Устройство газовых горелок

Диффузионная горелка представляет собой насадку с отверстиями для выхода газа (рис. 20.1 а). Диаметр трубы насадки принимается из расчета 1-1,5 суммарного сечения выходных отверстий. Диаметр отверстий обычно 1-5 мм с шагом отверстий (5-6 мм).

Рис. 20.1 Принципиальные схемы газовых горелок: а — диффузионная; б — инжекционная факельная; 1 — сопло; 2 — регулятор первичного воздуха; 3 — конфузор; 4 — горловина; 5 — диффузор; 6 — насадка; в - формы сопел инжекционных горелок: 1 - сопло с углом конуса 90°; 2 — сопло с углом конуса 50°; 3 — сопло с углом конуса 16°; 4 — сопло с углом конуса 90° и с цилиндрической выходной частью

Из насадки под низким давлением выходит газ, смешивается воздухом и сгорает, создавая желтый непрозрачный факел пламени.

Диффузионные горелки имеют простую конструкцию, они надежны в эксплуатации, устойчивы и бесшумны в работе.

Недостатками этих горелок являются: большой избыток воздуха в камере сгорания, приводящий к увеличению потерь теплоты уходящими продуктами сгорания; длинный факел пламени, требующий значительной высоты камеры сгорания. В связи с этим диффузионные горелки не нашли широкого применения в тепловых аппаратах предприятий общественного питания.

Инжекционная газовая горелка (рис. 20.1 6) состоит из следующих основных элементов: регулятора первичного воздуха, сопла, смесителя-инжектора, насадки.

Газ подается по газопроводу в сопло, которое служит для подачи газа в горелку, превращения части потенциальной энергии газа в кинетическую и придания струе газа определенных формы и направления.

При выходе из сопла скорость газа значительно возрастает; так как диаметр сопла во много раз меньше диаметра подводящего газопровода. При выходе из сопла с большой скоростью газ создает в конфузоре смесителя-инжектора разрежение, за счет которого в смеситель подсасывается (инжектируется) первичный воздух.

Канал сопла (рис. 20.1 в) может быть различной формы с углом конуса от 8 до 45°.

Смеситель-инжектор служит для смешивания газа с воздухом, выравнивая концентрации и скорости движения газовоздушной смеси. Смеситель состоит из двух усеченных конусов — конфузора и диффузора, соединенных между собой горловиной.

Конфузор предназначен для подсоса воздуха за счет разрежения. Угол сужения конфузора составляет 20-40°. Горловина служит для выравнивания концентрации и скоростного напора смеси. Диффузор используется для дальнейшего выравнивания концентрации газа и воздуха в смеси путем торможения струи и уменьшения скорости движения газовоздушной смеси, что создает дополнительный напор, необходимый для преодоления сопротивления при проходе смеси через отверстия насадки.

Насадка служит для равномерного распределения газовоздушной смеси, по выходным отверстиям, а также задает форму и размер факела.

Насадка должна соответствовать форме и размерам обогреваеммой поверхности.

Выходные отверстия насадки в горелках располагаются в один; или два ряда в шахматном или коридорном порядке с шагом отверстия не более 3-4 диаметров. Для обеспечения устойчивого процесса горения выходные отверстия выполняются в виде теплоотводных приливов определенной высоты с отверстиями необходимого диаметра. Для равномерного распределения газовоздушной смеси по выходным отверстиям сечение насадки должно быт; в 1,7—2,5 раза больше суммарного сечения выходных отверстий.

Инжекционные горелки обычно подсасывают 30-60% теоретически необходимого количества воздуха.

Многосопловая факельная инжекционная горелка с периферийной подачей (рис. 20.2 а, б, в, г) состоит из газового коллектора; смесителя постоянного сечения и насадки.

