Классификация горелок 1
Классификация горелок 2

Рисунок 1 – Горелка блочная газовая БГ-Г

1 – корпус; 2 – глазок смотровой; 3 – генератор импульсный; 4 – датчик реле давления воздуха; 5 – палец быстросъемный; б – провод высоковольтный; 7 – насадок газовый; 8 – переходник (смеситель) с соплом; 9 – заверитель; 10 – кольцо уплотнительное; 11 – прокладка; 12 – разводка газовая; 13-ось; 14-воздухозаборник; 15-заслонкавоздушная; 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

Воздухозаборник 14 находится во входной части корпуса 1. В воздухозаборнике на оси 13 установлена воздушная заслонка 15 с приводом. В состав привода воздушной заслонки входит электромагнит 17 и системы рычагов, которые связаны с осью заслонки. Электродвигатель 25 крепится к корпусу 1. На вал электродвигателя 25 насажен центробежный вентилятор 24. К фланцу корпуса крепится смеситель 8, внутри которого установлен газовый насадок 7 с завихрителем 9 и электродами 20,27 и 28. С торца смесителя устанавливается горловина. Обеспечение доступа к газовому насадку и подводящим высоковольтным проводам 6 электродов достигается с помощью смесителя, который при помощи двух быстросъемных пальцев 5 может откидываться в разные стороны. Газовый насадок 7 и газовая разводка 12, на которой установлена в зависимости от типоразмера горелки необходимая газовая арматура, соединены между собой. В местах соединений газового насадка 7 с газовой разводкой 12 и газовой разводки со смесителем горелки уплотняются специальным кольцом 10 и прокладкой 11.

Контроль за работой горелки обеспечивается с пульта управления 18, который находится на корпусе и крепиться там с помощью кронштейна 16.

С помощью электровентилятора в горелку попадает воздух, количество которого регулируют воздушной заслонкой 15.

При номинальной тепловой мощности горелки электромагнит обесточен и воздушная заслонка открыта, т.е. занимает 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.

Посредствам газовой разводки12 газ поступает в газовый насадок 7. Затем через газораздающие отверстия 7 попадает в поток воздуха, закрученный завихрителем 9. Количество газа необходимого на горение, регулируют электромагнитными вентилями. Между запальным электродом 28 и газовым насадком 7 при подаче тока высокого напряжения от импульсного генератора 3 возникает искра, которая поджигает газовоздушную смесь.

Датчиком-реле 22 контролирует давление газа перед горелкой, а датчиком-реле 4 – давление воздуха для горения. За самим пламенем следят с помощью блока контроля пламени, получающим импульс от датчика контроля пламени 20 и находится в пульте управления и. Для наблюдения за горением на корпусе горелки имеется смотровой глазок 2.

Режим продувки происходит при включенном электровентиляторе, который подают воздух в горелку. При этом обесточивается привод, заслонка 15 полностью открыта, подается максимальное количество воздуха для обеспечения продувки. С целью исключить подачу газа в горелку электромагнитные вентили на газовой разводке обесточивают.

По окончании продувки горелка переходит в режим розжига. Ток подается на привод, он поворачивает ось 13 заслонки 15, уменьшая подачу воздуха. Параллельно включается клапан 19 (на горелках БГ-Г-0,5 и БГ-Г-0,65 включаются два электромагнитных вентиля 21), подавая газ в горелку, и импульсный генератор 3, подавая высокое напряжение на запальный электрод 28. Возникающая между газовым насадком 7 и запальным электродом 28 искра поджигает газовоздушную смесь.

Режим розжига горелки одновременно является режимом «малый огонь».

При нормальном розжиге с появлением пламени и устойчивом горении дополнительно включается электромагнитный вентиль 21, отключается электромагнит 17, позволяя воздушной заслонке 75 максимально открыться. Горелка переходит в режим «большой огонь», т.е. в режим эксплуатации. Тепловую мощность регулируют с помощью регулятора температуры (для паровых котлов – регулятор давления пара, который при необходимости подает сигнал на пульт управления для изменения расхода газа и воздуха).

