Классификация и типы газовых горелок

Газовые горелки — теплогенерирующие устройства, которые служат для превращения химической энергии топлива в тепловую, для образования горючей газовоздушной смеси и обеспечения ее равномерного сгорания.

В зависимости от способа смешения газа с воздухом горелки подразделяются на две основные группы: внешнего смешения (диффузионные) и внутреннего смешения (инжекционные).

Наряду с горелками, предназначенными только для сжигания газа, существуют еще комбинированные горелки для различных видов топлива (твердого, жидкого, газообразного).

Диффузионные горелки (рис. 15.2, а, б). Различают диффузионные горелки с естественной и искусственной (принудительной) подачей воздуха. В первых воздух подается из окружающей среды, а во вторых — вентилятором. В этих горелках газ смешивается с воздухом в камере сгорания за счет диффузии. Газ, выходящий из отверстия горелки, создает разрежение и способствует поступлению воздуха из окружающей среды. Строение пламени представляет собой конус в виде удлиненного факела. Смешение газа с воздухом происходит на поверхности факела, а внутри факела находится газ (практически чистый углерод), который не участвует в процессе горения. При этом во время сгорания образуется высокое пламя соломенного цвета, которое горит с потрескиванием и с проблесками. Происходит химическая неполнота сгорания газа, меньше выделяется тепла, больше — вредных веществ. Длинный факел требует определенной высоты камеры сгорания. Поэтому диффузионные горелки практически не применяются.

Рис. 15.2. Принципиальные схемы газовых диффузионных и инжекционных горелок:

а — диффузионная горелка с подачей воздуха в камеру; б — диффузионная горелка с принудительной подачей воздуха в горелку; в — инжекционная факельная горелка; г — инжекционная беспламенная горелка

Инжекционные горелки (рис. 15.2, в, г). Являются горелками внутреннего смешивания с естественной и принудительной подачей воздуха. В них воздух засасывается (инжектируется) из атмосферы струей газа, вытекающего из сопла, перед которым он имеет определенное давление. Газ с избыточным давлением (1,0—1,5 кПа) выходит из сопла в смеситель, подсасывает в него определенное количество воздуха из окружающей среды и смешивается с ним. Подсасываемый воздух называется первичным и его количество составляет от 30 до 70 % необходимого для полного сгорания газа. Недостающее количество воздуха, так называемый вторичный воздух, поступает в камеру сгорания вследствие разрежения в ней.

Преимуществом инжекционных газовых горелок является простота в изготовлении и в обслуживании. Они не требуют дополнительного расхода энергии для подачи воздуха, пламя у них сравнительно более короткое, а температура горения газа более высокая, чем у диффузионных горелок. Это позволяет применять их для обогрева наплитной посуды открытым пламенем. К достоинствам инжекционных горелок можно отнести способность сохранять пропорциональность газа и воздуха при изменении подачи газа в горелку. Инжекционные горелки работают с высоким КПД как при изменении давления газа в сети, так и при регулировании теплового режима.

Количество первичного воздуха зависит от давления газа, поступающего к соплу, если давление газа растет, то и количество первичного воздуха возрастает и оно может оказаться достаточным для полного сгорания топлива и поступления вторичного воздуха не потребуется. Это имеет место в беспламенных инжекционных горелках (рис. 15.2, г), в которых горение протекает без видимого пламени.

