Сожигательные устройства нагревательных и термических печей

Гусовский В.Л. Лифшиц А.Е. Тымчак В.М.
Металлургия, 1981 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Сожигательные устройства нагревательных и термических печей

 

КЛАССИФИКАЦИЯ СОЖИГАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ И ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИХ КОНСТРУКЦИИ
Для обогрева современных нагревательных и термических пе­чей используют газовое топливо, мазут и электрический ток. Уст­ройства, с помощью которых химическую энергию топлива и элект­рическую энергию превращают в тепловую, можно разделить на две группы: сожигательные устройства и нагреватели.
Сожигательные устройства (горелки и форсунки) применяют для сжигания газообразного или жидкого топлива.    Характерная особенность этих устройств — перенос тепла в рабочее пространст­во главным образом продуктами сгорания или с их помощью. Сожигательные устройства применяют тогда, когда допустимо со­прикосновение продуктов сгорания топлива с, нагреваемыми заго­товками или изделиями, а также в печах с муфелями. В печах без муфелей при необходимости исключить соприкосновение продук­тов сгорания с нагреваемыми изделиями применяют нагреватели, в которых либо сжигают топливо (радиационные трубы), либо ис­пользуют электроэнергию.
В этом случае тепло в рабочее пространство печи передается главным образом излучением от поверхности нагревателя.
Для подготовки и осуществления сжигания топлива сожигательное 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 топливо-воздушную 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 сожигательного устройства оно может предназначаться для выполнения только части перечисленных функций.
Процесс сжигания топлива можно разделить на три основные стадии: смешение топлива с воздухом для горения, подогрев топ­ливо-воздушной 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, характеристику 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 сожигательных устройств положена степень развития в них процесса смешения топлива с воздухом для горения независимо от путей, которыми она достигается.
Сожигательные устройства в зависимости от степени развития процесса смешения топлива с воздухом для горения можно разде­лить на три типа: устройства без предварительного смешения, с улучшенным смешением и с предварительным смешением.
В пределах сожигательного устройства без предварительного смешения топлива с воздухом для горения (горелки типа «труба в трубе», форсунки и др.) только создаются условия для последую­щего смешения топлива с воздухом: газовым и воздушным потокам придают необходимые скорости и направления (в газовых горел­ках) или еще предварительно организуют распиливание мазута (в мазутных форсунках).
Топливо смешивается с воздухом для горения вне пределов со­жигательного устройства, в рабочем пространстве печи или в спе­циальной топке.
Сожигательные устройства с улучшенным смешением позволя­ют почти полностью провести смешение вг пределах устройства. В результате этого горение начинает развиваться уже в горелочном туннеле, а в рабочем пространстве или топке оно лишь завершается (например, при использовании турбулентных горелок).
В сожигательных устройствах с предварительным смешением топливо смешивается с воздухом для горения внутри устройства; полное же сгорание происходит в пределах горелочного туннеля (например, в инжекционных горелках) или в специальной камере сгорания, а в рабочее пространство поступают только продукты сгорания.
Исходя из этих характеристик, можно определить область при­менения трех основных типов сожигательных устройств.
Сожигательные устройства 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.
Сожигательные устройства с улучшенным смешением следует применять в тех случаях, когда допустимая длина факела ограни­ченна и требуется концентрированный подвод значительного коли­чества тепла при сравнительно небольших размерах сожигатель­ных устройств, либо требуется создать факел специальной формы.
Сожигательные устройства с предварительным смешением це­лесообразны для осуществления высокотемпературного нагрева при сжигании газов с низкой теплотой сгорания, а также при рас­средоточенной подаче тепла большим числом горелок с целью до­стижения высокой равномерности нагрева.
, Тип и характеристику сожигательного устройства следует вы­бирать в зависимости от типа и конструкции печи, требований к технологии нагрева, вида и характеристики топлива. Поэтому оши­бочны высказываемые иногда мнения об универсальности какого-либо одного типа горелок и абсолютном превосходстве этого типа над остальными. Не существует «хороших» или «плохих» типов горелок, а есть только подходящие или неподходящие для данных конкретных условий.
На основании опыта эксплуатации и анализа конструкции со­жигательных устройств можно сформулировать основные требо­вания к их конструкции.
Конструкция горелки должна быть возможно более простой: без подвижных частей, без устройств, изменяющих сечение для прохода газа и воздуха и без деталей сложной формы, располо­женных вблизи носика горелки. Сложные устройства при эксплуа­тации себя не оправдывают и быстро выходят из строя под дейст­вием "Высоких температур в рабочем пространстве печи.
Сечения для выхода газа, воздуха и газо-воздушной смеси сле­дует отрабатывать в процессе создания горелки. В процессе экс­плуатации все эти сечения должны быть неизменными. Количество подаваемых через горелку газа и воздуха следует изменять только дроссельными устройствами, установленными на подводящих тру­бопроводах.
Сечения для прохода газа и воздуха в горелке и конфигурацию внутренних полостей следует выбирать таким образом, Чтобы со­противление на пути движения газа и воздуха внутри горелки бы­ло бы минимальным. Давление газа и воздуха в основном должно быть использовано для создания требуемых скоростей в выходных сечениях горелки.
Желательно, чтобы подача воздуха в горелку была односту­пенчатой. Неорганизованная подача воздуха в результате разре­жения в рабочем пространстве или путем частичного инжектирова­ния воздуха газом может допускаться только в особых случаях.
При необходимости разделения газового потока на несколько струй применяют массивную насадку с соответствующим числом отверстий. При осуществлении частичного предварительного сме­шения газа и воздуха следует использовать какой-либо один спо­соб, а не усложнять горелку большим числом элементов одного и того же назначения — для улучшения смешения.
Для стабилизации горения следует предпочитать аэродинами­ческие методы, т. е. создание зон циркуляции продуктов сгорания, которые поджигают газо-воздушную смесь.
Кроме того, конструкция горелки, как и всякого другого изде­лия, должна быть технологичной, обеспечивающей простоту и точ­ность изготовления, а также возможно менее чувствительной к ошибкам изготовления.
От изготовителей следует требовать контроля качества горелок на основании аэродинамического испытания, каждой из них с после­дующей отбраковкой или исправлением экземпляров с неудовлет­ворительной характеристикой.