В режиме нормальной эксплуатации горелка работает с трехступенчатым регулированием тепловой мощности.

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

• при перебоях в подаче газа и срочном переходе на другой вид топлива;
• когда газовое топливо не обеспечивает необходимого температурного режима топки;
• для выравнивания суточной неравномерности газопотребления при подаче газа на объект в определенное время суток.

Классификация горелок 1
Классификация горелок 2

Рисунок 1 – Комбинированная газомазутная горелка

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

Газовая часть горелки представляет собой полое кольцо, имеющее штуцер для подвода газа и восемь трубочек 4 служащих для распыления газа. Воздушная часть горелки состоит из камеры 2, завихрителя 3, воздушной заслонки 5. Заслонка помогает регулировать подачу воздуха. Жидкостная часть горелки состоит из мазутной головки и внутренней трубки, с форсункой 1. С помощью вентиля можно регулировать подачу мазут.

Завихритель необходим для наилучшего перемешивания струи мазута с воздухом. При этом давление воздуха составит 2-3 кПа, давление газа до 50 кПа, а давление мазута до ОД МПа.

Комбинированные горелки отличаются своей результативностью и большим эффектом, нежели одновременное использование газовых горелок и мазутных форсунок или газовых и пылеугольных горелок.
В крупных промышленных предприятиях, электростанциях и других потребителей, для которых перерыв в работе газоиспользующих установок недопустим и которым требуется их надежная и бесперебойная работа комбинированные горелки лучший выбор.

Принцип работы комбинированной пылегазовой горелки представлен на рис. 2. При работе на угольной пыли в топку по кольцевому каналу 4 центральной трубы подается смесь первичного воздуха с угольной пылью, а вторичный воздух поступает в топку через улитку.

Рисунок 2 – Комбинированная пылегазовая горелка с центральной подачей газа

1 – улитка для закручивания воздушного потока; 2 – наконечник газоподводящей трубы; 3 – кольцевой канал для подачи газа; 4 – кольцевой канал для подачи смеси первичного воздуха с угольной пылью

В случае, когда в качестве резервного топлива служит мазут, в центральной трубе устанавливается мазутная форсунка. Если горелку переводят на газовое топливо, то мазутную форсунку заменяют кольцевым каналом, по которому подается газовое топливо.

В центральной части канала располагается труба с чугунным наконечником 2. Через 24 косые щели, находящиеся на наконечнике, выходит газ, который пересекается с потоком закрученного воздуха, выходящего из улитки 1. Современные усовершенствованные горелки в наконечнике вместо щелей имеют 115 отверстий диаметром 7 мм, в результате чего скорость выхода газа увеличивается почти в два раза (150 м/с).

Усовершенствованные конструкции горелок выпускаются со способностью периферийной подачи газа. При такой подаче газовые струйки, имеющие более высокую скорость, чем воздушные, пересекают закрученный поток воздуха, движущийся со скоростью 30 м/с, под прямым углом. Это взаимодействие потоков способно обеспечить более полное перемешивание газа и воздуха и газовоздушная смесь сгорает с минимальными потерями.

Классификация горелок 1
Классификация горелок 2

Газовоздушная смесь нагревается от раскаленных стенок канала. Там где есть расширения каналов или около плохо обтекаемых тел создаются зоны задержки горячих продуктов сгорания. Эти зоны являются устойчивыми источниками постоянного подогрева и зажигания газовоздушной смеси. Беспламенная панельная горелка изображена на рисунке 3. Газ, поступающий из газопровода 7 в сопло 5, инжектирует необходимое количество воздуха, которое контролируется с помощью регулятора воздуха 6. Газовоздушная смесь, образованная в смесителе 4, поступает в распределительную камеру 3, проходит по ниппелям 2 и поступает в керамические тоннели 1. Где происходит дальнейшее сжигание газовоздушной смеси. Распределительная камера 3 от керамических призм 8 теплоизолирована слоем диатомитовой крошки, что уменьшает теплоотвод из реакционной зоны.

