Виды газовых горелок. Классификация газовых горелок

1. В зависимости от области применения газовые горелки подразделяют на два основных типа:

а) газовые смесеобразователи общего назначения, когда их можно устанавливать на большинстве печей, топок и других огневых установках;

б)горелки специального назначения, когда их устанавливают только в определенной конструкции печи или огневой установки и практически исключается установка их на других конструкциях.

2.В зависимости от теплотворности сжигаемого газообразнога продукта горелки можно подразделить на следующие типы:

а)для сжигания газов низкой теплотворности (Q* = 8 МДж/м3);

б)для сжигания газов средней теплотворности = 8-20 МДж/м3);

в)для сжигания газов высокой теплотворности ((?g = 20 МДж/м3).

3.По способу подвода воздуха, необходимого на горение, горелки можно подразделить на следующие типы:

а) диффузионные, когда воздух притекает к пламени из окружающей атмосферы;

б)инжекционные, когда воздух засасывается в горелку;

в)дутьевые, когда воздух в горелку нагнетается.

4.В зависимости от давления газы, поступающие в горелку, можно подразделять на следующие типы:

а)низкого давления (до 0,005 МПа);

б)среднего давления (от 0,005 до 0,3 МПа);

в)высокого давления (выше 0,3 МПа).

5.Газовые горелки могут быть комбинированными, если в них предусмотрена возможность сжигания дополнительного вида топлива.

Горелки без предвар смешения газа с возд. В дифф горелки возд, необх для сгорания газа, пост-т из орк-го пространства к фронту факела за счет дифф. Прим-ся в бытовых приборах. Газ подается в горелку без примеси первичного возд и смешивается с ним за пределами горелки => горелки внеш смешения. Предст собой тр с высверленными отверстиями. Расст м/у отверстиями выбир-ся с учетом ск-ти распростр-я пламени от одного отверстия к др. К пром горелкам дифф типа отн-ся подовые щелевые горелки. Предст собой тр d=50мм, в iй просверлены отверстия d=4 в 2 ряда. Коллектор горелки размещ-ся над колосниковой решеткой в кирпичном канале. Канал предст собой щель в поде котла – подовое щелевые. Из горелки газ выходит в топку, куда из-под колос-й решетки пост-т возд. Газовые струйки направл-ся под углом к потоку возд и равномерно распред-ся по его сечению. Процесс смешения газа с возд осущ-ся в спец щели, сделанной из огнеупорного кирпича. Колосниковая решетка заклад-ся огнеупорным кирпичом, оставляют несколько щелей, в i-х размещ-ся тр с просверленными отверстиями для выхода газа. Возд под колос-ю решетку подается вент-м или в рез-те разрежения в топке.Горелки с недоверш предвар смеш газа с возд . Процесс смесеобраз нач-ся в самой горелке и акт-но завер-ся в топочной камере. В топку газовозд смесь поступает част-но приготовленной. Горелки сост-т из сист раздельной подачи газа и всего возд, необх-го для горения, устр-ва в iм нач-ся процесс смесеобраз-я. Процессом смешения в топке упр-т смесительное устр-во горелки. Такие горелки наз турбулентного смешения или смесительными. Интенсификацию процесса смесеобразования достиг закручиванием потока возд: напр-ми лопатками, улитками, подачей газа в виде мелких струй под углом к потоку газа, расчленением потоков газа и возд на мелкие потоки. «+» возм-ть сжиг big колич газа при срав-но небольших габаритах горелки; широкий диапазон регул-я произ-ти горелки; возм-ть подогрева газа и возд до t-р превыш-х t-ру воспламенения; срав-но легкая возм-ть выполнения конструкций с комбин-ми сжиг-м топл (газ-мазут, газ- угольная пыль) «-» принуд подача возд, сжиг газа с меньшими объемными тепловыми напряжениями; сжиг газа с хим неполнотой большей чем при кинет горении. Данные горелки прим-ся для обогрева пром печей, котлов.Горелки предвар-го смеш-я газа с частью возд необх-го для горения. Здесь первичное смешение осущ-ся у горелок атмо-го типа. Первичный возд засасывается струей газа в эжектор, где протекает смесеобразование, т.о. горелки одновременно явл-ся эжекционными. Газовозд-я смесь выходит из горелки со ск-тью обесп-щей устойч-е горение. Вторич возд подсасывается к пламени непосредственно из атмосферы окр ср. Головка горелки имеют форму коллектора с большим числом выходных отверстий. Для обесп-я стабильной подачи первич и вторич возд топки с атм-ми горелками обычно обор-ся тягопрерывателями. «+»: Простота конструкции, Возм-ть работы на низк давл газа; Отсутствие необх-ти подачи возд под давл, Возм-ть полного сжигания газа, устойчивая работа горелки в широком диапазоне изменения нагрузок. Бесшумность раб.Надёжность и простота экспл. Такие горелки прим-ся в бытовых приборах, чугунных котлах и т д.Горелки предварительного смешения газа с воздухом . Процесс смесеобразования начинается в самой горелке и завершается в топочной камере. В тонизируешем газовоздушная смесь поступает частично подготовлена. Горелки состоят из систем раздельной подачи газа и систем воздуха необходимого для горения. Устройство в котором начинается процесс смеси образования воздуха с газом управляет горелки турбулентного смешения или смесительного. Дос-ва=вохм-ность сжигания газа большего объема при сравнит-но небольш разм-рах гор-ки,широкий диапазон регулирования горелки,возможность подогрева газа и воздуха до темпер.Превышающих темпер-ру воспламенения.Нед-тки=сжигания газа с хим.неполнотой больше чем при использоваании горелки,данные горелки имеют производит-ть 60квт-60 мвт,примен-ся в пром печи котлы.

