Производства. Горелки и топки для газообразного топлива и газообразных отходов

Горелки и топки для газообразного топлива и газообразных отходов

Сжигание топлива осуществляется с помощью устройств, называемых го­релками. Они предназначены для ввода газа и окислителя (обычно воздуха) в топку, смешения потоков до начала горения или в самом процессе горения и для стабилизации факела. Под стабилизацией понимается создание условий, обеспечивающих надежное го­рение факела без погасаний, пульсаций или отрыва от горелки. За очень редким исключением это достигается путем со­здания такого аэродинамического режи­ма, при котором образующиеся при сго­рании раскаленные продукты непрерыв­но подмешиваются к свежей топливо-воздушной смеси, обеспечивая ее за­жигание.

По принципу смесеобразования га­зовые горелки можно разделить на две большие группы: инжекционные и с принудительной подачей воздуха. В горелках первой группы воздух инжектируется из атмосферы струей газа, истекающего из сопла, пе­ред которым он имеет соответствующее давление. В горелках второй группы под давлением подаются как газ, так и воз­дух. К первой относятся, в частности, горелки бытовых газовых плит (рис. 25). Газ с избыточным давлением в несколько килопаскалей, вытекая из сопла в смеситель, выполненный в форме эжектора, подсасывает в него нужное количество воздуха из окружающей сре­ды и смешивается с ним. Количество инжектируемого воздуха примерно про­порционально расходу эжектирующего газа, поэтому при изменении тепловой мощности горелки (путем увеличения или уменьшения расхода газа с помощью вентиля или крана) соотношение газ — воздух, т. е. коэффициент избытка воз­духа, остается приблизительно постоян­ным. Для его изменения при настройке горелки на линии подвода воздуха уста­навливают заслонку или шайбу регули­руемого сопротивления.

Рис. 25. Схема простейшей инжекционной горелки

Инжекционные горелки не требуют установки вентилятора для подачи воз­духа, но нуждаются в большом давле­нии газа. Промышленные инжекционные горелки имеют большую длину, необхо­димую для организации плавного тече­ния газовоздушной смеси в канале диф­фузора.

В крупных печах, и особенно в ко­тельных топках, чаще используют горелки с принудительной подачей воздуха.

Смешение воздуха с газом часто осуще­ствляется в них путем закручивания по­даваемого на горение воздуха, которое не только сильно турбулизирует факел (что интенсифицирует перемешивание), но и создает мощную циркуляцию к устью горелки раскаленных продуктов сгорания, поджигающих вытекающую из горелки газовоздушную смесь.

На рис. 26 схематично изображена широко распространенная в небольших печах горелка типа ГНП (горелка ни­зкого давления природного газа). При­родный газ с избыточным давлением до 8 кПа (оно уменьшается при снижении мощности горелки, т. е. уменьшении рас­хода газа) вытекает из газового насадка, имеющего одно или несколько отверстий. Подаваемый вентилятором воздух закру­чивается лопаточным завихрителем и пе­ремешивается с газом. При розжиге го­релки факел поджигают электрическим запальником или другим поджигающим устройством. После этого стабилизация горения обеспечивается ее поджиганием раскаленными продуктами сгорания, ко­торые подсасываются к устью горелки вследствие разрежения по оси, возника­ющего из-за вращения потока.

Рис. 26. Горелка с принудительной подачей воздуха типа ГНП

Номинальная мощность горелок ГНП не превышает 1 МВт.

Газовые горелки устанавливают обычно на стенах, иногда — на потолке или на поду печи, представляющей собой камеру, форма которой определяется ее назначением.

В нагревательных печах теплонапряжение топочного объема q_v при сжига­нии газов доходит до 0,6-1,2МВт/м³. При этом α_в =1,05÷1,3, а химический недожог составляет 1—3 % (большие цифры относятся к бедным газам типа доменного при плохом перемешивании их с воздухом). При необходимости охла­дить газы в пределах топки выбирают меньшие значения q_v, при этом снижает­ся и q_хим. Для сравнения укажем, что в основных камерах сгорания авиацион­ных реактивных двигателей, в которых, правда, сжигается специальное жидкое топливо, а не газ, теплонапряжение q_v. приведенное к атмосферному давлению составляет 30—180 МВт/м³, а в форсаж­ных — до 300 МВт/м³. Объем этих камер определяется только условиями горения и его уменьшение настолько важно, что в форсажных камерах сгорания идут на недожог, доходящий до 5—10 %.