Рисунок 1 – Беспламенная панельная горелка

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

Достоинства беспламенных горелок:

• полное сгорание газа при малых избытках воздуха;
• возможность достижения высоких температур горения;
• сжигание газа с высоким тепловым напряжением объема горения;
• передача значительного количества теплоты излучением в инфракрасной области спектра.

Недостатки беспламенных горелок:

• большие габариты;
• узкие пределы регулирования производительности;
• невозможно применять газ, подогретый до высокой температуры.

По конструкции огневой беспламенные горелки с огнеупорными насадками 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.

Большой популярностью пользуются горелки с насадками правильной геометрической формы. У таких горелок огнеупорные насадки состоят из керамических плиток размером 65x45x12 мм. Также беспламенные горелки носят название горелок инфракрасного излучения.

Тела являются источниками теплового излучения, которое возникает за счет колебательного движения атомов. Тепловая энергия веществ, при излучении становится энергией электромагнитных волн.

Они распространяются от источника со скоростью, равной скорости света, наталкиваются на различные предметы и легко превращаются в тепловую энергию, величина которой зависит от температуры излучающих тел. Каждой температуре соответствует определенный интервал длин волн, излучаемых телом. В нашем случае теплота излучения передается передача в инфракрасной области спектра. Работающие по такому принципу горелки называются инфракрасными излучающими горелками.

При работе инфракрасных горелок на газе среднего давления используются специальные плиты из жаропрочных пористых материалов, у которых вместо цилиндрических каналов узкие искривленные каналы, оканчивающиеся расширяющимися камерами сгорания.

В процессе сжигания газа в многочисленных каналах различных насадок происходит нагрев их внешних поверхностей до температуры около 1 000 °С. В этом случае поверхности становятся оранжево-красного цвета и становятся источниками инфракрасных лучей, которые поглощаются различными предметами и вызывают нагрев.

Классификация горелок 1
Классификация горелок 2

Функции глушителя шума выполняет также регулятор подачи воздуха 5 (рис. 1). Шум создается за счет повышенных скоростей движения газовоздушной смеси. Устойчивая работа горелки без отрыва и проскока пламени в широком диапазоне нагрузок достигается благодаря пластинчатому стабилизатору 1. Данный стабилизатор состоит из стальных пластин толщиной 0,5 мм при расстоянии между ними 1,5 мм. Эти пластины стягиваются между собой стальными стержнями, которые на пути движения газовоздушной смеси создают зону обратных токов горячих продуктов сгорания и непрерывно поджигают газовоздушную смесь.

Рисунок 1 – Инжекционная горелка Казанцева ИГК

1 – стабилизатор; 2 -диффузор; 3 – конфузор; 4 – сопло; 5 – регулятор подачи первичного воздуха

Горелки с огнеупорными насадками обеспечивают сжигание природного газа с образованием малосветящегося пламени. Поэтому передача теплоты от факела горящего газа по средствам излучения оказывается недостаточной. Сегодня конструкции газовых горелок значительно повысили эффективность использования газа. Малосветимость факела газа теперь можно компенсировать излучением раскаленных огнеупорных материалов при сжигании газа методом беспламенного горения.

Горелки могут быть полного предварительного смешения газа с воздухом или с неполной инжекцией воздуха, это разделения зависит от количества воздуха, поставляемом инжектором.

Классификация горелок 1
Классификация горелок 2

Горелки с неполной инжекцией воздуха по способу смешения газа относятся к горелкам с частичным предварительным смешением. В этом случае в зону горения поступает только часть воздуха необходимого для сгорания, оставшаяся часть добывается из окружающего пространства. Работа этих горелок возможна при низком давлении газа. Еще они носят название инжекционные горелки низкого давления. Состоят инжекционные горелки из регулятора подачи первичного воздуха, сопла, смесителя и распределительного коллектора.

Регулятор подачи первичного воздуха 1 (рис. 1) состоит из вращающегося диска или шайбы, занимается непосредственно регулированием количества поступающего в горелку первичного воздуха. Форсунка 2 необходима для превращения потенциальной энергии давления газа в кинетическую, другими словами она придает газовой струе скорость, обеспечивающую подсос воздуха. Смеситель газовой горелки состоит из трех частей: конфузора 3, горловины 4 и диффузора 5. В конфузоре при выходе газовой струи из сопла создается разрежение и подсос воздуха. Горловина 4 – самая узкая часть смесителя, в ней происходит выравнивание струи газовоздушной смеси. В диффузоре 5 происходит окончательное перемешивание газовоздушной смеси и увеличение ее давления за счет снижения скорости.

