Газовые горелки с принудительной подачей воздуха

Одной из основных задач горелки является перемешивание газа и воздуха. От этого зависит качество сжигания топлива. При использовании диффузионных горелок смешение происходит в объеме топки. В инжекционных горелках процесс происходит благодаря энергии струи газа. Либо воздуха, что намного реже. Смешение происходит полностью в горелке (при использовании газа среднего давления) или частично (при работе на газе низкого давления).

Для сжигания больших объемов газа требуется много воздуха, поэтому лучше всего подавать его принудительно. Для улучшения качества сжигания газообразного топлива воздух на горение перемещают под небольшим давлением с помощью вентилятора. Не удивительно, что такие горелки в Европе именуют вентиляторными. В России часто называют смесительными, наддувными или двухпроводными. Горелка (рис.1, а) может иметь отдельно стоящий вентилятор. Другая конструкция - горелка (рис.1, б) со встроенным вентилятором.

Рис. 1 Горелки с принудительной подачей воздуха

У горелок с принудительной подачей воздуха образование газовоздушной смеси начинается в самой горелке и завершается в топке. Газ сгорает коротким и малосветящимся пламенем (рис.2).

Рис.2 Факел горелки с принудительной подачей воздуха

Для увеличения интенсивности сжигания применяют подачу газа в виде мелких струек под углом к потоку газа. В зависимости от их направления различают горелки с центральной подачей газа, если струи направлены от центра к окружности, и горелки с периферийной подачей, если струи направлены от окружности к центру горелки.

Во многих конструкциях воздух закручивают различными приспособлениями, встроенными в горелку. Для этого применяют направляющие лопаточные аппараты с постоянным или регулируемым углом установки лопаток, придают горелке улиткообразную форму или вводят воздух тангенциально в горелку цилиндрической формы.

Чаще всего смесительные горелки работают на газе и воздухе низкого давления. Однако некоторые конструкции можно использовать и при среднем давлении газообразного топлива.

Обычно тепловая мощность горелок с принудительной подачей воздуха составляет от 50 до 10 МВт. Они могут работать при минимальных избытках воздуха α = 1,03-1,07, обеспечивая при этом полное сжигание газа.

Смесительная горелка с отдельным вентилятором

Рис.3 Конструкция смесительной горелки

Обычная конструкция горелки с принудительной подачей воздуха с отдельно расположенным вентилятором представлена на рисунке 3. Газ низкого давления выходит по центру из сопла через восемь отверстий, которые расположены под углом 30^° к оси горелки. В корпусе горелки устроены специальные ребра, которые придают воздуху вращение. Мелкие струйки газа пересекаются с закрученным потоком воздуха, образуется хорошо перемешанная газовоздушная смесь. Горелка заканчивается керамическим туннелем с отверстием для установки запальника. Сам туннель необходим для стабилизации процесса горения.

К основным преимуществам горелок с принудительной подачей воздуха относятся большие объемы сжигаемого газа и широкий диапазон регулирования производительности. Горелки позволяют регулировать длину и светимость факела, а также подавать к месту горения воздух, предварительно подогретый в воздухоподогревателе. Полнота сгорания может быть достигнута при минимальном коэффициенте избытка воздуха.

Вместе с тем, конструкция горелок намного сложнее в сравнении с инжекционными или диффузионными. Необходим вентилятор и сложная автоматика для поддержания соотношения газ – воздух, обеспечивающего качественное сжигание газа. При работе вентилятора расходуется электрическая энергия.

Автоматизированные блочные горелки

В блочные горелки уже встроен вентилятор для подачи воздуха на горение, что позволяет создать компактное устройство, обладающее всеми преимуществами горелок с принудительной подачей воздуха. Из иностранных производителей в России известны GIERSCH, WEISHAUPT и OLYMP (Германия), ECOFLAM, LAMBORGHINI, RIELLO и BALTUR (Италия), KITURAMI (Южная Корея).

Рис.4 Бренд климатической техники Lamborghini

Итальянская фирма Lamborghini производит роскошные спортивные автомобили и внедорожники. Но кроме основной продукции под этим брендом (рис.4) выпускается широкий спектр климатической техники: настенные и напольные котлы, аксессуары для них. А также вентиляторные горелки, работающие на жидком и газообразном топливе.

