Газоснабжение. Газовое оборудование

Газовое оборудование

Монтаж, ремонт, эксплуатация

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Общие сведения. Инжекционные горелки, в которых воздух подсасывается (инжектируется) за счет энергии газовых струй, выходящих из одного или нескольких сопел, широко применяют в промышленности вследствие экономичности, надежности в работе и простоты конструкции. Преимуществами горелок этого типа являются возможность работы без вентиляторного дутья и способность при определенных условиях поддерживать с достаточной точностью постоянство соотношения газ — воздух при изменении режима работы (нагрузки). Это значительно упрощает автоматическое и ручное регулирование процесса.

К основным недостаткам инжекционных горелок относятся значительные размеры, низкий предел регулирования из-за опасности проскока пламени при снижении нагрузки и высокий уровень шума при работе на среднем и высоком давлении. Возможность проскока пламени в смеситель объясняется относительно невысоким КПД инжекционного смесителя, что не позволяет создавать достаточно высокие скорости истечения газовоздушной смеси.

Инжекционные горелки среднего давления инжектируют весь воздух, необходимый для полного сгорания газа, горелки низкого давления — только часть его (первичный воздух), остальное количество воздуха поступает в топочную камеру вследствие разрежения в последней. Устойчивая работа горелок среднего давления без отрыва факела более эффективна при наличии стабилизатора горения.

Горелки низкого давления могут работать и без специальных стабилизирующих устройств.

Нормальная работа инжекционных горелок полного предварительного смешения может быть обеспечена при давлении газа «е ниже 0,3 кПа, когда изменение разрежения в топочной камере на расход первичного дутьевого воздуха практически не влияет. С целью уменьшения размеров конструкции и длины факела выпускаются горелки с двумя и более соплами.

Инжекционные горелки низкого давления. К ним относятся горелки марки ГГИ конструкции Мосгазниипроекта, марки ГКС Мосгазниипроекта и др.

Как правило, они изготовляются многофакельными или многосопловыми, что позволяет увеличить инжекционную способность при относительно невысоком давлении газа. В этих горелках количество первичного дутьевого воздуха составляет 40...70 % необходимого для полного сгорания, поэтому они относятся к горелкам неполного или частичного смешения. Такие горелки обладают свойством саморегулирования, т. е. соотношение газ — воздух или коэффициенты инжекции практически не меняются при сжигании природного газа в диапазоне изменения давления газа 1,3...5 кПа. Область применения этих горелок ограничена небольшим расходом газа — 10... 20 м3/ч для одной горелки.

Инжекционные горелки низкого давления широко используют для обогрева технологических и энергетических установок малой и средней мощности, работающих без разрежения или с разрежением не выше 10...30 Па. Для обеспечения инжекции, необходимой для полного сгорания газа, номинальное его давление должно быть не менее 1,1...1,3 кПа. Эти горелки работают устойчиво без дополнительной регулировки при снижении давления газа до 0,2...0,3 кПа и при повышении давления не более чем на 50 % сверх номинального. Верхний предел устойчивой работы горелок определяется отрывом факела, нижний — его проскоком. Длина факела зависит в основном от коэффициента избытка первичного воздуха, тепловой мощности горелки и организации подачи вторичного дутьевого воздуха. У большинства горелок длина факела не превышает 0,5...0,7 м. Минимальный коэффициент избытка воздуха при условии отсутствия химического недожога равен 1,3... 1,5.

Горелки типа ГГИ конструкции Мосгазниипроекта могут работать на природном и сжиженном газе при коэффициенте избытка первичного воздуха около 0,5. Переход от природного на сжиженный газ осуществляется сменой сопла.

Горелки многофакельные типа ГКС конструкции Мосгазнии-ироекта ( 6, табл. 3.2) работают с коэффициентом избытка первичного воздуха 0,4,..0,7. При установке этих горелок в ряд необходимо предусмотреть между ними зазор не менее 30 мм для прохода вторичного воздуха. Расстояние между огневыми отверстиями коллектора должно обеспечить быструю «перебежку» пламени от одного отверстия к другому при отсутствии слияния отдельных факелов в общий.

Горелки ГК-27у, ГИИС-20-01, «Звездочка», блочная ГИИБЛ, ГИИВ-1 (табл. 3.3) конструктивно аналогичны унифицированной.

Горелки многоструйного типа низкого давления с частичной инжекцией воздуха выпускаются для водогрейных чугунных котлов (табл. 3.4) на номинальное давление газа 1300 Па с пределами регулирования по давлению 50... 1800 Па. Горелка состоит из чугунного прямоугольного смесителя и регулятора расхода воздуха, может работать на природных и сжиженных газах.

Горелки инфракрасного излучения. К ним относятся инжекционные горелки низкого давления унифицированной конструкции Донецкого НПО «Газоаппарат», ГК-27у, «Звездочка» и другие. Отличаются они тем, что передача теплоты производится излучением нагретого докрасна излучателя, которым служит перфорированная или пористая керамика, металлическая сетка, керамика совместно с сеткой. В отличие от инжекционных горелок низкого давления они обеспечивают инжекцию всего дутьевого воздуха, необходимого для полного сгорания газа, что достигается благодаря малому аэродинамическому сопротивлению смесителя и излучателей насадки, температура которой составляет 700... 1000 °С.

