Современные горелочные устройства : Конструкции и технические характеристики : справочное издание

А. А. Винтовкин, М. Г. Ладыгичев, В. Л. Гусовский, А. Б. Усачев
Машиностроение-1, 2001 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Современные горелочные устройства

КЛАССИФИКАЦИЯ

 
Для подготовки и осуществления сжигания топлива горелочное устрой­ство выполняет следующие функции:
 
• подготавливает топливо и воздух для горения, придавая им требуемые направления и скорости движения (в некоторых случаях в горелке происхо­дит предварительный подогрев газа или воздуха);
подготавливает горючую смесь (смешивает газовое топливо и воздух или распыляет жидкое топливо и смешивает его с воздухом, в ряде случаев подогревает топливовоздушную смесь до температуры воспламенения и сжигает ее);
стабилизирует горение;
осуществляет подачу подготовленной горючей смеси или продуктов сгорания в рабочее пространство или топку.
В зависимости от типа устройства оно может предназначаться для вы­полнения только части перечисленных функций.
 
Процесс сжигания топлива можно условно разделить на три основные стадии: смешение топлива с воздухом для горения, подогрев топливовоздушной смеси до температуры воспламенения и собственно процесс сжига­ния. Процесс сжигания, т. е. реакция окисления компонентов топлива кис­лородом воздуха, протекает практически мгновенно. Первые же две стадии требуют значительно большего времени. По этой причине организация сме­шения определяет весь процесс сжигания, характеристики факела, а следо­вательно, распределение температур в рабочем пространстве печи и соот­ветствие его технологическим требованиям к агрегату.
 
При разработке систем отопления печей следует отдавать предпочтение требованиям технологии, а поэтому в основу классификации горелочных устройств положены степень развития в них процесса смешения топлива с воздухом для горения, способы подачи топлива и воздуха, характер истека­ющих потоков и другие технологические особенности. Классификацион­ные признаки горелок и их характеристики, регламентированные стандар­том, приведены в табл.
 

Normal 0 false false false MicrosoftInternetExplorer4 Классификационные признаки горелок и их характеристики

 

Классификационный признак
Характеристика классификационного признака
Способ подачи компонентов
Подача воздуха за счет свободной конвекции
 
Подача воздуха за счет разрежения в рабочем пространстве
 
Инжекция воздуха газом
 
Принудительная подача воздуха от постороннего источника
 
Принудительная подача воздуха от встроенного вентилятора
 
(блочные горелки)
 
Принудительная подача воздуха за счет давления газа
 
(турбинные горелки)
 
Инжекция газа воздухом (принудительная подача воздуха,
 
инжектирующего газ)
 
Принудительная подача газовоздушной смеси от
 
постороннего источника
Степень подготовки горючей
Без предварительного смешения
смеси
С частичной подачей первичного воздуха
 
С неполным предварительным смешением
 
С полным предварительным смешением
Скорость истечения
До 20 (низкая)                                     /
продуктов сгорания, м/с
Свыше 20 до 70 (средняя)
 
Свыше 70 (высокая, скоростные горелки)
Характер потока.
Прямоточный
истекающего из горелки
Закрученный неразомкнутый
 
Закрученный разомкнутый
Номинальное давление газа
До 5000 (низкое)
перед горелкой, Па
Среднее давление (до критического перепада давлений)
 
Высокое давление (критический и сверхкритический
 
перепад давлений)
Возможность регулирования
С нерегулируемыми характеристиками факела
характеристик факела
С регулируемыми характеристиками факела
Необходимость
С нерегулируемым (минимальным или оптимальным)
регулирования коэффициента
коэффициентом расхода воздуха
расхода воздуха
С регулируемым (переменным или повышенным)
 
коэффициентом расхода воздуха
Локализация зоны горения
В огнеупорном туннеле или в камере горения горелки
 
На поверхности катализатора, в слое катализатора
 
В зернистой огнеупорной массе
 
На керамических или металлических насадках
 
В камере горения агрегата или в открытом пространстве
Возможность использования
Без подогрева воздуха и газа
тепла продуктов сгорания
С подогревом в автономном рекуператоре или регенераторе
 
С подогревом воздуха во встроенном рекуператоре или
 
регенераторе
 
С подогревом воздуха и газа
Степень автоматизации
С ручным управлением
 
В зависимости от технологических особенностей и с использованием классификационных признаков горелочные устройства можно разделить на несколько типов: диффузионные горелки без предварительного смешения, горелки с улучшенным смешением, горелки с регулируемым смешением и горелки с полным предварительным смешением.
К диффузионным горелкам относятся устройства, предназначенные для по­дачи в топочный объем только газообразного топлива. Подача воздуха осуще­ствляется либо за счет свободной конвекции, либо за счет разрежения в рабо­чем пространстве агрегата. Причем подсос воздуха происходит, как правило, не через горелочный туннель, а через технологические люки, разгрузочные отвер­стия или неплотные сочленения элементов печного оборудования. По такому принципу работают торцевые диффузионные горелки вращающихся трубча­тых печей. Горелки устанавливают на торцевых стенках разгрузочных или заг­рузочных головок, и через них подается только газ либо мазут и распылитель. Основной поток воздуха подсасывается в печь через разгрузочную течку или неплотности между вращающимся барабаном печи и головкой. Подсасывае­мый холодный воздух в основном сосредоточен в нижней части печи. Это со­здает сложность для организованного смешения газа и воздуха.

