Газовые горелки

ГОРЕЛКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ АГРЕГАТОВ

При переводе на газовое топливо агрегатов, имеющих слоевой способ сжигания твердого топлива, все шире используются гори­зонтальные (подовые) щелевые горелки. По своей конструкции они очень просты. На колосниковой решетке выкладывается из огне­упорного кирпича щель, в которой устанавливается труба диамет­ром 17г—21 /2". Труба заваривается с торца и на ней сверлятся два ряда отверстий диаметром 2—4 мм с углом между рядами от 90 до 180°. Отверстия располагаются обычно в шахматном порядке с шагом между ними от 5 до 10 диаметров.

Воздух, необходимый для горения, подается под колосниковую решетку либо принудительно — от вентилятора, либо естественно — за счет разрежения в топке.

Укргипроинжпроектом (быв. Укргипрогорпромгазом) разрабо­тана конструкция подовой горелки низкого давления для уста­новки в секционных котлах, сушилах и других тепловых агрегатах, работающих с разрежением в топке, для которых резервным топ­ливом служит уголь.

Горелка (рис. 29) состоит из газового коллектора с двумя ря­дами отверстий, расположенных в шахматном порядке, щели из огнеупорного кирпича, опор, перфорированного листа для равно­мерного подвода воздуха.

Для нормальной работы горелки минимальное разрежение в топке на высоте 1 м над горелкой должно составлять 1,5—

2,0 мм вод. ст. При меньших значениях разрежения наблюдается неполное сжигание газа из-за недостатка воздуха. Коэффициент избытка воздуха в топке а= 1,25—1,35. Скорость воздуха в щели не должна превышать 2—2,5 м/сек. Минимальное давление газа перед горелкой 20, номинальное— 130 мм вод. ст. Разработаны ти­поразмеры этой горелки с расходом газа от 5 до 75 м3/ч. В табл. 18 приведены основные характеристики этих горелок.

Таблица 18

Подовые горелки низкого давления конструкции Укргипроинжпроекта (рис. 29)

Для установки в топках секционных котлов и других агрегатов может применяться подовая одноколлекторная многощелевая го релка, разработанная Ленгипроинжпроектом. Она рассчитана на сжигание природного газа низкого давления. Воздух, необходимый для горения, поступает в горелку за счет разрежения в топке. Для нормальной работы горелки за котлом должно обеспечиваться раз­режение не ниже 5 мм вод. ст.

Газовый коллектор горелки выполнен из трубы диаметром ^8 мм с двумя рядами отверстий, расположенными под углом 90° относительно друг друга. Футеровка щели выполнена таким обра­зом, что сверху она перекрыта тремя рядами кирпича, образую­щими четыре щели для выхода газовоздушной смеси. В результате факел разбит на четыре отдельных факела, чем достигается сокра­щение его длины [26].

В результате испытания многощелевой горелки (табл. 19) выяв­лено, что теплотехнические показатели работы котла улучшаются

По сравнению с работой однощелевой горелки: на 3—5% повы­шается к. п. д. котла за счет снижения температуры уходящих га­зов и уменьшается оптимальный коэффициент избытка воздуха.

Разработаны шесть типоразмеров горелки на номинальное дав­ление газа 100 мм вод. ст. Минимальное давление газа 15 мм вод. ст. В табл. 20 приведены основные характеристики этих горелок.

Укргипроинжпроект разработал конструкцию инжекционной го­релки (рис. 30) с индивидуальными керамическими смесителями и общим туннелем, которая названа «форкамерной». Горелка уста*

Навливается на поду топки агрегата. Конструкции горелок низкого и среднего давления одинаковы. Горелка состоит из металлической трубы с одним рядом газовыпускных отверстий (диаметр 3,0-

6,0 мм, шаг 140 мм), кирпичной огнеупорной кладки (моноблок), образующей ряд каналов-смесителей, и форкамеры (туннеля) и огнеупорного кирпича. Моноблок выполнен из стандартного кир пича, высота и длина каналов-смесителей равны соответственно 250 и 75 мм, а ширина определяется расчетом.

Моноблок выкладывается на металлической раме, к которой крепится труба горелки, имеющая специальные направляющие штыри. Воздух для горения поступает за счет инжектирующей спо собности струй газа. В каналах-смесителях происходят смешение газа с воздухом, подогрев газовоздушной смеси и зажигание н 1 выходе из канала. Из каналов смесь поступает в общий огнеупор ный туннель-форкамеру, где и происходит в основном сгорание газа.

Тепловое напряжение топочного объема может доходить на газе низкого давления до 300 и на газе среднего давления — до 400 тыс. ккал/(м3 ч). Номинальное давление газа принимается 130 для низкого и 3000 мм вод. ст. для среднего давления.

Испытания форкамерных горелок низкого и среднего давления на секционных отопительных котлах (МГ-2, НР-18, «Энергия», «Универсал»), вертикально-цилиндрических (ВГД, ММЗ, ТМЗ) и котлах типа ДКВР показали, что при таком методе переоборудо вания котлов на газ могут быть достигнуты высокие теплотехниче ские показатели.

Зажигание форкамерной горелки производится инжекционным запальником. Факел подносится к первому смесителю горелю, а в остальных смесителях газ воспламеняется от соседних струй Так как вся горелка размещена внутри агрегата, шум при работе форкамерных горелок меньше, чем при работе инжекционных, и не превышает 70 дб.

