Газовые горелки

Газовые горелки - это устройства, обеспечивающие качественное сжигание горючего газа в целях получения и распределения тепловой энергии. На объектах обще­ственного питания в основном эксплуатируются горел­ки, работающие на низком избыточном давлении газа (до 2000 Па). Процесс горения газа возможен при обра­зовании газовоздушной смеси с концентрацией в преде­лах воспламенения.

Газовоздушная смесь может быть образована: путем предварительного смешивания газа с возду­хом (в горелке). Воздух, входящий в состав предвари­тельно подготовленной газовоздушной смеси, называют первичным, а горение - кинетическим;

в результате смешивания воздуха, находящегося в окружающей горелку атмосфере, с газом. Такой воздух, обеспечивающий горение, называют вторичным, а горе­ние газа с использованием только вторичного воздуха - диффузионным.

Диффузионные газовые горелки предназначены для подвода и распределения газа в целях его сжигания в топочных емкостях за счет вторичного воздуха.

Основным элементом конструкции диффузионной га­зовой горелки является насадка, которая представляет со­бой камеру трубчатой или коробчатой формы. Насадка в верхней плоскости имеет огневые отверстия, которые равномерно распределяют горючий газ по обогре­ваемой поверхности аппарата и дробят общий газовый по­ток на отдельные потоки. Так как воздух внутри насадки отсутствует, возможность проскока пламени (возгорания смеси внутри насадки) исключена.

Каждый отдельный поток газа, вытекая из огневого отверстия, перемешивается с воздухом в топочной каме­ре и образует факел.

По мере горения газа в зоне горения образуется зона разрежения, в которую поступает необходимый для го­рения воздух. Поскольку этот воздух инжектируется по­верхностью факела, факел может набирать большую вы­соту, соответствующую требуемой поверхности контакта с вторичным воздухом (воздухом топочной камеры). По этой причине высота топочных камер в диффузионных горелках должна быть значительной.

Воздух охлаждает факел и снижает его температуру. Полностью газ и воздух не смешиваются, и горение про­исходит с заметным химическим недожогом.

Диффузионные газовые горелки просты по конструк­ции, дешевы в изготовлении и характеризуются малы­ми габаритными размерами и металлоемкостью. Они удобны в эксплуатации и имеют широкий диапазон ре­гулирования мощности, так как отсутствие первичного воздуха исключает проскок пламени.

Однако из-за относительно низкой температуры го­рения КПД диффузионных горелок невысок, а хими­ческий недожог газа делает их источником токсичного оксида углерода, представляющего опасность для обслу­живающего персонала (по этой причине диффузионные газовые горелки не используются в качестве основных теплогенерирующих элементов). Наиболее полное сжига­ние газа возможно только в больших топочных объемах, что экономически нецелесообразно, так как приводит не только к увеличению материалоемкости аппаратов, но и к снижению КПД топочных камер.

В основном диффузионные газовые горелки приме­няют на объектах общественного питания в качестве переносных запальников.

К кинетическим газовым горелкам относятся уст­ройства, предполагающие предварительное приготовле­ние горючей газовоздушной смеси. В зависимости от спо­соба смешивания газа и воздуха различают инжекционные кинетические горелки и с принудительной подачей газа и воздуха.

В инжекционных газовых горелках смешивание газа и воздуха происходит в смесителе за счет кинетиче­ской энергии струи истекающего газа.

За счет статического давления газа в газопроводе при истечении газа через калиброванное отверстие малого сечения (сопло) кинетическая энергия струи преобразу­ется в динамический напор. С целью обеспечения опти­мального сгорания газа количество подаваемого воздуха регулируется.

Таким образом, в инжек­ционных газовых горелках реа­лизуется кинетическое горение газа. Факел в инжекционных горелках состоит из двух ярко выраженных зон горения, фор­ма которых близка кониче­ской.

Над фронтом пламени (по­верхностью, ограничивающей зону горения) располагается внутренний конус факела, имеющий ярко-белый цвет.

Эта зона характеризует горение газа за счет первичного воздуха, входящего в состав га­зовоздушной смеси. Температура в зоне максимальна и в зависимости от химического состава горючего газа дости­гает 1200...1400 °С.

Внешний конус факела определяет зону диффузи­онного горения газа в результате инжекции вторичного воздуха топочной камеры факелом. Высота этой части конуса пламени больше, а температура ниже.

Стабильность горения определяется отсутствием от­рыва и проскока факела. Этого добиваются изменением положения регулятора первичного воздуха при розжиге горелки.

Принцип действия инжекционных газовых горелок следующий. Газ подается из газопровода через газовый кран и далее - через сопло. Количество воздуха, посту­пающего в смеситель, может регулироваться за счет из­менения сечения при перемещении специальной пласти­ны - регулятора первичного воздуха.

Сечение сопла подбирается таким образом, чтобы практически все статическое давление газа в газопроводе было преобразовано в динамический напор. Тогда в пото­ке газа, находящегося в зоне сопла, статическое давление резко падает - создается разрежение, обеспечивающее всасывание воздуха в смеситель горелки. Таким образом, воздух инжектируется поверхностью газовой струи.

