Требования к горелкам, форсункам и их классификация

Топливосжигающие устройства

Нагрев заготовок, поковок, деталей в пламенных печах осуществляется за счет теплоты, выделяющейся в результате сгорания топлива (газообразного, жидкого), которое сжигают с помощью специальных топливосжигающих устройств: горелок и форсунок.

Требования к горелкам, форсункам и их классификация

Горелки для газа и форсунки для мазута предназначены для ввода топлива и воздуха в топку или рабочее пространство печи, перемешивания горючего с кислородом и воспламенения горючей смеси.

Самой важной задачей топливосжигающих устройств является обеспечение условий образования горючей смеси топлива с воздухом. Смесеобразование осуществляется путем молекулярной и турбулентной диффузии. Молекулярная диффузия является медленным процессом по сравнению с перемешиванием потоков вихрями (турбулентной диффузией). Она имеет место при ламинарном режиме движения потоков топлива и воздуха, а также и внутри вихрей.

Для повышения производительности горелки без ухудшения полноты сгорания газа необходимо увеличить скорость смесеобразования. Скорость можно повысить путем дополнительного увеличения турбулентности потоков, что достигают использованием рассекателей, диффузоров и закручиванием потоков и т. п. Увеличения турбулентности достигают тем или иным способом в зависимости от конкретных условий.

Процесс горения мазута более сложный, чем процесс горения газообразного топлива. Мазут — смесь сложных жидких углеводородов. При горении, как и газообразное топливо, он подвергается своеобразной «газификации» с образованием активных центров.

При горении жидкого топлива можно выделить следующие стадии: распыление топлива и смешивание его с воздухом, подогрев смеси и испарение легких фракций, термическое расщепление и горение газовой фазы. Эти стадии взаимосвязаны между собой и в какой-то степени совмещены. Для создания условий полной «газификации» мазута необходимо, чтобы процесс нагревания и испарения капель топлива протекал быстро и при необходимом количестве кислорода. Несоблюдение этих условий может привести к полному разложению углеводородов с образованием крупных трудносжигаемых частиц сажистого углерода. Тонкое распыление мазута резко уменьшает размер отдельных капель, что ускоряет их прогрев, испарение и горение.

Таким образом, топливосжигающие устройства в первую очередь должны обеспечить создание нормальных приведенных выше условий горения различных топлив. Разработано множество различных конструкций горелок и форсунок, среди которых нужно выбрать наиболее эффективные для конкретного печного агрегата.

Газовые горелки по способу перемешивания подразделяют на пламенные (без предварительного перемешивания) и беспламенные с предварительным перемешиванием). Горелки также классифицируют и по другим признакам, например по давлению газа или по конструктивным особенностям.

В характеристику горелок включают рабочее давление газа и воздуха, размеры горелки и размеры образующегося факела, позволяющие определить его границы и теплоотдачу.

Пригодность горелок определяется допустимыми пределами регулирования производительности горелок, границы которой зависят от устойчивости процесса горения по условиям отрыва факела от горелки при больших нагрузках и от стойкости горелки по условиям обгорания при затягивании факела в ее устье при малых нагрузках. Особенно важны эти данные, когда выбирают горелки для работы в системе автоматического регулирования процесса сжигания топлива.

Ниже будут рассмотрены наиболее распространенные нормированные типы горелок и форсунок.