При разрежении в топке на высоте 1 м над горелкой не менее 0,5 мм вод. ст. она может работать без химического недожога при коэффициенте избытка воздуха аг= 1,10-ь 1,15. Длина факела го релки примерно 1,5—1,7 м. В табл. 21 приведены характеристики форкамерной горелки низкого давления.

Горелка среднего давления отличается только тем, что состой из одного коллектора с отверстиями для выхода газа. Ее основные характеристики приведены также в табл. 21. При разрежении в топке на высоте 1 м над горелкой не менее 1,5 мм вод. ст. она работает без химического недожога при коэффициенте избытка воздуха ссг=1,05-г-1,1.

Для установки в топках котлов и сушил предназначены подовые однотрубные и двухтрубные горелки низкого и среднего давления с принудительной подачей воздуха конструкции Укргипроинжпро - екта.

Примечания. 1. Давление газа, мм вод. ст., для горелок ГИФ-Н номи­нальное— 130, минимальное — 20; для горелок ГИФ-С номинальное — 3000, ми­нимальное— 100. 2. Горелки ГИФ-Н имеют 2 коллектора, ГИФ С — один.

Подовая однотрубная горелка низкого давления состоит из трубы с отверстиями для выхода газа, опор, перфорированного ли­ста для равномерного распределения воздуха и щели из огнеупор­ного кирпича. Горелка полного предварительного смешения газа с воздухом (аг^1,0) конструктивно не отличается от ранее упомя­нутой подовой горелки (см. рис. 29), только воздух в нее подается не за счет разрежения в топке, а от вентилятора. Номинальное Давление газа 130, воздуха — 25 мм вод. ст. Горелка работает без потерь тепла от химической неполноты сгорания при коэффициенте избытка воздуха в топке а = 1,15 -4- 1,25. Минимальное давление газа 10 мм вод. ст., диапазон устойчивой работы горелки 1 :3,5.

Аналогичную конструкцию имеет и горелка среднего давления. Номинальное давление газа 3000, воздуха — 25 мм вод. ст. При ко­эффициенте избытка воздуха а= 1,15-ь 1,25 обеспечивается полное

А. с. Иссерлин

Сжигание газа в топке. Минимальное давление газа 100 мм вод. ст., диапазон устойчивой работы 1 : 5,5.

Основные технические характеристики описанных выше горелок приведены в табл. 22

Таблица 22

Двухтрубная подовая горелка низкого давления (рис. 31) со - стоит из двух труб с отверстиями для выхода газа, расположен­ными под углом 45°, опорной рамы с перфорированным листом для равномерного распределения воздуха и щели из огнеупорного кир пича. Горелка обеспечивает хорошее смешение газа с воздухом. Номинальное давление газа 130, воздуха — 50 мм вод. ст. Мини мальное давление газа 20 мм вод. ст. Коэффициент избытка воз­духа в топке а=1,15. Характеристики горелки помещены в табл. 23.

Двухтрубная подовая горелка среднего давления с принудитель­ной подачей воздуха не отличается конструктивно от горелки низкого давления. Номинальное давление газа 3000, воздуха — 50 мм вод. ст. Минимальное давление газа 100 мм вод. ст. В табл. 22 приведены технические характеристики этой горелки.

■

Инжекционные горелки, работающие на газе среднего давле­ния, как правило, являются горелками полного предварительного смешения. Большим преимуществом этих горелок является воз­можность работы без принудительной подачи воздуха. Отпадает необходимость в установке вентилятора и экономится электроэнер­гия. Горелки могут работать с малыми коэффициентами избытка воздуха (аг= 1,05-н 1,10) в результате хорошего предварительного перемешивания газа с воздухом.

Однако односопловые инжекционные горелки имеют и ряд не­достатков: у горелок производительностью выше 60 м3/ч чрезвы-

Чайно большие размеры (длина около 1,5 м) и масса. Их работа сопровождается сильным шумом, утомляющим обслуживающий персонал. Горелки производительностью от 60 м3/ч и выше имеют малый предел регулирования по производительности.

Таким образом, этот тип горелок имеет наряду с неоспоримыми достоинствами и недостатки, поэтому их следует применять исходя из конкретных условий работы установок.

Рядом проектных институтов созданы инжекционные односоп ловые горелки различной производительности и модификаций. По своей конструкции все они однотипны и отличаются только разме рами и стабилизирующими устройствами.

Инжекционные ' горелки среднего давления изготовляются по нормалям Стальпроекта, ЛО Теплопроекта, Леп- гипроинжпроекта, Мосгазпроекта и др.

Стальпроектом разработаны три типа инжекционных горелок:

1) горелки типа В (рис. 32), пред­назначенные для газа с повышенной теплотой сгорания (природный, коксо­вый, смешанный) при работе на хо­лодном воздухе:

2) горелки типа Н (рис. 33, а), пред­назначенные для газов с низкой теп­лотой сгорания (доменный и смешан­ный коксодоменный <2н=900-^2000 ккал/м3) при работе на холод­ном воздухе. Предусмотрена также возможность сжигания газов с теплотой сгорания до 1400 ккал/м3, подогретых до 300° С;

3) горелки типа П (рис. 33,6), предназначенные для работы на подогретом воздухе и на подогретом или холодном газах с низкой теплотой сгорания (<2„=900-ь2000 ккал/м3).