Немецкую фирму Weishaupt GmbH основал в 1932 году Макс Вайсхаупт. Первые двадцать лет своей деятельности компания производила кузнечные горны, вентиляторы и органные меха. В последующие годы компания концентрирует свою деятельность на производстве вентиляторных дизельных горелок на небольшом заводе в немецком городке Швенди. В 1962 году компания открывает собственный институт, занимающийся исследованием процессов сжигания топлива и разработкой новых продуктов. В 1964 году начинается выпуск новой серии горелок знаменитого типоряда W мощностью от 10,0 кВт до 0,5 МВт. Усовершенствованные модели с микропроцессорным управлением выпускаются и по сей день. На российском рынке горелки Weishaupt появились в начале 1990-х годов.

Конструкция блочных горелок

Рис.5 Основные узлы автоматизированной блочной горелки

Блочная горелка состоит из различных узлов (рис.5), которые обеспечивают подачу газа и воздуха на горение и последующее образование смеси. Воздух поступает от радиального вентилятора, приводимого в действие электродвигателем. Объем воздуха изменяет воздушная заслонка, управляемая сервоприводом. Подачу газа регулирует газовый дроссель, управляемый собственным сервоприводом. Изменение подачи компонентов смеси производится в зависимости от режима работы. Обеспечение необходимого соотношения «газ-воздух» является обязательным условием устойчивой и экономичной работы горелки.

Рис.6 Смесительная часть горелки

В смесительном устройстве автоматизированной блочной горелки образуется газовоздушная смесь (рис.6). Воздух поступает по пламенной трубе. На его пути расположена подпорная шайба, которая разбивает поток на струи и улучшает перемешивание компонентов смеси. Газ поступает по трубе, расположенной в центре. Воспламенение газовоздушной смеси производится искрой от электрода розжига, за наличием факела следит электрод ионизации.

Контроль пламени является обязательным условием безопасной работы горелок. Загазование топки может привести к взрыву газовоздушной смеси, сопровождающемуся разрушением газоиспользующего оборудования.

За наличием факела следит электрод ионизации. Ионизационный метод основан на использовании электрических свойств пламени. При горении образуются заряженные частицы – электроны и ионы, которые проводят ток. На электрод ионизации подается электрическое напряжение, которое приложено между ним и металлическими узлами горелки. При отсутствии пламени между электродом и горелкой находится воздух - диэлектрик. Тока нет. После розжига появляется ток ионизации, который служит для автоматики сигналом о наличии пламени. Если электрод ионизации в течение нескольких секунд не фиксирует пламя, то клапаны безопасности закрываются, подача газа на горелку прекращается.

Работа автоматизированной блочной горелки

Управляет процессом сжигания газа автоматика, которая обеспечивает розжиг и выключение горелки, а также безопасную работу. При возникновении аварийной ситуации подача газа прекращается, горелка выключается. Автоматика регулирования изменяет производительность горелки в зависимости от потребности в тепле.

Горелки RS 70/М производит итальянская фирма RIELLO. Согласно программе автоматика производит розжиг горелки, выводит ее на требуемый режим работы, следит за работой, в аварийных ситуациях отключает горелку. При модуляционном режиме работы горелка изменяет производительность в зависимости от потребности в тепле.

Рис.7 Подключение горелки RS 70/М к газопроводу

Газ в горелку RS 70/М поступает через блок подачи газа (рис.7), состоящий из фильтра F, регулятора давления R и двух электромагнитных клапанов: предохранительного VS и регулировочного VR.

Цикл пуска горелки длится 122 сек. При розжиге первым включается вентилятор. Через 6 секунд серводвигатель полностью открывает воздушную заслонку, идет предварительная вентиляция топки с максимальным расходом воздуха в течение 32 сек. Далее воздушная заслонка устанавливается на минимальную производительность, заслонка газа открывается на минимальный расход. На электроде розжига в течение 9 сек проскакивает искра. При этом открываются клапаны: предохранительный VS и регулировочный VR. Пламя зажигается на минимальной мощности. Если розжига не произошло, то в течении 3 секунд после открытия клапанов горелка блокируется, подача газа прекращается.

Кроме чисто газовых горелок промышленные тепловые агрегаты могут получать энергию при сжигании и других видов топлива. О комбинированных горелках, работающих на двух видах топлива, расскажем в следующей статье.

 Автор статьи: Вершилович Владислав Адамович

- Место работы - ООО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

- Автор популярных книг и учебных пособий по устройству и эксплуатации газового оборудования

Пройдите курсы по промышленной безопасности
И получите удостоверение

Подробности здесь