Рисунок 1 – 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

Газовоздушная смесь из диффузора перемещается в распределительный коллектор б, распределяющий ее по отверстиям 7. Форма коллектора и расположение отверстий зависят от типа и назначения горелок.

К преимуществам инжекционных горелок относятся:

• простота конструкции;
• устойчивая работа горелки при изменении нагрузок;
• надежность работы и простота обслуживания;
• отсутствие вентилятора, электродвигателя для его привода, воздухопроводов к горелкам;
• возможность саморегулирования, т. е. поддержания постоян ного соотношения газ—воздух.

К недостаткам инжекционных горелок относятся:

• значительные габариты горелок по длине, особенно горелок увеличенной производительности (например, горелка ИГК-250-00 номинальной производительностью 135 м3/ч имеет длину 1 914 мм);
• высокий уровень шума у инжекционных горелок среднего давления при истечении газовой струи и инжектировании воздуха;
• зависимость поступления вторичного воздуха от разрежения в топке (для инжекционных горелок низкого давления), плохие условия смесеобразования в топке, приводящие к необходимости увеличения общего коэффициента избытка воздуха доос=1,3…1,5 и даже выше для обеспечения полного сгорания топлива.

Горелки полного смешения газа с воздухом работают обычно в диапазоне давлений от 2 кПа до 6 кПа. С помощью повышенного давления газа обеспечивается инжекция необходимого для полного сгорания газа воздуха. Этот вид горелок еще называют инжекционные горелки среднего давления. Применение эти горелки нашли в основном в отопительных котлах и для обогрева промышленных печей. Тепловая мощность горелок полного смешения обычно не превышает 2 МВт. Громоздкость смесителей и борьбы с проскоком пламенем является основной помехой повышения их мощности.

Классификация горелок 1
Классификация горелок 2

Горение газообразного топлива. Диффузионное горение.

Одни из простейших по конструкции и обслуживанию диффузионные горелки представляют собой трубу с высверленными отверстиями (рис. 1).

Рисунок 1 – Варианты диффузионных горелок

Подовые щелевые горелки (рис. 2) относятся к промышленным горелкам диффузионного типа. Щелевая подовая горелка состоит из газового коллектора и щели из огнеупорного кирпича. Газовый коллектор (Ж = 32-80 мм изготавливают из стальной трубы, которая имеет два ряда отверстий Ж = 1-3 мм, просверленных в шахматном порядке под углом от 60 до 120° один к другому. В нижней части щели из огнеупорного кирпича вдоль оси размещается коллектор.

Рисунок 2 – Щелевая подовая горелка

1 – газовая горелка, 2 – колосниковая решетка, 3 – огневая щель

Рисунок 3 – Подовая диффузионная горелка

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

Из отверстия в коллекторе газ перемещается в щель, равномерно распределяясь по ее длине. Воздух, необходимый для горения, перемешивается с газом, поступая в ту же щель снизу. Затем смешиваясь с воздухом в этой щели происходит горение газа. Щель разогревается и обеспечивает надежную стабилизацию пламени на всех режимах работы горелки.

Работа подовых горелок происходит как на низком (130 или 200 мм вод. ст.), так и на среднем (3 000 мм вод. ст.) давлении газа при естественной и искусственной тяге.

В горелке низкого и среднего давления ширина щели одинакова и составляет 110 мм, номинальное давление воздуха 50 мм вод. ст. Минимальное рабочее давление газа для горелок низкого давления 20 и среднего давления – 100 мм вод. ст.

Комбинированные горелки

В большой по площади топке с целью повышения равномерности теплоотдачи и уменьшения теплового напряжения щели размещают несколько горелок, с расстоянием между коллекторами 500 мм и больше, а расстояние от горелок до боковых стенок не менее 400 мм.