Горелки инфракрасного излучения обеспечивают полноту сгорания только при работе в среде с нормальным содержанием кислорода, иначе происходит избыточное выделение продуктов неполного сгорания, в том числе и оксида углерода. Следовательно, их эффективное использование требует интенсивной вентиляции.

Иижекционные горелки среднего давления. К ним относятся горелки типа В конструкции Стальпроекта, типа ИГК. конструкции Мосгазпроекта, типа БИГ конструкции Промэнерго и др. По принципу действия и конструкции они практически не отличаются от инжекционных горелок низкого давления. В этих горелках обязательным элементом является стабилизатор, предотвращающий отрыв факела, а весь необходимый для горени» воздух инжектируется горелкой. Коэффициент избытка первичного воздуха у большинства конструкций горелок равен 1,01... 1,1, и они способны нормально работать как при разрежении в топочной камере, так и при небольшом противодавлении (10... 30 Па).

Благодаря хорошему перемешиванию топливно-воздушной смеси происходит практически полное сгорание газа при минимальном избытке воздуха.

Номинальное давление газа в этих горелках 30 кПа, однако, целесообразно повышать его до 50...60 кПа, что позволит стабилизировать соотношение газ — воздух при различных режимах работы. Верхний предел регулирования составляет около 50 % номинального давления и ограничен химическим недожогом, нижний предел у большинства горелок — 5 кПа. При более низком давлении может возникнуть проскок факела в корпус горелки. Исключения составляют горелки с пластинчатым стабилизатором с нижним пределом регулирования 1...2 кПа. В указанном диапазоне тепловая нагрузка регулируется изменением давления газа перед горелкой без дополнительной подачи первичного дутьевого воздуха.

При номинальном давлении газа скорость выхода топливно-воздушной смеси из сопла горелки обычно в 30...50 раз выше скорости распространения пламени, что гарантирует широкое регулирование тепловой мощности без опасности возникновения, проскока пламени. В этих горелках автоматически поддерживается заданное соотношение газ — воздух, что позволяет в ряде случаев использовать горелки без воздушной заслонки. Достаточно хорошее смесеобразование позволяет при незначительных коэффициентах избытка воздуха (не более 1,1) получить короткий факел (длиной не более 6...8 диаметров устья) и обеспечить горение в пределах стабилизатора. При -нормальных условиях работы подачи вторичного воздуха в топку не требуется, что значительно повышает эффективность топочных процессов.

Основным недостатком инжекционных горелок является повышенный уровень звукового давления при расходе газа свыше 90 м3/ч, что вызывает необходимость установки специальных глушителей.

Для снижения габаритных размеров выпускают угловые горелки (с поворотом), которые из-за дополнительного аэродинамического сопротивления обладают меньшими инжекциовнои' способностью и тепловой мощностью.

В зависимости от требуемых условий теплоотдачи в топочной камере используются горелки беспламенного и пламенного типов. Беспламенные дают минимальную теплоотдачу излучением и имеют керамические огнеупорные тоннели. Пламенные горелки дают светящееся пламя, обладающее повышенными радиационными (излучательными) характеристиками, и оборудуются пластинчатыми или кольцевыми стабилизаторами гореяия.

Инжекционные пламенные горелки среднего давления типа ИГК имеют стабилизаторы, выполненные в виде тел плохо обтекаемой формы и предназначенные для котлов, печей, сушильных и других тепловых устройств, работающих под разрежением более 10...20 Па. Стабилизатор устанавливается в конце диффузора и является надежным поджигающим устройством, предотвращающим проскок и отрыв пламени.

Наиболее часто в качестве стабилизатора используют набор< пластин, установленных на шпильках. Размер пластин 16Х Х0,5 мм, шаг между ними 1,5 мм. Для обеспечения указанного шага между пластинами прокладывают шайбы. Защита от проскока пламени внутрь горелки обеспечивается тем, что расстояние между пластинами (1,5 мм), необходимое для прохода газовоздушной смеси, менее критического, при котором нарушается соотношение между скоростями истечения топливно-воздуш-ной смеси и распространения пламени. Поджигание газовоздушной смеси и предотвращение отрыва пламени от насадки обеспечиваются застойным пламенем и рециркуляцией продуктов горения в зонах, примыкающих к шпилькам и пластинам.

Горелки устанавливают в топочных камерах так, чтобы выходное сечение насадки находилось в одной плоскости с внутренней футеровкой топки. Это предохраняет стабилизатор от прогорания.

Горелки ИГК-1-6м имеют только конусный стабилизатор, предотвращающий отрыв пламени. Нормальная работа горелок гарантируется при разрежении в топочной камере не менее 5 Па. Противодавление в топке приводит к перегреву горелки и деформации пластин стабилизатора. Поэтому при отключении горелки воздушная заслонка должна быть всегда открытой, обеспечивая за счет разрежения в топке подсос воздуха и охлаждение стабилизатора. Засорение пластин стабилизатора ведет к снижению инжекционной способности горелки и появлению химического недожога. Горелки типа ИГК не рекомендуется применять в высокотемпературных тепловых устройствах.