Горелки типов В и Н имеют двадцать типоразмеров с диамет­ром выходного насадка с1„ от 15 до 235 мм. Горелки обоих типов с йи до 75 мм выполняются с не охлаждаемыми водой насадками. Горелки с более 75 мм выполняются с охлаждаемыми водой на­садками. Это расширяет их диапазон регулирования, так как уменьшается вероятность проскока пламени в смесительную часть Горелки типа П имеют одиннадцать типоразмеров с йн от 65 до 270 мм. Все они выполняются с охлаждаемыми водой насадками.

Типоразмеры горелок выбраны с таким расчетом, чтобы две соседние горелки при одинаковых условиях отличались по произ­водительности на 25%. Горелки оканчиваются туннелем (рис. 34)- выполненным из огнеупорного материала. Диаметр туннеля при­нят 2,5с? н, а его длина — 6,5с? н (где с1и— диаметр выходного на­садка горелки). Для горелок больших номеров допускается уста­новка туннелей укороченной длины, равной £т= (3-М)е?„.

Основные характеристики этих горелок приведены в табл. 24, 25 и 26, размеры туннелей — в табл. 27.

Горелки типа В рассчитаны на сжигание газа с давлением от 1000 до 14 000 мм вод. ст., типа Н — от 300 до 3000 мм вод. ст., а типа П — от 200 до 1800 мм вод. ст.

Стальпроектом разработаны также горелки для природного газа с одним инжекционным смесителем на несколько горелок (от двух до двенадцати). Имеется семь типоразмеров смесителей.

Серия горелок Теплопроекта (рис. 35) состоит из девяти типо­размеров, причем каждый из них выполнен в двух вариантах: пря­мой и угловой. Последние три типоразмера имеют насадки с водя­ным охлаждением. Горелки могут устойчиво работать в диапазоне давлений от 1000 до 10000 мм вод. ст. Технические характеристики н основные размеры этих горелок даны в табл. 28.

Горелки работают с коэффициентом избытка воздуха аг=1,05. Диапазон устойчивой работы примерно 1:3. Горелки рекомен­дуется устанавливать в печах с колебанием давления в топке в пределах от —2 до +2 мм вод. ст.

Горелочные камни, из которых составляется туннель, постав­ляются вместе с горелками. Эти камни делаются из высокоглино­земистого шамота с содержанием глинозема не менее 50%. Для высокотемпературных печей устанавливают туннели сокращенной длины (£т=3,75с/). В низкотемпературных печах, когда требуется завершить сжигание газа в туннеле, он выполняется нормальной длины (Ьт=6с1). В случае отсутствия горелочных камней туннель можно изготовить по шаблону (рис. 36) из огнеупорной массы сле­дующего состава, %: порошок хромистого железняка — 45, поро­шок обоженного магнезита — 45, огнеупорная глина— 10. Размеры шаблонов приведены в табл. 29.

Горелки конструкции Ленгипроинжпроекта в литом исполнении (рис. 37) изготовляются также двух типов: прямые (тип I) и с по­воротом на 90° (тип II). Эти го­релки запроектированы для дав­ления газа до 9000 мм вод. ст. Ха­рактеристики и основные разме­ры горелок приведены в табл.30. Все десять номеров горелок вы­полнены с неохлаждаемыми на­садками, что значительно упро­щает их конструкцию, однако для

Рис. 36. Шаблон для набивки туннеля. / — шаблон; 2 — набивка; 3 — кладка; 4

Насадок горелки.

Больших номеров горелок это, естественно, приводит к уменьше­нию диапазона устойчивой работы.

В табл. 31 приведены значения давления газа, при которых наблюдается проскок пламени в смесительную часть горелки, и Даны диапазоны регулирования горелок. Для газа иного состава Диапазон устойчивой работы горелок можно определять расчетным

Путем с помощью формул, полученных автором на базе экспери­ментальных исследований.

При сжигании газа в керамическом туннеле скорость выхода газовоздушной смеси из горелки, при которой наступает отрыв пламени, м/сек,

Где С1=0,575 102 — опытный коэффициент; 5 — нормальная ско­рость распространения пламени, м/сек; £>т=2,5^ — диаметр тун­неля, м; а — коэффициент температуропроводности, м2/ч;

Скорость выхода газовоздушной смеси на горелки, при которой наступает проскок пламени (аг=1,0), м/сек,

Где с2 = 7,75 10 3— опытный коэффициент; й — диаметр насадка горелки.

Испытании горелок в лабораториях и на производстве пока­зали, что при правильно выбранном диаметре сопла во всем диа­пазоне давлений горелки инжектируют более 100% теоретически необходимого количества воздуха, что обеспечивает полное сжига­ние газа. Наблюдается снижение абсолютной величины коэффи­циента избытка воздуха с повышением давления газа от 1000 до 9000 мм вод. ст.

При работе горелок с разрежением в топочной камере (до —3 мм вод. ст.) коэффициент избытка воздуха возрастает, а с про­тиводавлением (до +3 мм вод. ст.) — падает, но не бывает меньше единицы на всех режимах.