В конфузоре инжекция воздуха постоянно увеличива­ется. По мере движения газовоздушной смеси ее скорость увеличивается за счет уменьшения сечения конфузора, соответственно постоянно увеличивается инжекция воз­духа в конфузоре. Как следствие, растет динамический напор, а статическое давление падает (растет разреже­ние). В горловине смесительной трубки горючий газ пере­мешивается с воздухом, образуя горючую газовоздушную смесь. В диффузоре происходит замедление течения потока газовоздушной смеси (вследствие расширения корпуса диффузора). Динамический напор смеси преобразуется в статический, что выравнивает давление внутри насадки. Это необходимо для того, чтобы на всей поверхности на­садки сформировать факелы одинаковой высоты. Одно­временно в диффузоре заканчивается процесс смешива­ния газа и первичного воздуха.

Для повышения тепловой эффективности использу­ют многосопловые горелки.

Многосопловые инжекционные газовые горелки выгодно отличаются от односопловых значительно мень­шими размерами и, как следствие, малой материалоем­костью (металлоемкость их в 5-7 раз ниже).

Качество приготовленной в многосопловых горелках газовоздушной смеси не хуже, чем в односопловых. Вы­сокая интенсивность перемешивания объясняется боль­шой поверхностью контакта струй газа, истекающих одновременно из нескольких сопел и инжектирующих воздух внутрь смесителя.

Условия устойчивой работы горелок

Устойчивость горения является существенным фактором, определяющим надежность работы газовых горелок.

В практике сжигание газа часто приходится сталкиваться с нарушением устойчивой работы горелок, вызываемым либо отрывом пламени от насадки горелки, либо проскоком пламени в ее смесительную часть.

Пламя сохраняет устойчивость, т.е. остается неподвижным относительно насадки горелки, в тех случаях, когда в зоне горения устанавливается равновесие между стремлением пламени продвинуться навстречу потоку газовоздушной смеси и стремлением потока отбросить пламя от горелки. Однако такое равновесие наблюдается в очень узком диапазоне скоростей выхода газовоздушной смеси из горелки.

Отрыв пламени возникает, когда скорость истечения газовоздушной смеси превосходит скорость распространения пламени, и оно, отрываясь от горелки, полностью или частично гаснет. Отрыв пламени может происходить при розжиге или выключении горелок, а во время работы – из-за быстрого изменения нагрузки или при чрезмерном увеличении разрежения в топке и может иметь место у всех типов горелок.

Отрыв пламени может привести к загазованности топки и газоходов, а также к накоплению в помещении газов. Это может повлечь за собой взрыв в топочной камере или в газоходах с последующими серьезными разрушениями.

Проскок пламени (обратный удар) – это проникновение пламени внутрь горелки. Имеет место, когда скорость истечения газовоздушной смеси из горелки меньше скорости распространения пламени. Чаще всего проскок происходит при неправильном зажигании и выключении горелки, а также при быстром снижении ее производительности. В результате проскока может произойти перегрев горелки или “хлопок” внутри нее, а также прекращение горения и загазованность помещения. Проскок пламени может быть только у инжекционных горелок.

Таким образом, область устойчивого горения газа в горелке располагается между кривыми проскока и отрыва.

“Хлопок” – это мгновенное сгорание оставшейся после выключения в смесителе газовоздушной смеси, движение которой прекратилось в момент прекращения подачи газа. “Хлопок” вредно влияет на состояние газовых горелок, нарушает герметичность соединений газопровода и в особенности крана, перекрывающего доступ газа к горелке.

Качество горелок определяют по определенным требованиям:

- горелки должны обеспечивать полное сжигание газа при минимальном избытке воздуха

- горелки должны работать устойчиво (без отрыва и проскока пламени) в необходимом диапазоне изменения теплопроизводительности

- конструкция горелки и ее компоновка должны полностью предохранять от перегрева и обгорания деталей

потеря напора в горелке по воздушному и газовому (для низкого давления) трактам должна быть минимальной;

- при работе горелки на двух видах топлива оба топлива при раздельном их сжигании должны использоваться с максимальной эффективностью, а переход с одного топлива на другое осуществляться в короткий срок;

- горелки должны быть просты в изготовлении, надежны и безопасны в эксплуатации, а также удобны для ремонта и осмотра.

Правила эксплуатации газовых горелок. К эксплуатации газовых аппаратов допускаются только лица, прошедшие инструктаж по эксплуатации газовых аппаратов.

Перед началом работы необходимо проверить наличие тяги, для чего нужно поднести к смотровому отверстию лоскуток тонкой бумаги или материи. Если лоскуток притягивается к отверстию, то значит есть тяга и работать на аппарате можно, если тяга отсутствует, работать запрещается, поскольку это может быть причиной отравления персонала продуктами сгорания газа. Категорически запрещается определять наличие тяги с помощью горящих предметов, так как при утечке газа это может быть причиной взрыва. Затем открывают общий кран на газопроводе, с помощью регулятора перерывают подачу первичного воздуха и подносят источник пламени к стационарному запальнику. Открывают кран горелки, и она воспламеняется от запальника. С помощью регулятора подачи первичного воздуха " устанавливают" пламя. Пламя должно гореть без шума, быть фиолетового цвета, без проблесков, не должно отрываться от горелки и не проскакивать внутрь нее.

Если на аппарате нет газовой автоматики безопасности, то нельзя оставлять аппарат без присмотра.

По окончании работы сначала перекрывают подачу первичного воздуха (чтобы не было " хлопка"), закрывают кран горелки и общий кран на газопроводе.