До недавнего времени промышленностью выпускались горелки ИГК старой модификации. В настоящее время Мосгазниипроектом эти горелки усовершенствованы. Технологичность их изготовления повышена, длина смесителя сокращена. Горелки с расходом газа 50 м3/ч и выше имеют четыре сопла, горелки с расходом 15 и 30 м3/ч — одно (число сопел обозначается первой цифрой в шифре горелки, например ИГК-1-25м или ИГК-4-100м). Горелки ИГК-25 и ИГК-60 с расходом соответственно 15 и 35 м3/ч остались в старом исполнении и теперь обозначены ИГК-1-15 и ИГК-1-35. Модернизированные горелки ИГК при нормальном давлении газа 30 кПа выпускаются с различными расходами 6, 25, 50, 100 и 150 м3/ч.

Кроме горелок в прямом исполнении выпускают ряд горелок этого типа угловой конструкции с поворотом на 90° (ИГК-25у, ИГК-бОв, ИГК-120у и ИГК-170у), которые позволяют уменьшить длину выступающих от фронта топок частей, но имеют более низкие тепловые нагрузки.

Оптимальный коэффициент избытка воздуха при отсутствии химического недожога для всех типов горелок ИГК равен 1.04...1.1.

Отличительной  способностью   горелок  типа   ИГК  является обеспечение нормального розжига при полностью открытом регуляторе первичного воздуха. Горелка может быть переведена на требуемый режим работы без предварительного прогрева топочного пространства.

Инжекционные горелки, в том числе и ИГК, весьма чувствительны к изменению теплоты сгорания газа, поскольку они работают с очень малым коэффициентом избытка воздуха. При увеличении теплоты сгорания горение топлива становится неполным, с химическим недожогом, а при уменьшении — наблюдается увеличение коэффициента избытка воздуха, что также неэффективно. Поэтому при изменении теплоты сгорания необходим точный контроль подачи первичного воздуха и значений коэффициентов избытка воздуха.

В настоящее время горелки ИГК-4-50м, ИГК-4-100м и ИГК-4-150м заменяют горелками ИГК-120, ИГК-170 и ИГК-250, повышающими эффективность использования газа и надежность работы тепловых устройств.

Блочные горелки среднего давления типа БИГ, сконструированные специалистами Промэнергогаза, с периферийной подачей газа (рисунки 7, 8), состоят из набора трубок-смесителей диаметром 48 мм (внутренний диаметр 42 мм) и длиной 290 мм, объединенных общим газовым коллектором. Каждый смеситель давления типа ИГК имеет отверстия диаметром 1,5 мм, просверленные под углом 25° к продольной образующей трубки и с раззенковкой со стороны коллектора. На каждой трубке четыре отверстия (сопла), через которые газ из коллектора поступает в смеситель. В смесителе газ перемешивается с дутьевым воздухом, полное горение заканчивается на срезе керамического огнеупорного тоннеля длиной 100 мм. Горелки не оборудованы устройствами для регулирования расхода первичного дутьевого воздуха и при давлении газа от 15 кПа до номинального обеспечивают полное сгорание топливно-воздушной смеси в относительно коротком факеле при коэффициенте избытка воздуха 1,02... 1,05 и разрежении в топочной камере 5...30 Па. Диапазон рабочего регулирования 7...80 кПа, при этом соотношение газ — воздух поддерживается постоянным при коэффициенте избытка воздуха 1,05 (номинальное значение). Горелки устанавливают в огнеупорном тоннеле, футерованном огнеупорной массой с объемным содержанием 45 % хлористого железняка, 45 обожженного магнезита и 10 % огнеупорной глины.

Достоинствами горелок типа БИГ являются: отсутствие запальных отверстий, возможность наблюдения за процессом горения непосредственно через торцы смесителей и малые габаритные размеры (горелки не только не выступают за пределы кладки топочных устройств, но и в ряде случаев могут располагаться в нише кладки).

Горелки с активной воздушной струей   представляют   собой  горелки с принудительной подачей воздуха при помощи вентиляторов или струйных аппаратов. В этих горелках для инжектирования газа используют энергию струи сжатого воздуха, а давление топлива перед горелкой поддерживается регуляторами давления постоянным. В этих горелках возможен предварительный подогрев дутьевого воздуха, значительно повышающий эффективность сжигания газа и КПД топочных процессов без опасения возникновения отрыва или проскока пламени. Эти горелки могут применяться в топочных устройствах паровых котлов, работающих при значительном противодавлении в топке, или при использовании автоматических систем теплового регулирования. Скорости истечения газа и воздуха в них почти одинаковы, коэффициент избытка воздуха может меняться в достаточно широком диапазоне.

Основным недостатком горелок этого типа является необходимость установки регуляторов давления газа.