Горелки с поворотом на 90° (тип II) инжектируют меньшее ко­личество воздуха: они имеют большее сопротивление по пути газо­воздушной смеси, чем прямая горелка. Поэтому горелки с поворо­том имеют меньший коэффициент избытка воздуха—в среднем на 5%. Для создания условий, обеспечивающих одинаковый избыток воздуха в горелках прямых и с поворотом на 90°, у последних иногда уменьшают диаметр сопла. В результате увеличивается ин­фекция воздуха за счет увеличения отношения йт/йс, но в то же время снижается, естественно, тепловая нагрузка горелки при не­изменном номинальном давлении газа. Испытания также показали, что открытие воздушно-регулировочной шайбы более чем на 8 обо­ротов не оказывает никакого влияния на избыток воздуха, и он остается практически постоянным.

Нормальная устойчивая работа горелок при коэффициенте из­бытка первичного воздуха аг^1,0 обеспечивается только при на­личии стабилизаторов фронта горения (керамические туннели, за­жигательные пояса, горки и т. п.).

Специальные опыты были проведены в камере печи на двух тИПоразмерах инжекционных горелок. Измерялись температуры и

Определялись концентрации продуктов сгорания по оси факела. Ко эффициент избытка воздуха в опытах поддерживался равным 1,15, а скорость выхода газовоздушной смеси из насадка горелки 25 м/сек. На рис. 38 представлены результаты этих испытаний. Из графика видно, что максимальная температура на оси факела до

Стигнута на расстоянии ^ =6,0. На этом же расстоянии, если су­дить о выгорании в факеле по концентрации С02, в продуктах сго­рания содержится около 90% С02 от теоретически возможного (при данном избытке воздуха максимальное содержание С02 в продуктах сгорания составляет 11,0%). Полное завершение про­распределению концентраций продуктов сгорания на его осн. По­этому все анализы делались (на хроматографе типа ГСТЛ) только по оси факела. Опыты проводились при различных избыт­ках воздуха и номинальных тепловых нагрузках инжекционных горелок с кольцевыми стабилизаторами № 3 и 8. По результатам исследований была построена кривая (рис. 39). По оси абсцисс графика откладывался коэффициент избытка воздуха, а по оси ординат — относительное расстояние от устья насадка до точки, где заканчивается процесс горения. Об окончании процесса судили по достижению максимального содержания С02 в факеле и отсут­ствию химической неполноты сгорания.

Цесса горения, т. е. достижение максимального содержания СОг в продуктах сгорания, происходит на расстоянии 1]й=8-5-10. На­пример, для горелки № 8М-1 (й=93,0 мм) горение в факеле закан­чивается при аг=1,15 уже па расстоянии /=0,093x8 = 0,75 м от на­садка горелки.

На рис. 7 показана инжекционная горелка среднего давления со стабилизатором в виде зажигательного кольца конструкции Лен - гипроинжпроекта. Горелки этого типа имеют те же характери­стики, что и обычные инжекционные горелки, рассмотренные выше. Кольцо стабилизатора, надевающегося на насадок горелки, выпол­няется из жаропрочного чугуна. Иногда компонуют несколько го­релок одинаковой производительности. Так, например, для уста­новки в жаровой трубе котла применяют блок из восьми горелок № 2М-1 с кольцевыми стабилизаторами, расположенными по окружности.

Для выявления характера протекания процесса горения в фа* келе инжекционных горелок с кольцевыми стабилизаторами сни­мались поля газового состава. Известно, что о завершенности процесса горения в факеле прямоточных горелок можно судить по

Следует отметить, что при малых коэффициентах избытка воз­духа аг=1,05 процесс горения затягивается и заканчивается пол­ностью только на расстоянии 10 диаметров насадка от устья го­релки. Увеличение избытка воздуха до аг=1,2 значительно сокра­щает длину факела, в этом случае горение заканчивается уже на расстоянии 6,5 диаметров от устья горелки. Поэтому выбор коэф­фициента избытка воздуха на выходе из горелки должен произво­диться исходя из конструктивных особенностей установок, исполь­зующих газовое топливо. Так, для агрегатов, длина топочной ка­меры которых более 15 диаметров выходного насадка горелки' при применении соответствующих номеров горелок и их фронто­вой компоновке рекомендуется принимать избыток воздуха на выходе из горелки аг= 1,05-5-1,1. Для установок, имеющих малую Длину топочной камеры по направлению развития факела, реко­мендуется принимать коэффициент избытка воздуха на выходе из горелки аг=1,2.

Для сжигания природного газа в топках котлов и низкотемпе­ратурных печах служат горелки среднего давления с пластинча-

^ А. с. Иссерлин

Тыми стабилизаторами типа ИГК (см. рис. 8) конструкции Мос - газпроекта. Горелки работают в диапазоне давлений газа 300 6000 мм вод. ст. У горелок этого типа отпадает необходимость в туннеле. При нормальной работе горелок стабилизатор охлаж­дается проходящей газовоздушной смесью, благодаря чему срок службы его достаточно велик. При выключении горелки нельзя закрывать воздушно-регулировочную шайбу во избежание перс грева стабилизатора. Эксплуатация горелок показала, что они спокойно зажигаются с полностью открытыми устройствами для подвода воздуха. К положительным качествам этих горелок сле­дует отнести то, что сразу же после включения они могут рабо­тать с полной нагрузкой, так как не нужно прогревать туннель.

Модернизированные инжекционные горелки ИГК-М (рис. 40), помимо сокращения габаритов и массы при той же производи­тельности, отличаются простотой изготовления. Снижение уровня шума при расходах газа свше 50 м3/ч достигается путем исполь­зования многосопловых аппаратов. Характеристики горелок ИГК приведены в табл. 32. Модернизированные горелки выпускаются московским заводом Строймеханизация.

