Инжекционные горелки среднего давления

По принципу действия и конструкции они практически не отличаются от инжекционных горелок низкого давления. В этих горелках обязательным элементом является стабилизатор, предотвращающий отрыв факела, а весь необходимый для горени» воздух инжектируется горелкой. Коэффициент избытка первичного воздуха у большинства конструкций горелок равен 1,01... 1,1, и они способны нормально работать как при разрежении в топочной камере, так и при небольшом противодавлении (10... 30 Па).

Благодаря хорошему перемешиванию топливно-воздушной смеси происходит практически полное сгорание газа при минимальном избытке воздуха.

Номинальное давление газа в этих горелках 30 кПа, однако, целесообразно повышать его до 50...60 кПа, что позволит стабилизировать соотношение газ — воздух при различных режимах работы. Верхний предел регулирования составляет около 50 % номинального давления и ограничен химическим недожогом, нижний предел у большинства горелок — 5 кПа. При более низком давлении может возникнуть проскок факела в корпус горелки. Исключения составляют горелки с пластинчатым стабилизатором с нижним пределом регулирования 1...2 кПа. В указанном диапазоне тепловая нагрузка регулируется изменением давления газа перед горелкой без дополнительной подачи первичного дутьевого воздуха.

При номинальном давлении газа скорость выхода топливно-воздушной смеси из сопла горелки обычно в 30...50 раз выше скорости распространения пламени, что гарантирует широкое регулирование тепловой мощности без опасности возникновения, проскока пламени. В этих горелках автоматически поддерживается заданное соотношение газ — воздух, что позволяет в ряде случаев использовать горелки без воздушной заслонки. Достаточно хорошее смесеобразование позволяет при незначительных коэффициентах избытка воздуха (не более 1,1) получить короткий факел (длиной не более 6...8 диаметров устья) и обеспечить горение в пределах стабилизатора. При нормальных условиях работы подачи вторичного воздуха в топку не требуется, что значительно повышает эффективность топочных процессов.

Основным недостатком инжекционных горелок является повышенный уровень звукового давления при расходе газа свыше 90 м3/ч, что вызывает необходимость установки специальных глушителей.

Для снижения габаритных размеров выпускают угловые горелки (с поворотом), которые из-за дополнительного аэродинамического сопротивления обладают меньшими инжекционной способностью и тепловой мощностью.

В зависимости от требуемых условий теплоотдачи в топочной камере используются горелки беспламенного и пламенного типов. Беспламенные дают минимальную теплоотдачу излучением и имеют керамические огнеупорные тоннели. Пламенные горелки дают светящееся пламя, обладающее повышенными радиационными (излучательными) характеристиками, и оборудуются пластинчатыми или кольцевыми стабилизаторами горения.

Инжекционные пламенные горелки среднего давления имеют стабилизаторы, выполненные в виде тел плохо обтекаемой формы и предназначенные для котлов, печей, сушильных и других тепловых устройств, работающих под разрежением более 10...20 Па. Стабилизатор устанавливается в конце диффузора и является надежным поджигающим устройством, предотвращающим проскок и отрыв пламени.

Наиболее часто в качестве стабилизатора используют набор пластин, установленных на шпильках. Размер пластин 16Х Х0,5 мм, шаг между ними 1,5 мм. Для обеспечения указанного шага между пластинами прокладывают шайбы. Защита от проскока пламени внутрь горелки обеспечивается тем, что расстояние между пластинами (1,5 мм), необходимое для прохода газовоздушной смеси, менее критического, при котором нарушается соотношение между скоростями истечения топливно-воздушной смеси и распространения пламени. Поджигание газовоздушной смеси и предотвращение отрыва пламени от насадки обеспечиваются застойным пламенем и рециркуляцией продуктов горения в зонах, примыкающих к шпилькам и пластинам.

Горелки устанавливают в топочных камерах так, чтобы выходное сечение насадки находилось в одной плоскости с внутренней футеровкой топки. Это предохраняет стабилизатор от прогорания.