Рис. 20.2 Многосопловая инжекционная горелка с периферийной подачей газа: а — внешний вид; б — принципиальная схема; в — схема коллектора без закрутки газовой струи; г — схема коллектора с закруткой газовой струи; 1 — коллектор; 2 — смеситель; 3 — насадка

Сопла выполняются в виде отверстий в стенке втулки коллектора под некоторым углом α к оси смесителя. Обычно число сопел от четырех до восьми. Перемешивание газа с воздухом и выравнивание скорости и концентрации газовоздушной смеси происходят более интенсивно и на гораздо меньшей длине смесительной трубки. Это позволяет конструктивно усовершенствовать горелку, т.е. отказаться от конфузора и диффузора и сократить размеры смесителя и горелки в целом при тех же показателях тепловой мощности горелки и объемного коэффициента инжекции.

В многосопловой горелке проскок пламени к соплу затруднен, так как имеет место турбулентное перемешивание, а пределы регулирования тепловой мощности расширены. Горелка работает более устойчиво при пониженном давлении газа.

Длина смесителя при оптимальном количестве сопловых отверстий составляет три диаметра смесителя: L_см — 3D_см.

Расположение отверстий сипла под углом φ = 20—30° к радиусу, пересекающему ось сопла, позволяет осуществить закрутку газовоздушных потоков. При этом интенсифицируется перемешивание и выравнивание концентраций газовоздушной смеси, а размеры смесителя уменьшаются в 2 раза.

В беспламенной инжекционной горелке (рис. 20.3) первичный воздух инжектируется в количестве 1,05-1,1 от теоретически необходимого, т.е. весь воздух, который требуется для полного сгорания газа, используется в виде первичного воздуха.

В беспламенных инжекционных горелках, в отличие от пламенных, газ сгорает тонким слоем на поверхности излучающей насадки (без видимого факела).

Газ, выходя с большой скоростью из сопла, инжектирует через отверстия первичный воздух; образующаяся газовоздушная смесь поступает в камеру через смеситель-инжектор, где она через отверстия керамических плиток сгорает в слое толщиной 1 — 1,5 мм благодаря небольшой скорости выхода газовоздушной смеси (0,1-0,16 м/с). Через 40-50 с после зажигания горелки поверхность плиток нагревается до температуры 850-1100°С.

Рис. 20.3 Газовые беспламенные и инжекционные горелки ИК-излучения: а — принципиальная схема; б — горелка излучении типа «звездочка»; в — горелки фонарного типа: 1 — рефлектор; 2 — керамическая насадка; 3 — камера для сгорания; 4 — корпус горелки; 5 — смеситель-инжектор; 6 — сопло; 7 — регулятор первичного воздуха; 8 — металлическая сетка; г — керамическая плитка для насадки беспламенной горелки; д - блок, состоящий из двух горелок; е — горелка для открытой конфорки плиты; ж — конфорочная горелка для бытовых плит; 1 — насадка; 2 — стабилизатор горения; 3 — смеситель; 4 — регулятор воздуха

В зависимости от конструкции насадки и ее температуры 40-60% теплоты, выделяющейся при сжигании газа, передается излучением при мощности теплового потока (1,4—1,85)10⁵ Вт/м². Основная доля энергии излучения генерируется в спектральном диапазоне 1,0—3,5 мкм.

Излучающие насадки бывают керамические, керамические с металлической сеткой и металлические.

В качестве керамического излучателя применяют перфорированные керамические плитки размером 45x65x12 и 47x69x14 мм. Из таких плиток собирают необходимую по площади излучающую поверхность, склеивая их огнеупорной замазкой. Диаметр сквозных отверстий в плитках 0,8-1,5 мм. Количество отверстий в стандартной плитке в зависимости от диаметра может изменяться от 625 до 1625.

Суммарная площадь всех отверстий составляет 45—48% общей площади плитки.

Беспламенные горелки по сравнению с пламенными обладают следующими преимуществами: большей полнотой сгорания газа, возможностью установки в любом положении в камерах сгорания минимальной высоты.

Недостатком является высокая чувствительность к изменениям параметров горючего газа, поэтому они теряют устойчивость в работе при изменении давления газа перед соплом и их эксплуатационные показатели ухудшаются.