При правильном выборе основных конструктивных размеров инжекционные горелки среднего давления работают без потерь тепла от химической неполноты сгорания в широком диапазоне изменений тепловых нагрузок. Необходимо только определить отношение площади входного сечения смесителя (горла) к пло­щади газового сопла, обеспечивающего поступление необходи­мого для полного сгорания количества воздуха.

Для расчета ннжекционной способности горелки применяют уравнение

Где А — объемный коэффициент инжекции, м3/м3; е? г — диаметр входного сечения смесителя, м; — диаметр сопла, м; рв — плот­ность воздуха, кг/м3; рг—плотность инжектирующего газа, кг/м3-

Однако это уравнение, как показали исследования, проведен­ные с участием автора, справедливо только при давлении инжек­тирующего газа рг=5000 мм вод. ст. и отсутствии разрежения в топке (5Т = 0 мм вод. ст.). Для режимов, отличных от указанных, необходимо вводить поправки к коэффициенту избытка воздуха, приведенные в табл. 33.

Таблица 33

Для удобства построена номограмма (рис. 41), позволяющая наряду с поправками производить инженерный расчет инжекци - онной способности односопловых горелок. Так, если известны

Конструктивные размеры горелки, характеристики газа и условия работы горелки, то. пользуясь номограммой и табл. 32, можно проверить, будет ли горелка инжектировать достаточное количе­ство воздуха для полного сгорания газа.

Пример. В горелке конструкции Теплопроекта ГИП-8 сжигается природ­ный газ, плотность которого Р'Г=0,755 кг/м3, Ко=9,5 м3/м3. Плотность воздуха рв = 1,29 кг/м3. Диаметр горла горелки (1Т = 132 мм, диаметр сопла йс=9,5 мм. Необходимо проверить, с каким коэффициентом избытка воздуха будет работать

Горелка в диапазоне давлений газа от 2000 до 7000 мм вод. ст. и разрежении

(противодавлении) в топке ±2,0 мм вод ст.

Й г 132 рв 1,29

Определим соотношения =13,9 и — = 0775 =1.71 и по номо­

Грамме (рис. 41) найдем величину Л = 10 м3/м3. Значит, при давлении газа 5000 мм вод. ст. и нулевом разрежении в топке горелка будет работать с коэф-

П А 10

Фициентом избытка воздуха “дооо = у = 9 5 = 1,05. По табл. 33 определяем,

Что поправка на давление 2000 мм вод. ст. составляет 0,06 (интерполяция), а на разрежение — 2,0 мм вод. ст. также 0,06. Соответственно для 7000 мм вод. ст. И разрежения — 2,0 мм вод. ст. эти поправки составят — 0,04 и 0,01. Тогда

Тодо =1,05—0,04+ 0,01 = 1,02. Таким образом, во всем диапазоне работы горелки коэффициент избытка воздуха больше единицы Рассмотрим, как будет работать горелка в этом же диапазоне давлений газа и противодавлении в топке +2,0 мм вод. ст. Аналогично предыдущему а= 1,05+0,06—0,06= 1,05; а = 1,05—0,04—0,01 = 1,0.

Для уменьшения длины выступающих частей горелок были созданы многосопловые инжекционные горелки, в которых газ смешивается с воздухом на более коротком пути. Особенно рас­пространены горелки конструкции тепловой лаборатории Москов­ского автозавода им. Лихачева. Первоначально были разработаны две горелки типа ТЛ-100 и ТЛ-125 с индивидуальными смесите­лями и общим охлаждаемым насадком. Насадок охлаждается га­зом, поступающим затем на горение. Газ подается в смеситель через семь сопел, благодаря чему размер горелки уменьшается вдвое по сравнению с односопловыми инжекционными горелками. Горелки устойчиво работают с укороченными огнеупорными тун­нелями. Характеристики этих горелок приведены в табл. 34. Ком­пактность и хорошие эксплуатационные показатели этих горелок обусловили их применение на печах и сушилах.

Вместе с тем в процессе их эксплуатации выявлены и некото­рые недостатки: большое гидравлическое сопротивление по тракту

Таблица 34

Многосопловые инжекционные горелки типа ТЛ (рис. 42)

= 1,05+ 0,06 +0,06= 1,17; а

Инжектируемого воздуха, перегрев насадка при временном отклю­чении газа, недостаточная стойкость футеровки туннеля при уста­новке в высокотемпературных печах.

Новая конструкция многосопловой инжекционной горелки (рис. 42) предусматривает облегченный доступ инжектируемого воздуха и стабилизацию факела специальным конусом, в резуль­тате чего отпадает необходимость в керамическом туннеле. Наса­док горелки и закрытый центральный конус стабилизатора охлаж даются водой. Торец центрального конуса изолирован. Конус ста билизатора размещен так, что его ось совпадает с осью насадка, а основание находится в одной плоскости с выходным сечением

Насадка. Испытания горелок показали, что стабилизатор новой конструкции работает надежно. Диапазон устойчивой работы горе­лок увеличился за счет снижения значения критической скорости истечения газовоздушной смеси, при которой наступает проскок пламени. Отрыва пламени не наблюдалось при абсолютном дав­лении газа до 1,5 ат.