Горелки полного предварительного смешения газа с воздухом .

Бывают 2 типов: с огнеупор-и насадками и безогнеупор-х насадок но с металл-ми насадками. Исполь-з для прогрева промыш-х печей и производ-х отоп котлов. Производ-ь горелки до 2МВт. Оно связано: с ложностью борьбы с проскоком пламени при больших диаметрах кратера горелки; производ-ь смесителей им-х большую производ-ь. Для увелич-я кол-ва радиац тепла передав-о поверх-м нагрева примен-т вторичные излучатели. Это тв тела к –рые воспринимают тепло от продуктов сгорания и излуч его на тепловосприним-е поверхности. Здесь исполь-т огнеупор-е стенки каналов и туннелей, своды и стенки топок спец дырчатые перегородки устан-е на пути движ газов. У большин-ва горелок полного предварит-го смешения приготовление однородной газовоздуш-й смеси осущ-ся с помощью эжекционных смесителей. Эжекторы просты по констру-и надежны в экспл-и, обычной раб средой яв-ся горюч газ.

Газовые горелки не имеют строгой классификации по одному, наиболее характерному признаку, поэтому одни и те же горелки могут классифицироваться по следую­щим признакам:

1. По методу сжигания в горелках газо­вой смеси:

а) горелки пламенного (факельного) типа;

б) горелки беспламенного типа.

2. По способу получения газовой смеси:

а) горелки диффузионного типа;

б) горелки атмосферного типа;

в) горелки предварительного смешения.

3. По роду сжигаемой смеси:

а) горелки газовоздушные;

б) горелки газокислородные;

в) горелки водороднокислородные.

Все они могут иметь различное конструктивное оформление и назначение.

Горелки пламенного типа характеризуются наличием резко выраженной зоны сгорания смеси - факела. Го­релки обеспечивают строго определенную зону нагрева.

Горелки беспламенного типа характеризуются отсут­ствием факела при сжигании горючей смеси. Сгорание ее происходит на раскаленной поверхности керамики, являющейся катализатором. Значительная часть энергии на обрабатываемое изделие передается лучеиспуска­нием-радиацией с раскаленной до высоких температур поверхности керамики. Горелки беспламенного типа не имеют фокусированной точки максимальной темпера­туры.

