Copyright оао цкб бибком & ооо Aгентство KнигаCервис удк 621. 64
 Скачать 2.47 Mb.
|
|
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Различают максимальную, минимальную и номинальную тепловые мощности газовых горелок. Максимальная тепловая мощность достигается при длительной работе горелки с наибольшим расходом газа и без отрыва пламени. Минимальная тепловая мощность соответствует устойчивой работе горелки при наименьших расходах газа без проскока пламени. Номинальная тепловая мощность горелки соответствует режиму работы с номинальным расходом газа, те. расходом, обеспечивающим максимальный 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 10 000 кДж/ч, то максимальная должна быть 12 000 кДж/ч. Важной характеристикой горелки является диапазон регулирования тепловой мощности = Q min / Q max где n – предел регулирования тепловой мощности n = 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. диффузионные горелки В диффузионных горелках воздух, необходимый для сгорания газа, поступает из окружающего пространства к фронту горения за счет диффузии. Такие горелки применяют обычно в бытовых приборах. Их можно использовать, если необходимо распределить пламя по большой поверхности. Наиболее простые по конструкции и по обслуживанию диффузионные горелки (рис. 9) представляют собой трубу с высверленными отверстиями. К промышленным горелкам диффузионного типа относят подовые щелевые горелки рис. 10, Щелевая подовая горелка состоит из газового коллектора ( ∅ = = 32–80 мм, изготовленного из стальной трубы и имеющего два ряда отверстий ∅ 1–3 мм, просверленных в шахматном порядке под углом от 60 до 120° один к другому, и щели из огнеупорного кирпича, в нижней части которой вдоль оси размещается коллектор ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Рис. 10. Щелевая подовая горелка – газовый коллектор 2 – колосниковая решетка 3 – огневая щель 1 3 2 Рис. 9. Варианты диффузионных горелок Рис. 11. Подовая диффузионная горелка – регулятор подачи воздуха 2 – горелка 3 – смотровое окно 4 – центрирующий стакан 5 – горизонтальный тоннель 6 – выкладка из огнеупорного кирпича 7 – колосниковая решетка. Б Б А A А–А Б–Б 4 5 6 7 3 2 1 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Газ через отверстия в коллекторе выходит в щель, равномерно распределяясь по ее длине. Воздух для горения поступает в туже щель снизу и перемешивается с газом. По мере смешивания с воздухом в щели начинается горение газа, щель разогревается и обеспечивает надежную стабилизацию пламени на всех режимах работы горелки. Подовые горелки могут работать на низком (130 или 200 мм вод. ст) и среднем (3000 мм вод. ст) давлении газа при естественной и искусственной тяге. При достаточной площади топки для повышения равномерности теплоотдачи и уменьшения теплового напряжения щели устанавливают несколько горелок, расстояние между коллекторами которых принимают 500 мм и больше. Расстояние от горелок к боковым стенкам должно быть не менее 400 мм. Ширина щели в горелке низкого и среднего давления одинакова и составляет 110 мм, номинальное давление воздуха 50 мм вод. ст. Минимальное рабочее давление газа для горелок низкого давления 20 и среднего давления мм вод. ст. 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 полного предварительного смешения газа с воздухом или с неполной инжекцией воздуха. Горелки с неполной инжекцией воздуха По способу смешения газа с воздухом такие горелки относятся к горелкам с частичным предварительным смешением. 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 также инжекционными горелками низкого давления. Основные части таких инжекционных горелок регулятор подачи первичного воздуха, сопло, смеситель и распределительный коллектор. Регулятор подачи первичного воздуха 1 (рис. 12) представляет собой вращающийся диск или шайбу и регулирует количество первичного воздуха, поступающего в горелку. Форсунка 2 служит для превращения потенциальной энергии давления газа в кинетическую, те. для придания газовой струе такой скорости, которая Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» обеспечивает подсос воздуха. Смеситель горелки состоит из трех частей конфузора 3, горловины 3 и диффузора 4. При выходе газовой струи из сопла в конфузоре создается разрежение и подсос воздуха. В самой узкой части смесителя – горловине 4 – происходит выравнивание струи газовоздушной смеси. В диффузоре 5 происходят окончательное перемешивание газовоздушной смеси и увеличение ее давления за счет снижения скорости. Из диффузора газовоздушная смесь поступает в распределительный коллектор, который и распределяет газовоздушную смесь по отверстиям. 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 Рис. 12. Инжекционные атмосферные газовые горелки: а – низкого давления б – горелка для чугунного котла 1 – регулятор подачи первичного воздуха 2 – сопло 3 – конфузор; 4 – горловина 5 – диффузор 6 – распределительный коллектор 7 – отверстия D 1 а D 2 Первичный воздух 4 p 5 4 б 2 3 6 1 7 Газ 1 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» формы у горелок для чугунного котла (см. рис. 12, 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. 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 давле- нием. Важной характеристикой инжекционных горелок неполного смешения является коэффициент инжекции – отношение объема инжектируемого воздуха к объему воздуха, необходимого для полного сгорания газа. Так, если для полного сгорания 1 м газа необходимом воздуха, а первичный воздух составляет 4 м, то коэффициент инжекции 4 : 10 = Характеристикой горелок является также кратность инжекции – отношение первичного воздуха к расходу газа горелкой. В данном случае, когда нам сжигаемого газа инжектируется 4 м воздуха, кратность инжекции равна В зависимости от давления газа в инжекционных горелках под- сасывается от 30 до 70 % воздуха, необходимого для сжигания газа. Достоинством инжекционных горелок является их саморегулирование, те. поддержание постоянной пропорции между количеством подаваемого в горелку газа и количеством инжектируемого воздуха при постоянном давлении газа. Пределы устойчивой работа инжекционных горелок ограничены возможностями отрыва и проскока пламени. Это значит, что увеличить или уменьшить давление газа перед горелкой