Устройство инжекционной газовой горелки. Горелка (см рис 152, в) состоит из следующих основных частей газового сопла 1, смесительной трубки, которая в свою очередь состоит из смесителя-инжектора 2, цилиндрической части 3, диффузора 4, насадки 5 и регулятора подачи первичного воздуха 6

Газовое сопло 1 характеризуется размером диаметра, который должен быть в строгом соответствии с расчетными данными, так как от диаметра зависит тепловая производительность горелки Диаметр сопла придает вытекающей струе газа определенную форму и направление На выходе из сопла потенциальная энергия (статическое давление) газа переходит в кинетическую энергию Чем больше кинетическая энергия газа на выходе из сопла, тем больше разрежение в смесителе-инжекторе 2 и доля первичного воздуха

Смеситель-инжектор 2 горелки, выполненный в виде конуса, служит для смешивания газа с первичным воздухом, т.е. для получения однородной газовоздушной смеси Сужение конуса способствует ускорению газовой струи, вытекающей из сопла, что обеспечивает устойчивый подсос первичного воздуха

Цилиндрическая часть 3 горелки служит для смешивания потоков и выравнивания скоростей движения газа и воздуха

Диффузор 4 предназначен для перехода кинетической энергии смеси в статическое давление, что необходимо для преодоления сопротивления на выходе из насадки 5

Регулятор подачи первичного воздуха (воздушно-регулировочная шайба) 6 позволяет изменять количество первичного воздуха, поступающего в смеситель-инжектор

Насадка 5 горелки предназначена для равномерной подачи газовоздушной смеси к выходным отверстиям Насадка может иметь различную форму, ее конфигурация, как правило, соответствует форме обогреваемой поверхности или размерам топки, что в основном и определяет название горелки (трубчатые, факельные, кольцевые, конфорочные и беспламенные)

У трубчатой горелки насадка в виде трубки с отверстиями Применяется, например, у горелок жарочных шкафов бытовых плит У кольцевых (разновидность трубчатых) горелок трубчатая насадка в виде окружности с радиальными ответвлениями, например, у кипятильников и водонагревателей Расположение отверстий по окружности насадки позволяет равномерно распределить тепло в объеме топки, а большое количество отверстий дает возможность получения факела малой высоты

Факельные горелки имеют насадку в виде цилиндрической трубки с конусом на конце, применяются для газификации твердотопливных плит. Конфорочные горелки (с рассекателем для инжекции вторичного воздуха) применяются для обогрева конфорок бытовых плит

В последние годы все более широкое применение находят беспламенные инжекционные горелки (рис 15.3), у которых в отличие от факельных газ сгорает тонким слоем на поверхности излучающей насадки (без видимого факела). Такое сжигание возможно благодаря тому, что у беспламенных горелок в качестве первичного воздуха инжектируется весь воздух, необходимый для сгорания газа.

Рис. 15.3. Газовые беспламенные инжекционные горелки:

1 — регулятор воздуха, 2 — смеситель, 3 — насадка, 4 — стабилизатор горения, а — блок, состоящий из двух горелок для закрытой конфорки, б — горелка для открытой конфорки, в — горелка верхняя жарочного шкафа, г — конфорочная горелка для бытовых плит

Внутри насадки расположены керамические огнеупорные плитки с большим количеством цилиндрических каналов малого диаметра. Полностью подготовленная газовоздушная смесь с небольшим давлением и небольшой скоростью проходит через керамическую насадку и сгорает на ее поверхности тонким слоем.

При этом, когда керамическая плитка нагревается до высокой температуры, она становится источником инфракрасного излучения.

В беспламенных горелках вместо керамических насадок могут использоваться насадки из металлической сетки, выполненной из жаропрочного металла, например нихрома.

Преимуществами таких горелок по сравнению с факельными являются лучшее сгорание газа, меньшее выделение вредных веществ и возможность установки в камерах сгорания малой высоты. Недостатки беспламенных горелок — высокая их чувствительность к изменениям параметров горючего газа и потеря устойчивости в процессе работы при изменении давления газа перед соплом.

В комбинированных горелках возможно поочередное сжигание нескольких видов топлива. Существуют горелки, рассчитанные на сжигание всех трех видов топлива — твердого, жидкого и газообразного. Более широкое распространение получили пылегазовые (мелкоизмельченное твердое топливо) и газомазутные горелки. Некоторые конструкции комбинированных горелок допускают совместное сжигание двух видов топлива.