При отсутствии противодавления в печи коэффициент избытка воздуха аг = 1,05-ь 1,08. Потери тепла с водой, охлаждающей наса­док, достигающие 2,5—3,0%, могут быть снижены путем изоляции торцевых поверхностей насадка.

В отраслевой лаборатории газовой теплотехники Куйбышев­ского политехнического института под руководством В. П. Ми­хеева разработаны плоские многосопловые инжекционные горелки двух серий. Первая серия горелок, выполненная без охлаждения головки, состоит из четырех типоразмеров с тепловой нагрузкой от 0,425 до 1,25 млн. ккал/ч. Расчетное давление газа 4000 мм вод. ст. Вторая серия плоских горелок состоит из трех типоразмеров с теп­ловой нагрузкой от 2,55 до 8,5 млн. ккал/ч при номинальном дав­лении 6500 мм вод. ст. Горелки этой серии изготовляются либо

С чугунным литым, либо со сварным корпусом и литой водоохлаж­даемой головкой.

Горелки рассчитаны на сжигание природного газа, однако при изменении диаметров газовых сопел и расчетного давления газа они могут быть использованы для сжигания попутных нефтяных газов с сохранением расчетной тепловой нагрузки. По сравнению с односопловыми горелками одинаковой теплопроизводительности плоские многосопловые горелки в 2 раза короче и в 3 раза легче. Основные характеристики горелок приведены в табл. 35.

Таблица 35

Горелка (рис. 43) имеет литой водоохлаждаемый насадок и сварной корпус. Подача воздуха регулируется специальным шибе­ром, расход газа — посредством запорных устройств перед горел­кой. Две горелки такой конструкции (тепловая нагрузка

3,55 млн. ккал/ч) прошли промышленное испытание на котле ДКВР-10-13. Горелки были установлены на фронте котла в гори­зонтальном положении. Туннели горелок были выложены из ша­мотного кирпича класса Б.

Испытания показали устойчивую работу горелок без проскока и отрыва пламени при изменении давления газа от 500 до 8000 мм вод. ст., что соответствует диапазону устойчивой работы 1 : 4. При сжигании газа в плоских многосопловых горелках химический не - Дожог отсутствовал при коэффициенте избытка воздуха а = 1,05 и

0(0

Разрежении в топке 0,5 мм вод. ст. Продукты сгорания в топке имели следующий состав, %: СОг—11,0; Ог -1,2; СО —0,0; Н2 — 0,0; СН4 —0,0.

Плоские многосопловые инжекционные горелки создают меньше шума при работе. Даже на расстоянии 0,5 м от горелки при номинальной ее тепловой нагрузке и полностью открытом шибере для воздуха уровень звукового давления не превышает величины, допускаемой санитарной инспекцией.

Оригинальная конструкция инжекционных горелок с перифе­рийной подачей газа (ГИЛ) разработана в ЛНИИ АКХ по автор­скому предложению Ю. И. Лобынцева.

При конструировании горелок впервые осуществлены следую­щие принципы: 1) периферийная подача активных струй газа под малым углом от стенки при осевом входе пассивного воздушного потока; 2) гидродинамически гладкие смесители малого диаметра круглого сечения, органически объединенные в одну горелку сото­вого типа; 3) компоновка горелки в кладке агрегата с заглубле­нием в нишу, что обеспечивает почти бесшумную работу. Горелки в сварном исполнении ГИЛ-1 разработаны в двух вариантах: ще­левые и сотовые, а горелки из литых и штампованных деталей ГИЛ-2 — сотовые.

Горелки ГИЛ-1 щелевого типа нашли применение на установ­ках небольшой мощности с расходами газа до 100 м3/ч. Горелка (рис. 44) имеет щелевой цилиндрический смеситель, в передней части которого по периферии расположены в шахматном порядке газовые сопла. Подача газа на малом расстоянии от стенки и под малым углом от нее позволяет улучшить гидравлические характе­ристики горелки, повысить ее инжекционную способность и умень­шить чувствительность к колебаниям давления в топке.

Горелка выполнена сварной из листовой стали толщиной 3 и 5 мм, имеет 24 сопла с отверстиями для выхода газа 1,5 мм. Теп­ловая нагрузка горелки 550 000 ккал/ч при абсолютном давлении 0,9 ат. Диапазон устойчивой работы горелки большой (1:6). Про­скок пламени в смесительную часть легко устраняется путем по­вышения давления газа, и нет необходимости выключать горелку и вновь разжигать ее. Размеры горелки и масса выгодно отличают ее от односопловых инжекционных горелок (меньше примерно в 4 раза). Горелки щелевого типа хорошо зарекомендовали себя при работе на печах и горнах.

Горелка ГИЛ 1 сотового типа в сварном исполнении отли­чается от щелевой только формой сечения смесителя. Горелка со­стоит из одинаковых смесителей малого диаметра, расположенных на расстояниях, обеспечивающих надежное зажигание друг от Друга. Горелки различной производительности и назначения отли­чаются только количеством и расположением элементов. Произ водительность одного элемента составляет около 7,5 м3/ч. Наличие нескольких газовых сопел в каждом смесителе обеспечивает хоро­шее смешение газа с воздухом, позволяя работать без потери

Тепла от химической неполноты сгорания при минимальных из - бытках воздуха аг= 1,02-М,03. Небольшая длина смесителей поз­воляет удобно компоновать горелки в кладке агрегата с заглубле­нием в нишу, что в сочетании с периферийной подачей газа обес­печивает бесшумную работу горелки даже при значительных ее форсировках. Стабилизаторы горения также не выступают в то­почное пространство.

