Горелки промышленных агрегатов

 

Классификации горелок и их характеристики.

Классификация горелок может осуществляться по различным признакам.

1. По давлению газа горелки подразделяют на:

- горелки низкого давления – до 5 кПа (500 мм вод. ст.);

- горелки среднего давления – 5 кПа…0,3 МПа (0,5 м вод.ст. … 30 м вод.ст.);

- горелки высокого давления - более 0,30 МПа (> 3 атм).

2. Тепловая мощность горелки, рассчитывается по формуле

N = .

3. Коэффициент предельного регулирования горелки по мощности

n = N _max/ N _min,

который должен быть не менее 3.

Коэффициент регулирования мощности n пропорционален отношению расходов топлива и скоростей, а также пропорционален корню квадратному из отношения максимально и минимального давления перед горелкой:

n ~ B _max/ B _min,   n ~ W _max/ W _min;   n ~ .

Для того чтобы коэффициент регулирования n был равен 3, должна быть возможность изменения давления примерно в 10 раз ().

4. Коэффициент избытка воздуха a (в том числе воздуха первичного и вторичного).

5. Номинальная относительная длина факела

,

которая представляет собой расстояние, выражения в калибрах горелки d, от выходного сечения до точки l, где концентрация СО₂ составляет 95 % от максимального значения.

6. Уровень шума (допускается до 85 дБ).

7. Принцип организации процесса горения. По принципу смешения топлива и воздуха различают два основных типа:

- кинетические горелки;

- диффузионны е горелки.

    В кинетических горелках осуществляется предварительное перемешивание газа с воздухом в пределах смесительной камеры, что позволяет сжигать топливо с минимальными значениями коэффициента избытка воздуха a = 1,02…1,05. Факел таких горелок слабосветящийся, стабилизация факела осуществляется за счет установки туннелей, тел плохообтекаемой формы, огнеупорных насадок и т.д. Недостаток таких горелок - узкие пределы регулирования из-за возможности проскока пламени в смеситель, а также невозможность подогрева воздуха более 500…600 °С.

В диффузионных горелках газ и воздух подаются отдельно, смешение осуществляется вне горелки, в пределах топки.

8. В зависимости от способа приготовления смеси горелки делятся на две основные группы:

- дутьевые горелки с вентиляторной подачей воздуха;

- инжекционные горелки, в которых воздух подсасывается струей газа.

9. В зависимости от способа подвода воздуха дутьевые горелки делятся на две группы:

- прямоточные горелки;

- вихревые горелки.

Инжекционные горелки

В инжекционной горелке (рис. 3.20) газ поступает к соплу горелки 1, откуда вытекает с высокой скоростью, инжектируя необходимый для сгорания воздух из атмосферы. Расход воздуха можно регулировать с помощью кольца 4.

 

1 – сопло; 2 – камера смешения; 3 – насадок;  4 – кольцо,

 регулирующее подачу воздуха; 5 - диффузор

 

Рисунок 3.20 - Инжекционная горелка

 

Образующаяся газовоздушная смесь поступает из камеры смешения 2 в диффузор 5, где за счет уменьшения скорости в расширяющемся канале несколько увеличивается статическое давление, которое позволяет преодолевать сопротивление по тракту газовоздушной смеси. Подготовленная смесь из диффузора через насадок 3 (носик горелки), который служит для предотвращения проскока пламени, поступает в камеру сгорания.

Преимущества инжекционных горелок:

- возможность работы без принудительной подачи воздуха;

- низкие избытки воздуха - a = 1,02…1,08, так как осуществляется полное предварительное смешение газа и воздуха;

- автоматическое поддержание постоянства коэффициента избытка воздуха при различных нагрузках и расходах газа.

Недостатки:

- расход природного газа не должен превышать 60 м³/ч (соответственно мощность не более 0,7 МВт). При больших расходах газа резко возрастет размер горелок и металлоемкость;

- повышенный уровень шума при расходе газа В > 60 м³/ч.

    Разработаны горелки с диаметром насадка (носика) от 15 до 235 мм и соответственно тепловой мощностью от 0,014 до 0,7 МВт. Горелки комплектуются туннелем из огнеупорного материала диаметром 2,5 d и длиной 6,5 d. Насадок горелки, как правило, водоохлаждаемый. Относительная длина факела L зависит от избытка воздуха: при a = 1,02 - L =6; при a = 1,5 – L = 2,5. Существуют конструкции горелок с пластинчатым стабилизатором, при этом отпадает необходимость в туннеле, который надо прогревать постепенно, что ограничивает быстрый набор мощности топки.