Горелки ИГК-1-6м имеют только конусный стабилизатор, предотвращающий отрыв пламени. Нормальная работа горелок гарантируется при разрежении в топочной камере не менее 5 Па. Противодавление в топке приводит к перегреву горелки и деформации пластин стабилизатора. Поэтому при отключении горелки воздушная заслонка должна быть всегда открытой, обеспечивая за счет разрежения в топке подсос воздуха и охлаждение стабилизатора. Засорение пластин стабилизатора ведет к снижению инжекционной способности горелки и появлению химического недожога. Горелки типа ИГК не рекомендуется применять в высокотемпературных тепловых устройствах.

Кроме горелок в прямом исполнении выпускают ряд горелок этого типа угловой конструкции с поворотом на 90° (ИГК-25у, ИГК-бОв, ИГК-120у и ИГК-170у), которые позволяют уменьшить длину выступающих от фронта топок частей, но имеют более низкие тепловые нагрузки.

Оптимальный коэффициент избытка воздуха при отсутствии химического недожога для всех типов горелок ИГК равен 1.04...1.1.

Отличительной способностью горелок типа ИГК является обеспечение нормального розжига при полностью открытом регуляторе первичного воздуха. Горелка может быть переведена на требуемый режим работы без предварительного прогрева топочного пространства.

Инжекционные горелки, в том числе и ИГК, весьма чувствительны к изменению теплоты сгорания газа, поскольку они работают с очень малым коэффициентом избытка воздуха. При увеличении теплоты сгорания горение топлива становится неполным, с химическим недожогом, а при уменьшении — наблюдается увеличение коэффициента избытка воздуха, что также неэффективно. Поэтому при изменении теплоты сгорания необходим точный контроль подачи первичного воздуха и значений коэффициентов избытка воздуха.

Блочные горелки среднего давления типа БИГ, с периферийной подачей газа состоят из набора трубок-смесителей диаметром 48 мм (внутренний диаметр 42 мм) и длиной 290 мм, объединенных общим газовым коллектором. Каждый смеситель давления типа ИГК имеет отверстия диаметром 1,5 мм, просверленные под углом 25° к продольной образующей трубки и с раззенковкой со стороны коллектора. На каждой трубке четыре отверстия (сопла), через которые газ из коллектора поступает в смеситель. В смесителе газ перемешивается с дутьевым воздухом, полное горение заканчивается на срезе керамического огнеупорного тоннеля длиной 100 мм.

Горелки не оборудованы устройствами для регулирования расхода первичного дутьевого воздуха и при давлении газа от 15 кПа до номинального обеспечивают полное сгорание топливно-воздушной смеси в относительно коротком факеле при коэффициенте избытка воздуха 1,02... 1,05 и разрежении в топочной камере 5...30 Па. Диапазон рабочего регулирования 7...80 кПа, при этом соотношение газ — воздух поддерживается постоянным при коэффициенте избытка воздуха 1,05 (номинальное значение). Горелки устанавливают в огнеупорном тоннеле, футерованном огнеупорной массой с объемным содержанием 45 % хлористого железняка, 45 обожженного магнезита и 10 % огнеупорной глины.

Достоинствами горелок типа БИГ являются: отсутствие запальных отверстий, возможность наблюдения за процессом горения непосредственно через торцы смесителей и малые габаритные размеры (горелки не только не выступают за пределы кладки топочных устройств, но и в ряде случаев могут располагаться в нише кладки).

Горелки с активной воздушной струей представляют собой горелки с принудительной подачей воздуха при помощи вентиляторов или струйных аппаратов. В этих горелках для инжектирования газа используют энергию струи сжатого воздуха, а давление топлива перед горелкой поддерживается регуляторами давления постоянным. В этих горелках возможен предварительный подогрев дутьевого воздуха, значительно повышающий эффективность сжигания газа и КПД топочных процессов без опасения возникновения отрыва или проскока пламени. Эти горелки могут применяться в топочных устройствах паровых котлов, работающих при значительном противодавлении в топке, или при использовании автоматических систем теплового регулирования. Скорости истечения газа и воздуха в них почти одинаковы, коэффициент избытка воздуха может меняться в достаточно широком диапазоне.

Основным недостатком горелок этого типа является необходимость установки регуляторов давления газа.