Данный вид горелок еще называют двухпроводными или смесительными горелками. Чаще всего используются горелки, работающие на низком давлении газа и воздуха. Также некоторые конструкции горелок используются и при среднем давлении.

Классификация горелок 1
Классификация горелок 2

Устанавливаются горелки в топках котлов, в нагревательных и сушильных печах и т.д.

Смесительная горелка

1 – сопло; 2 – корпус; 3 – фронтальная плита; 4 – керамический тоннель; 5 – запальное отверстие

Газ поступает в сопло 1 с давлением до 1 200 Па и выходит из него через восемь отверстий диаметром 4,5 мм. Эти отверстия должны быть расположены под углом 30° к оси горелки. Специальные лопатки, которые задают вращательное движение потоку воздуха, расположены в корпусе 2 горелки. В процессе работы газ в виде мелких струек поступает в закрученный поток воздуха, который помогает хорошему смешиванию. Горелка заканчивается керамическим тоннелем 4, имеющим запальное отверстие 5.

Горелки с принудительной подачей воздуха обладают рядом достоинств:

• высокая производительность;
• широкий диапазон регулирования производительности;
• возможность работы на подогретом воздухе.

В существующих разнообразных конструкциях горелок интенсификация процесса образования газовоздушной смеси достигается следующими способами:

• разбиением 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.

• низкого давления;
• высокого давления;

2. Горелки инжекционные однопроводные:

• низкого давления с частичным предварительным смешением газа и воздуха – так называемые атмосферные горелки;
• низкого давления с полным предварительным смешением (используются для низкокалорийных и среднекалорийных газов);
• среднего давления с полным смешением газов (используются для низкокалорийных, среднекалорийных газов и высококалорийных газов).

3. Горелки инжекционные двухпроводные:

• среднего давления с полным предварительным смешением;
• низкого давления с полным предварительным смешением.

4. Горелки двухпроводные дутьевые:

• низкого давления полного внутреннего смешения;
• низкого давления внешнего сешения;
• низкого давления внутренне-внешнего смешения;

• среднего давления полного внутреннего смешения;
• среднего давления внешнего сешения;
• среднего давления внутренне-внешнего смешения;

5. Горелки комбинированные газо-мазутные (обычно двухпроводные):

• низкого давления;
• среднего давления.

Другая классификация – Классификация горелок 1

I – По месту смешения газа с воздухом:

• внешнее – после выхода топлива и воздуха из горелки (пламенные горелки);
• внутреннее частичное или полное (пламенные горелки);
• предварительное смешение до поступления в горелку (беспламенные горелки).

II – По давлению газа:

• низкого давления (до 5 кПа);
• среднего давления (до 300 кПа);
• высокого давления (более 300 кПа).

III – По месту подвода газа и воздуха:

• одноподводные (однопроводные);
• двухподводные (двухпроводные).

IV – По форме выходного сечения:

• круглые;
• щелевые.

V – По виду сжигаемого газа:

• для низкокалорийных газов;
• для среднекалорийных газов;
• для высококалорийных газов.

VI – По методу подачи воздуха и организации перемешивания:

• предварительного перемешивания;
• параллельная подача.

VII – По количеству подаваемого первичного воздуха:

• диффузионные;
• атмосферные;
• смесительные.

Другая классификация – Классификация горелок 2

Требования к горелкам:

• должна обеспечить необходимую производительность при заданном давлении воздуха и газа;
• должна обеспечить полноту сжигания топлива в пределах рабочего пространства печи при минимальном коэффициенте расхода воздуха;
• должна обеспечить сжигание топлива с образованием пламени, которое может обеспечить требуемый по технологическим условиям уровнь теплопередачи;
• должна обеспечить широкие пределы регулирования производительности;
• бесшумность в работе;
• простота конструкции, надежность в эксплуатации, экономичность.

Схемы газовых горелок

I – воздух; II – газ
1 – газовое сопло; 2 – регулирующая воздушная заслонка; 3 – смеситель; 4 – керамическая насадка; 5 – лопаточный завихритель; 6 – газовый коллектор; 7 – стенка печи (обмуровка топки)