Особенно удобно сотовые горелки компонуются на боковых стенках котлов типа ДКВ. Смесители легко размещаются между экранными трубками и их не надо вырезать, как это делают при применении вертикально-щелевых горелок. Вся горелка разме­щается в кладке толщиной в два кирпича. Эксплуатация в тече­ние ряда лет горелок сварной конструкции ГИЛ-1 показала, что они имеют хорошие теплотехнические данные.

Для упрощения технологических операций при изготовлении горелок сотового типа и для возможности организации централи­зованного производства были разработаны горелки из литых и штампованных деталей — ГИЛ-2. Предложено три типоразмера смесителей горелок ГИЛ-2. Каждый из них имеет пять газовых сопел, которые впрессовываются под углом 15° к оси смесителя. Диаметры газовых сопел для смесителя I типа—1,15, II типа —

1,55 и III типа — 1,95 мм. Соответственно производительность од­ного элемента горелки при давлении газа 5000 мм вод. ст. — 5,5, 10 и 16 м3/ч. Исходя из этого можно рассчитать производитель­ность блоков горелок. Они так же, как и ГИЛ-1, состоят из оди­наковых элементов, расположенных в шахматном порядке. В них можно использовать электрозапальное устройство и устройство контроля горения, что позволяет применять их в автоматизиро­ванных установках.

В ГипроНИИГазе разработаны оригинальные турбореактивные горелки (ГГТР), предназначенные для топок котлов малой перед­ней мощности и среднетемпературных печей. Энергия давления газа в них используется для подачи воздуха. Горелки работают на газе среднего давления в диапазоне от 0,05 до 0,9 кгс/см2. На рис. 45 дан общий вид турбореактивной газовой горелки произво­дительностью 1000 м3/ч. Основными элементами являются цилин­дрический корпус, по оси которого размещен подшипниковый узел с полым валом, газовая турбинка, осевой вентилятор, направляю­щий аппарат и головка.

Г аз подводится по каналу в полом валу к турбине. Под дей­ствием реактивной силы газа, истекающего из сопел в лопатках турбинки, приводятся во вращение турбинка, вал и вентилятор. При вращении вентилятора воздух засасывается через регистр из Атмосферы и через направляющий аппарат подается к устью го - Релки, где перемешивается с газом. Направляющий аппарат, со­стоящий из направляющих лопаток и поводкового кольца, служит Для регулирования угла раскрытия, длины и других характеристик Факела. Регистр предназначен для регулирования количества воз­духа, поступающего в горелку. Он состоит из двух колец, одно из которых имеет окна. Наружное поворотное кольцо, поворачиваю­щееся с помощью фиксирующей ручки, служит для их перекрытия.

С увеличением давления и расхода газа увеличивается ско­рость его истечения, а следовательно, возрастает число оборотов вентилятора и соответственно увеличивается подача воздуха на горелку. Обратная картина наблюдается при снижении расхода газа, т. е. при уменьшении давления. Таким образом, в горелке

Автоматически поддерживается заданное соотношение газа и воз - духа во всем рабочем диапазоне, что весьма существенно.

В горелке достигается хорошее перемешивание газа с возду­хом в результате вращения газовых сопел в потоке воздуха. Ин­тенсивно закрученный факел стабилизирует фронт горения, по­этому горелка работает устойчиво без специальных стабилизи­рующих устройств. Полное сжигание газа достигается при коэф­фициентах избытка воздуха, близких к минимальным (а=1,03-^ 1,07). Горелки имеют небольшие габариты и поэтому удобны при их компоновке на агрегатах. В табл. 36 приведены типоразмеры и технические характеристики.

Мосгазпроектом разработаны и внедрены горелки типа ГС низ­кого давления с принудительной подачей воздуха, предназначен-

Ные для установки в агрегатах, имеющих топочные камеры не­больших объемов (рис. 46). Горелки рассчитаны для сжигания газов с теплотой сгорания от 3400 до 8500 ккал/м3. Они работают без потерь тепла от химического недожога при избытке воздуха аг= 1,05-=-1,1. Номинальное давление газа и воздуха 130 мм вод. ст.

Для лучшего смешения газ подается в виде мелких струй в за­крученный поток воздуха. Вращательное движение воздуха соз­дается за счет прохождения его через лопатки, расположенные на газовом сопле. В нем имеется 8 отверстий для выхода газа, рас­положенных под углом 30° к оси горелки. Горелка заканчивается керамическим туннелем, в котором размещено запальное отвер­стие для поджигания газа.

В табл. 37 приведены технические характеристики. Горелки легко регулируются, работают надежно и устойчиво, с небольшим

Рнс. 47. Горелка с принудительной подачей воздуха Мосгазпроекта.

I — наконечник с отверстиями для выхода газа; 2 — штуцер для измерения давления воздуха; 3 — фланец для присоедине­ния газопровода; 4 — труба для установки мазутной форсунки; 5 — штуцер для измерения давления газа; б — патрубок для присоединения воздуховода; 7 — газовая трубка; 8 — огнеупорная футеровка; 9 — завнхритель воздуха.

Шумом. Их недостаток — необходимость подачи воздуха довольно высокого давления.

