, обеспечивая максимальное открытие воздушной заслонки 15. Горелка переходит в режим «большой огонь». Тепловую мощность регулируют с помощью регулятора температуры (для паровых котлов -- давления пара, который при необходимости подает сигнал на пульт управления для изменения расхода газа и воздуха).

Горелка работает в режиме нормальной эксплуатации с трехступенчатым регулированием тепловой мощности.

Горелка БГ-Г-0,12 в зависимости от варианта изготовления работает в режиме трехступенчатого или двухступенчатого регулирования.

Автоматизация процессов сжигания газа

Свойства газового топлива и современные конструкции газовых горелок создают благоприятные условия для автоматизации процессов сжигания газа. Автоматическое регулирование процесса горения повышает надежность и безопасность эксплуатации газоиспользующих агрегатов и обеспечивает их работу в соответствии с наиболее оптимальным режимом.

В существующих газоиспользующих установках применяют системы частичной или комплексной автоматизации.

Современная комплексная газовая автоматика состоит из следующих основных систем: автоматики регулирования, автоматики безопасности, аварийной сигнализации, теплотехнического контроля.

Автоматика регулирования бытовых, коммунальных и промышленных газовых приборов и агрегатов предназначена для управления и регулирования процесса горения газа таким образом, чтобы газовые приборы и агрегаты работали на заданном режиме и обеспечивали оптимальный режим горения газа. Так, у емкостных водонагревателей поддерживается постоянная температура воды в баке, у паровых котлов -- постоянное давление пара, у отопительных водогрейных котлов -- температура воды в котле.

Автоматика безопасности прекращает подачу газа к горелкам газоиспользующих установок при нарушениях режима работы. При этом контролируются наиболее важные параметры:

* наличие пламени в топке. При отсутствии пламени в топке подача газа на горелку немедленно прекращается;

* давление газа на подводящем газопроводе. При изменении давления газа против установленного минимального и максимального значений подача газа прекращается;

* разрежение в топке. При понижении разрежения в топке до минимально допустимого подача газа прекращается;

* давление воздуха (при наличии соответствующих горелок). При падении давления воздуха до минимально допустимого подача газа прекращается;

* температура воды в котле. Если температура воды превышает допустимую норму, то подача газа прекращается;

* давление пара в котле. При повышении давления пара сверх установленного подача газа прекращается.

При отключении агрегатов подаются звуковой и световой сигналы. Контролируют также загазованность помещений, где установлены газовые приборы и агрегаты.

Приборы контроля и сигнализации дают возможность устанавливать дистанционное управление газоиспользующих установок.

Приборы теплотехнического контроля помогают обслуживающему персоналу вести технологический процесс в оптимальном режиме.

Степень автоматизации газоиспользующего агрегата зависит от конкретных условий его эксплуатации.

Список литературы

1.Кязимов К.Г., Гусев в.Е. Основы газового хозяйства. - М.: Высш. шк., 2000.

2.Кязимов К.Г. Устройство и эксплуатации газового хозяйства. - М.: Высш. шк., 2004.

3.Кязимов К.Г. Справочник работника газового хозяйства. - М.: Высш. шк., 2006.

4.Стаскевич Н.Л., Северинец Г.Н., Вигдорчик Д.Я., Справочник по газоснабжению и использованию газа. - Л.: Недра, 1990.

5.ГОСТ 17356 - 71

6.ГОСТ 21204 - 83

7.ГОСТ 21204 - 97

Размещено на сайт

Подобные документы

Особенности и принципы организации процессов сжигания топлива в воздушном потоке. Классификация газогорелочных устройств и характерные способы смешения газа с первичным воздухом. Разновидности газовых горелок, их основные технические характеристики.

контрольная работа , добавлен 19.12.2011

Конструкция методических печей, их классификация. Преимущества камерных печей, особенности работы горелок. Общие принципы выбора рациональных методов сжигания топлива в печах. Работа устройств для сжигания газа (горелок) и жидкого топлива (форсунок).

курсовая работа , добавлен 05.10.2012

Назначение и цели создания автоматизируемой системы управления технологическими процессами. Приборы и средства автоматизации абсорбционной установки осушки газа. Оценка экономической эффективности применения кориолисовых расходомеров Micro Motion CMF.

дипломная работа , добавлен 22.04.2015

Анализ общих сведений по Уренгойскому месторождению. Тектоника и стратиграфия. Газоносность валанжинского горизонта. Свойства газа и конденсата. Технологическая схема низкотемпературной сепарации газа. Расчет низкотемпературного сепаратора очистки газа.

дипломная работа , добавлен 09.06.2014

Схема добычи, транспортировки, хранения газа. Технологический процесс закачки, отбора и хранения газа в пластах-коллекторах и выработках-емкостях. Базисные и пиковые режимы работы подземных хранилищ газа. Газоперекачивающие агрегаты и их устройство.

курсовая работа , добавлен 14.06.2015

Описание сварочной горелки как основного инструмента газосварщика при сварке и наплавке. Классификация горелок по способу подачи горючего газа и кислорода в смесительную камеру, по роду применяемого горючего газа, по назначению, по мощности пламени.

реферат , добавлен 02.12.2010

Модернизация системы автоматизации цеха осушки газа путем подбора анализатора температуры точки росы. Описание функциональной схемы автоматизации. Уровень оперативно-производственной службы промысла. Методика расчета экономической эффективности проекта.

дипломная работа , добавлен 22.04.2015

Централизации технологических объектов подготовки газа. Конфигурации трубопроводных коммуникаций и расчет рабочего давления. Очистка от механических примесей. Общая оценка процесса осушки газа, способы выделения из него сероводорода и двуокиси углерода.

реферат , добавлен 07.06.2015

История развития рынка сжиженного природного газа, его современное состояние и перспективы развития. Технология производства и транспортировки сжиженного природного газа, обзор перспективных проектов по созданию заводов по сжижению газа в России.

реферат , добавлен 25.12.2014

Технология получения чугуна из железных руд путем их переработки в доменных печах. Расчет состава и количества колошникового газа и количества дутья. Материальный баланс доменной плавки, приход и расход тепла горения углерода кокса и природного газа.