Горелки диффузионного типа характеризуются отсут­ствием первичного воздуха в смеси. Горючий газ смеши­вается с кислородом воздуха, выходя из горелки. Про­стейшим типом диффузионных горелок являются горелки, используемые в шкафных печах, в машинах сушки цоколеванных ламп и др., представляющие собой трубу с рядом просверленных в ней отверстий. В трубу подается под давлением газ, который выходит из отвер­стий и, смешиваясь с кислородом окружающего воздуха, сгорает. Одним из основных условий работы любой го­релки является устойчивое сжигание газа, так как горел­ка, не обеспечивающая устойчивого горения газа, не мо­жет эксплуатироваться. Под устойчивым горением газа понимается ровное и спокойное пламя, не проскакиваю­щее внутрь горелки и не отрывающееся от последней.

Диффузионные горелки имеют устойчивое пламя При предельно низких давления* газа. При повышении дав­ления пламя теряет устойчивость и отрывается от горел­ки. Пламя внутрь диффузионной горелки проскочить не может, так как в ней находится горючий газ без приме­си воздуха. Простота конструкции, возможность работы на низких давлениях и исключение возможности обрат­ного удара относятся к положительным сторонам горе­лок диффузионного типа.

Пламя диффузионных горелок почти всегда коптя­щее, особенно при сжигании в них газов высокой кало­рийности, что является результатом неполного сгорания газа (химический недожог).

Диаметр отверстий горелок берут исходя из необхо­димой тепловой мощности горелки. При малом диаметре отверстий следует иметь в виду их легкую засоряемость. Максимальный шаг отверстий горелки вытекает из усло­вий обеспечения передачи пламени от отверстия к отвер­стию при зажигании. При малом шаге языки пламени соседних отверстий сливаются, чем затрудняется доступ воздуха к пламени и ухудшается процесс перемешива­ния газа с воздухом. По вышеизложенным причинам в горелке не рекомендуется делать больше двух рядов отверстий.

Суммарное сечение отверстий не следует делать боль­ше 100% от сечения трубы, подводящей газ.

Горелки атмосферного типа характеризуются отсут­ствием отдельных специальных смесительных устройств с подводкой газа и воздуха. В горелках атмосферного типа смешение газа с атмосферным воздухом произво­дится непосредственно в самой горелке. Чем меньше ка­лорийность сжигаемого газа, тем легче обеспечить в нпх полное сжигание его и тем меньшее давление газа требуется. Однако горелки атмосферного типа обладают су­щественным недостатком: при определенных условиях в горелке наблюдается обратный удар пламени. Газ поступает в горелку по газопроводу, затем выходит из сопла 1 в камеру смешения А. Воздух, необходимый для сгорания газа, засасывается в камеру смешения через щели 2. Количество первичного воздуха регулируется дросселем 4. Из камеры смешения газовоздушная смесь поступает в диффузор и далее в головку горелки. Такая горелка экономичнее горелки диффузионного типа и не имеет коптящего пламени. В последнее время получает распространение беспламенная горелка атмосферного типа (рис. 8-38) для операций подогрева и отжига стекла.

Горелки, работающие на заранее подготовленной смеси, получили наибольшее распространение. Смесь для их питания приготовляется в смесителях, установленных отдельно от горелок. Такие горелки допускают также возможность сжигания чистого газа. Горелки, работаю­щие на заранее подготовленных газовых смесях, обеспе­чивают полное сгорание газа. Первичный воздух для сжигания газа смешивается с последним в смесителе, вторичный воздух поступает из окружающей атмосферы за счет диффузии непосредственно во время сгорания смеси. Пламя горелок такого типа в зависимости от при­меняемых компонентов и их соотношений обладает как окислительными, так и восстановительными свойствами, что надо учитывать при обработке стеклянных деталей.

Для обеспечения необходимых тепловых напряжений рабочие отверстия горелки снабжаются запалом, кото­рый препятствует отрыву факела. Однако целый ряд го­релок не имеет запального пламени, особенно горелки, работающие на смесях, богатых водородом. Смеси, со­держащие значительный процент водорода, кроме увели­ченной скорости распространения пламени, обладают вы­сокой теплоемкостью, ввиду чего подогрев смеси не тре­буется.

Пламенные горелки могут быть одноотверстными и многоотверстными; конструктивное оформление и эсплу- атациониые характеристики горелок диктуются требова­ниями технологического режима обработки изделий.

