Газовые горелки

Основные понятия. Классификация

Газовая горелка — устройство, обеспечивающее устойчивое сжигание газообразного топлива и регулирование процесса горения.

Функции газовых горелок:

• — подача газа и воздуха к фронту горения;
• — смешивание газа с воздухом, образование газовоздушной смеси;
• — стабилизация фронта горения;
• — обеспечение требуемой интенсивности процесса горения газа, регулирование тепловой нагрузки аппарата.

Требования, предъявляемые к горелкам:

• — создание условий для полного сгорания газа с минимальным избытком воздуха и выходом вредных веществ в продуктах сгорания;
• — обеспечение необходимой теплопередачи и максимального использования теплоты сгорания газового топлива;
• — наличие пределов регулирования не меньших, чем требуемое изменение тепловой мощности агрегата;
• — отсутствие сильного уровня шума (не более 85 дБ);
• — простота конструкции, удобство ремонта и безопасность в эксплуатации;
• — возможность применения автоматики регулирования и безопасности;
• — соответствие современным требованиям промышленной эстетики.

Природный газ до 99 % состоит из метана, поэтому процесс горения природного газа можно представить как процесс сгорания СН₄. Реакция полного сгорания метана

В соответствии с ней для полного сгорания 1 м³ метана теоретически необходимо 9,52 м³ воздуха, в практических целях принимается не менее 10 м³ воздуха.

Неполное сгорание газа — наличие в продуктах горения значительного количества оксида углерода СО.

Неполное сгорание происходит:

• — при недостаточном количестве воздуха, поступающего на горение;
• — плохом перемешивании газа и воздуха;
• — чрезмерном охлаждении пламени до завершения реакции горения.

Основные технические характеристики горелок следующие.

1. Тепловая мощность, кВт, — количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании секундного расхода газа, проходящего через горелку:

где (2 — мощность прибора, МВт; ц_ном — номинальный расход газа прибором, м³/ч; — низшая теплота сгорания газа, кДж/м³.

Номинальная тепловая мощность соответствует режиму работы с номинальным расходом газа, при котором обеспечивается наибольший КПД и наиболее полное сжигание.

Максимальная тепловая мощность достигается при длительной работе горелки с наибольшим возможным расходом газа и без отрыва пламени.

Минимальная тепловая мощность соответствует устойчивой работе горелки при наименьших расходах газа без проскока пламени.

2. Коэффициент избытка воздуха а показывает отношение количества воздуха, фактически израсходованного на горение, к теоретически необходимому количеству:

где Кф_акт — количество воздуха, фактически израсходованного на горение, м³; К_теор — теоретически необходимое количество воздуха, м³.

Коэффициент избытка первичного воздуха показывает, какая часть воздуха от теоретически необходимого для сгорания газа подается в горелку предварительно (до пламени).

Коэффициент избытка вторичного воздуха а₂ показывает, какая часть воздуха от теоретически необходимого для сгорания газа подается непосредственно к пламени из окружающего пространства.

3. Давление газа перед горелкой — номинальное, максимальное, минимальное.

Горелки классифицируются следующим образом.

I. По способу подачи воздуха:

• 1) бездутьевые — воздух поступает в топку за счет разрежения в ней;
• 2) инжекционные — воздух засасывается за счет энергии струи газа;

3) дутьевые — воздух подается в горелку или топку с помощью вентилятора.

II. По методу сжигания газа:

• 1) диффузионные — без предварительного смешения газа и воздуха, они подаются в зону горения раздельно, их смешение происходит непосредственно в топке. Само горение происходит медленно, факел удлиняется и становится светящимся. В современных бытовых приборах данный тип горелок не используется;
• 2) диффузионно-кинетические — с неполным предварительным смешением газа с воздухом. К горелке подается подготовленная смесь газа с первичным воздухом, вторичный воздух поступает к факелу путем диффузии. Пламя представляет собой короткий факел голубовато-фиолетового цвета. Данный способ сжигания используется в инжекционных горелках низкого давления;
• 3) кинетические — с полным предварительным смешением газа с воздухом. К горелке подается полностью подготовленная смесь с количеством воздуха на 5—10 % больше теоретически необходимого, которое обеспечит полное сгорание газа. Газ сгорает в коротком слабосветящемся факеле с обязательным наличием стабилизатора горения. Данный метод сжигания возможен при использовании газа среднего давления либо при использовании вентилятора для подачи воздуха на горение.