можно только в определенных пределах. Горелки полного предварительного смешения газа с воздухом Инжекция всего воздуха, необходимого для полного сгорания газа, обеспечивается повышенным давлением газа. Горелки полного смешения газа работают обычно в диапазоне давлений от 2 до 6 кПа. Их называют инжекционными горелками среднего давления и применяют в основном в отопительных котлах и для обогрева промышленных печей. Тепловая мощность горелок обычно не превышает МВт. Основные трудности повышения их мощности – сложность борьбы с проскоком пламени и громоздкость смесителей ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Эти горелки дают малосветящийся факел, что уменьшает количество теплоты, передаваемой нагреваемым поверхностям путем излучения. Для увеличения количества теплоты, передаваемой излучением, 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 полного предварительного смешения газа с воздухом подразделяют на два типа с металлическими стабилизаторами и огнеупорными насадками. Горелка ИГК – инжекционная горелка конструкции Казанце- ва – состоит из регулятора подачи воздуха, сопла, смесителя и пластинчатого стабилизатора (рис. Регулятор подачи воздуха горелки одновременно выполняет функции глушителя шума, который создается за счет повышенных скоростей движения газовоздушной смеси. Пластинчатый стабилизатор 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 зна- Рис. 13. Инжекционная горелка ИГК: 1 – стабилизатор 2 диффузор 3 – конфузор; 4 – сопло 5 – регулятор подачи первичного воздуха ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 77 чительно 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 выходит 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. 14 показана беспламенная панельная горелка. Поступающий в сопло 5 из газопровода 7 газ инжектирует необходимое количество воздуха, изменяемое с помощью регулятора воздуха 6. Образовавшаяся газовоздушная смесь в смесителе 4 поступает в распределительную камеру 3, проходит по ниппелями поступает в керамические тоннели 1. В этих тоннелях происходит сжигание газовоздушной смеси. Распределительная камера 3 от керамических призм 8 теплоизолирована слоем диатомитовой крошки, что сокращает теплоотвод из реакционной зоны. Беспламенное сжигание газа имеет следующие преимущества полное сгорание газа при малых избытках воздуха возможность Рис. 14. Беспламенная панельная горелка – тоннель 2 – ниппель 3 – распределительная камера 4 – смеситель 5 – сопло 6 – регулятор воздуха 7 – газопровод 8 – керамические призмы ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» достижения высоких температур горения сжигание газа с высоким тепловым напряжением объема горения передача значительного количества теплоты излучением в инфракрасной области спектра. 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, и горелки, у которых пламя стабилизируется на огнеупорных поверхностях топки. Наиболее распространены горелки с насадками правильной геометрической формы. Огнеупорные насадки таких горелок состоят из керамических плиток размером 65 ×45×12 мм. Беспламенные горелки получили также название горелок 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 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 поэтому принципу, называются инфракрасными излучающими горелками (рис. Через сопло (см. риса) газ поступает в горелку и инжектирует весь воздух, необходимый для полного сгорания газа. Из горелки газовоздушная смесь поступает в сборную камеру и далее направляется в огневые отверстия керамической плитки. 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. Вдаль- нейшем скорость вылета газовоздушной смеси можно увеличить полностью открыть кран, так как керамические плитки нагреваются до 1000 Си отдают часть теплоты газовоздушной смеси, что приводит к увеличению скорости распространения пламени и предотвращению его отрыва. Керамические плитки имеют около огневых цилиндрических каналов, что составляет около 40 % поверхности плиток. Плитки соединяют одну с другой спе- Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 79 циальной замазкой, состоящей из смеси шамотного порошка с це- ментом. Если инфракрасные горелки работают на газе среднего давления, то применяют специальные плиты из жаропрочных пористых 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 СВ результате поверхности приобретают оранжево-красный цвет и становятся источниками инфракрасных лучей, которые поглощаются различными предметами, что вызывает их нагрев. На рис. 15, б в и 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 сооружений спортивных площадок, кафе, помещений летнего типа и т. д.). Горелки ГНН-8 и ГК-1-38 успешно применяют для подогрева строящихся стен и штукатурки, обогрева людей, работающих в зимних условиях. Горелка может работать на природном или сжиженном газе. Рис. 15. Горелки инфракрасного излучения: а – схема горелки 1 – рефлектор 2 – керамическая плитка 3 – смеситель 4 – сопло 5 – корпус 6 – сборная камера б, в и г горелки ГИИ-1, ГИИ-8 и ГК-1-38 соответственно а б в г 1 2 3 4 5 6 Воздух Газ Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 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 короткими несветящимся пламенем. Воздух, необходимый для сгорания газа, подается в горелку с помощью вентилятора. Подача газа и воздуха производится по отдельным трубам. Горелки с принудительной подачей воздуха часто называют двухпроводными или смесительными. Наиболее распространенные конструкции этих горелок работают на низком давлении газа и воздуха, однако некоторые конструкции можно использовать и при среднем давлении газа. Горелки предназначены для установки в топках котлов, в нагревательных и сушильных печах и др. В горелке с принудительной подачей воздуха низкого давления (рис. 16) 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° коси горелки. В корпусе 2 горелки установлены специальные лопатки, придающие потоку воздуха вращательное движение. Таким образом, газ в виде мелких струек поступает в закрученный поток воздуха, что способствует хорошему перемешиванию. Горелка заканчивается керамическим тоннелем, имеющим запальное отверстие Основные достоинства горелок с принудительной подачей воздуха высокая производительность широкий диапазон регулиро- |