Газы, сжигаемые в горелках предварительного сме­щения, перемешиваются как с воздухом, так и с кисло­родом. В этом случае горелки подразделяются на газо­воздушные и газокислородные. Газы различного состава и теплоты сгорания для 1 своего сжигания требуют раз­личных по конструкции горелок. Различие заключается главным образом в наличии запального факела, его ве­личине и диаметрах основных отверстий. Горелки, ежииметь увеличенный запал по сравнению с горел­ками, сжигающими газы более низкой теплоты сгорания. Горючая смесь к горелкам подается с помощью шлангов и трубок.

Запальное пламя. Для обеспечения стабильной работы горелки (без отрыва пламени) л увеличения теп­ловой напряженности основных рабочих отверстий часть газовоздушной смеси расходуется на питание запально­го пламени. Благодаря наличию запального пламени, на небольших по площади рабочих отверстиях горелки удается получить высокие тепловые напряжения, обеспе­чивающие необходимый нагрев обрабатываемой поверх­ности.

Часть смеси, идущая на запал, проходит через отвер­стия в камеру расширения, а оттуда -в запальные от­верстия или запальные щели. Скорость истечения смеси из запальных отверстий или щелей равна или немного больше скорости распространения пламени, и, таким образом, запальное пламя всегда имеет устойчивый фа­кел, обеспечивающий стабильную работу основного - рабочего факела.

Для высококалорийных газов иногда применяются двухступенчатые запалы. В случае двухступенчатого за­пала пламя первой ступени, имеющее самую низкую ско­рость истечения смеси, подогревает и поджигает струю смеси, выходящую из второй ступени, расположенной ближе к основному рабочему отверстию горелки. Опыт работы при сжигании высококалорийных газов показал, что увеличенный одноступенчатый запал обеспечивает достаточно широкий предел регулирования интенсивно­сти горелки, и необходимость в усложнении конструкции горелки при изготовлении ее с двухступенчатым запалом отпадает.

Запальное пламя сильно расширяет пределы форси­рованного режима работы основного рабочего факела.

Из графика видно, что запзл в 13,5% (от величины рабочей струи) увеличивает значение предела на срыв пламени примерно в 3 раза, а запал в 18,0% -примерно в 5 раз по сравнению с горелкой без запала. Из того же графика видно, что значения пределов работы факе­ла при одном и том же запале зависят от состава сжи­гаемой смеси. Чем больше воздуха в горючей смеси, тем больше должен быть запал. Горелка, работающая в ши­роком диапазоне давлений и на разных по составу сме­

сях, должна иметь универсальный запал, стабильный в любых возможных режимах работы.

Запал горелки рассчитывается по наиболее тяжелым условиям работы горелки, т. е. по наибольшим тепловым напряжениям основных отверстий. Если горелка будет работать при иных условиях, то запал будет иметь не­который запас энергии.

Экспериментальные данные В. С. Кошелева показы­вают удовлетворительную работу горелок при расходе смеси на запальное пламя в следующих соотношениях к количеству смеси, расходуемой основными отвер­стиями:

при сж)игании смеси водяной газ - воздух 2-5% ;

при сжигании смеси природный газ - воздух 15-25%;

при сжигании смеси пропан-бутан-воздух 20-28%.

Чрезмерное увеличение запала приводит к возмож­ности проскока пламени, особенно при работе на водя­ном газе, и снижает экономические качества горелок.

Заслуженно считаются самыми востребованными среди подобного оборудования. Их преимущества вполне очевидны:

1. Газ доступен: цена этого топлива приемлема, при наличии газовой магистрали нет никаких проблем с его доставкой.

2. Все виды газовых горелок более просты и надежны в эксплуатации, чем, например, горелки на мазуте или жидком топливе.

3. Широкий диапазон мощностей: существуют типы газовых горелок, которые полностью соответствуют потребностям крупных промышленных предприятий, а также модели, подходящие для домашнего использования.

4. Многие модели газовых горелок оснащаются современными системами, автоматизирующими их работу. Это позволяет добиться максимального удобства, безопасности и безотказности в работе.