 

В горелках без предварительного смешения топливо и воздух подаются непосредственно в горелки. Но в самом устройстве потоки подаваемых сред не контактируют, а только приобретают необходимые скорости и направле­ния истечения в рабочий объем агрегата. Смешение потоков и горение сме­си происходит в рабочем объеме по ходу движения струй.
Горелки с улучшенным смешением позволяют почти полностью провес­ти смешение в пределах горелки. В результате этого горение начинает раз­виваться уже в горелочном туннеле, а в рабочем пространстве или топке оно лишь завершается.
Горелки с регулируемым смешением позволяют за счет подвижных или сменных элементов изменять характеристики факела в зависимости от тре­бований технологического процесса в печи.
В горелках с полным предварительным смешением топливо смешивает­ся с воздухом либо в выносном специальном смесителе, либо непосред­ственно внутри горелочного устройства. Полное сгорание газа происходит в пределах горелочного туннеля. В рабочее пространство поступают только продукты сгорания.
Горелки такого типа большой тепловой мощности выполняют, как пра­вило, с водяным охлаждением выходных элементов, что снижает вероят­ность проскока пламени из горелочного туннеля в смеситель.
Исходя из этих характеристик, можно определить предпочтительные об­ласти применения основных типов горелок. Диффузионные горелки реко­мендуется применять в тех случаях, когда необходимо использовать для го­рения воздух, который подается в тепловой агрегат с технологической це­лью, например охлаждать обожженный материал (известняк, окатыши) или готовые изделия (кирпичи).
Горелки без предварительного смешения рекомендуется применять в тех случаях, когда необходимо:
обеспечить концентрированный подвод тепла с помощью небольшого числа крупных горелок, особенно при сжигании газа с высокой теплотой сгорания;
получить широкие пределы регулирования;
работать попеременно на газовом топливе различных видов или на газе и мазуте попеременно или одновременно;
подогревать компоненты сгорания до высокой температуры. Горелки с улучшенным смешением следует применять в тех случаях,
когда допустимая длина факела ограничена и требуется концентрирован­ный подвод значительного количества тепла при сравнительно небольших размерах горелки либо требуется создать факел специальной формы.
Горелки с регулируемым смешением следует применять в тех случаях, когда желательно изменять тепловыделение по длине факела, при установке одиночных и мощных горелок.
Горелки с полным предварительным смешением целесообразны для осу­ществления высокотемпературного нагрева при сжигании газов с низкойтеплотой сгорания, а также при рассредоточенной подаче тепла большим числом горелок с целью достижения высокой равномерности нагрева.
Радиационные горелки используют для агрегатов, в которых необхо­димо получить особо равномерный нагрев по поверхности изделия с обычной или повышенной скоростью. Горелки этого типа не дают факе­ла, направленного только на нагреваемое изделие, а образуют излучаю­щие поверхности с равномерным распределением температур. Радиаци­онные горелки по своим характеристикам близки к нагревателям, так как значительную часть тепла они передают нагреваемым изделиям излуче­нием от поверхности горелочного камня и футеровки печи. Продукты сгорания топлива, поступающие в рабочее пространство, в этом случае участвуют в переносе тепла в меньшей степени, чем в других горелочных устройствах.
Радиационные горелки позволяют осуществлять высокотемпературный нагрев или высокоскоростной нагрев при большом перепаде температур, так как керамическая излучающая поверхность дает возможность развивать более высокие температуры, чем материал нагревателей (в настоящее время нагреватели в большинстве случаев изготавливают из жаропрочных метал­лов и сплавов). Радиационные горелки работают обычно на газе с теплотой сгорания не ниже 16,8 МДж/м3, так как для их нормальной работы необхо­димо, чтобы топливо надежно загоралось при низких температурах и устой­чиво и быстро сгорало.
Скоростные горелки позволяют организовать усиленную циркуляцию продуктов сгорания и обеспечить тем самым высокую равномерность тем­ператур в рабочем пространстве печи и повышение интенсивности теплоот­дачи к нагреваемым изделиям.
Горелки с переменным избытком воздуха обеспечивают необходимую температуру продуктов сгорания в рабочем пространстве печи при низко­температурных процессах.