Чтобы эффективно работала, при выборе нужно учитывать несколько основных параметров. Сориентироваться в большом ассортименте помогает классификация этого оборудования.

По области применения

Классификация газовых горелок в зависимости от области применения:

1. Специальные горелки, разработанные для применения в печах определенной конструкции. Такие модели нельзя использовать с огневыми установками других типов.

2. Универсальные устройства, которые могут быть установлены на большинство типов топок и печей.

По способу образования топливной смеси

Газ сжигается не в чистом виде. Он включается в состав топливной смеси, вторым компонентом которой является воздух. Топливная смесь может образовываться различными способами. В связи с этим выделяют три основных вида газовых горелок:

1. Дутьевые. В горелках такого типа воздух подается нагнетанием.

2. Инжекционные. Воздух подается засасыванием.

3. Диффузионные. Воздух в таких горелках притекает к пламени естественным образом из окружающей среды.

Инжекционные горелки, как правило, являются частью самого котла, а вентиляционные обычно приобретаются как отдельное оборудование. Дутьевая горелка позволяет осуществлять довольно точную и плавную регулировку мощности работы. Благодаря этому, появляется возможность увеличения КПД оборудования за счет рационального использования газа. Работа в оптимальном режиме позволяет экономить топливо, а также снижать выбросы в окружающую среду углекислого газа. Единственным недостатком горелки дутьевого типа можно считать более высокую шумность работы.

Дутьевые газовые горелки различаются по типу подачи воздуха и способу образования топливной смеси:

1. Принудительная подача воздуха и полное предварительное смешивание.

2. Принудительная подача и частичное предварительное смешивание.

3. Принудительная подача воздуха без предварительного смешивания.

Для того чтобы увеличить интенсивность образования воздушно-газовой горючей смеси, в установках применяются различные технологии смешения: подача газа в виде тонких струек, направленных под углом к потоку воздуха; разделение на множество мелких потоков, в которых и осуществляется смешивание; закручивание потоков газа и воздуха при помощи различных встроенных устройств.

Искусственная подача воздуха позволяет увеличивать интенсивность сжигания топливной смеси. Соответственно, выбор газовой горелки с принудительной подачей топлива позволяет достичь большей мощности.

Классификация газовых горелок по теплотворности сжигаемого топлива:

1. Высококалорийные газовые горелки. Минимальная теплота сгорания газа составляет 20 МДж/м3. Такие горелки предназначены для сжигания природных и попутных нефтяных газов.

2. Среднекалорийные горелки. Теплота сгорания топлива в таком виде газовых горелок находится в диапазоне от 8 до 20 МДж/м3 (коксовый газ).

3. Низкокалорийные газовые горелки. Такой тип используется для сжигания газа, характеризующегося теплотой сгорания ниже 8 МДж/м3 (генераторный и доменный газ).

Виды газовых горелок по избыточному давлению:

1. Высокого давления (более 30 кПа).

2. Среднего давления (от 5 до 30 кПа).

3. Низкого давления (до 5 кПа).

Наибольшее распространение получили горелки низкого и среднего давления. Горелки высокого давления часто применяются для сжигания низкокалорийных газов.

По локализации пламени:

1. В свободном факеле.

2. В перфорированной, пористой или зернистой огнеупорной массе.

3. В огнеупорной камере сгорания или тоннеле.

4. На огнеупорной поверхности.

Горелки, сжигающие топливную смесь в свободном факеле или огнеупорном тоннеле, используются в котлах для нагрева теплоносителя (воды, воздуха и т. п.). Модели, сжигающие газ в пористой массе или на огнеупорной поверхности, применяются для обогрева методом инфракрасного излучения.

Классификация позволяет даже неспециалистам сориентироваться в многообразии этого оборудования. Так как выбрать газовую горелку, спросите Вы? Следует выбирать тот вариант, в котором оптимально сочетаются все необходимые характеристики. При этом важно учитывать, в каких условиях предполагается использовать оборудование и какие нагрузки оно должно выдерживать. Правильно выбранная горелка способна эффективно работать как в бытовой, так и в промышленной сфере в течение долгого времени.