На рис. 47 показана горелка конструкции Мосгазпроекта, по лучившая широкое распространение. Газ подводится по патрубку в камеру, откуда движется по трубкам, закрепленным в трубной доске. На концы трубок навинчиваются наконечники, имеющие отверстия для выхода газа. Количество трубок, диаметр отверстий для выхода газа и их число зависят от типоразмера горелки. Воз­дух нагнетается вентилятором в корпус горелки и затем распре деляется к каждому наконечнику. Лопатки, укрепленные на нако­нечнике, закручивают воздушный поток.

В центре горелки расположена труба, которая при работе на газе используется для зажигания и наблюдения за горением. В случае отсутствия газа труба служит для установки мазутной форсунки с паровым распылом типа ЭН-497-52.

Заводское изготовление горелок этого типа упрощено, так как в зависимости от производительности используется разное коли чество одинаковых элементов.

Горелка дает факел небольшой длины, так как, во-первых, до­стигается хорошее предварительное смешение газа с воздухом, а во-вторых, факел разбит на ряд мелких факелов. Длина факела горелок при максимальных нагрузках не превышает 1,0—1,5 м.

Горелки (технические данные приведены в табл. 38) допу­скают регулирование в широких пределах, так как работают устойчиво при давлении газа от 5 до 150 мм вод. ст. и разреже-

Нии в топке 1—2 мм вод. ст. Для предохранения стальных дета­лей от излучения топки вся передняя часть горелки футеруется слоем огнеупорной массы следующего состава, об.%: шамотный порошок класса А — 75, глина огнеупорная—10, песок кварце­вый— 5 и раствор — 10. Состав раствора, %: жидкое стекло — 60, 17%-ный раствор каустической соды — 40. Горелки крепятся к агрегатам при помощи фланца, приваренного к корпусу.

Горелки этого типа обладают хорошими теплотехническими по­казателями. Так, испытания, проведенные на котле ДКВР-6,5-13, оборудованном двумя горелками ГА-102, показали, что к. п. д. котла при сжигании природного газа довольно высок и составляет

87—88%. Оптимальный коэффициент избытка воздуха аОпт=1,07. Можно было бы достичь еще лучших результатов, если бы произ­водительность горелок соответствовала производительности котла. Во время испытаний производительность котла изменялась от 40 до 120, а загрузка горелок — от 30 до 90%, т. е. горелки работали не на номинальном режиме, а это, безусловно, снизило их пока­затели.

Новые типоразмеры горелок по сравнению с существующими имеют в 2—2,5 раза меньшую массу и примерно в 1,5 раза мень­ший наружный диаметр при той же производительности (см. табл. 37). Изготовитель — московский завод Строймеханизация.

Горелки низкого давления с принудительной подачей воздуха в сварном исполнении (рис. 48) конструкции Ленгипроинжпроекта предназначены для сжигания природного газа ((2Н=8500 ккал/м3) в топках котлов и сушил. Они имеют шесть номеров: № 1, 2 и 4 Делятся на две группы — а и б, а номера 3, 5и6 — на три группы — а, б и в. Горелки одного номера, но разных групп имеют одина­ковые габаритные размеры и отличаются только размерами газо - выпускных отверстий и соответственно расходом газа.

Горелки рассчитаны для работы на природном газе с давле­нием 130 мм вод. ст., однако устойчиво работают при давлении газа до 180 мм вод. ст. и выше.

Хорошее смешение газа с воздухом в горелках достигается за счет того, что поток газа разбит на 42 струйки, направленные под углом 45° к потоку воздуха. Основные характеристики горелки приведены в табл. 39 и 40. Для устойчивой работы этих горелок при нормальном избытке воздуха аг= 1,05-=-1,1 необходима стаби­лизация фронта горения.

На рис. 49 показано распределение температур в огнеупорной камере при сжигании газа горелками № 2а и 4а с различными коэффициентами избытка воздуха. Максимум температур нахо-

Дится на близком расстоянии от устья горелки, так как в ней осу­ществлено хорошее предварительное смешение газа с воздухом, и зависит, как и следовало ожидать, от избытка воздуха. Наивысшее значение температуры наблюдается при сжигании газа с аг=1,0. С увеличением коэффициента избытка воздуха значение макси­мальной температуры снижается с 1450 до 1280° С, а ее местопо­ложение сдвигается к концу факела (1/й=4,0 для аг=1,0 и 1/(1 = 5,5 Для аг= 1,25).

На рис. 50 приведена конструкция горелки Л О Теплопроекта с принудительной подачей воздуха для установки на промышлен­ных печах и сушилах. Горелка рассчитана для сжигания природ­ного газа и имеет 9 типоразмеров. Давление газа и воздуха 60 мм вод. ст. Диапазон устойчивой работы горелки 1 :4, что тре­бует изменения давления газа от 15 до 240 мм вод. ст. Для каждой 'л°релки предусмотрены наконечники газового сопла двух типов — ^ и Б. Тип А обеспечивает наиболее короткий факел, тип Б — наиболее удлиненный факел.

Это достигается следующим конструктивным приемом. У нако­жника газового сопла типа А делается от четырех до шести от­верстий (в зависимости от тепловой нагрузки горелки) для вы - ^°Да газа, благодаря чему осуществляется хорошее предваритель - °е смешение. У наконечника типа Б делается одно центральное °тВерстие для выхода газа. Предварительное смешение происхо-

Дит в этом случае значительно хуже, что и приводит к удлинению факела.

Основные технические характеристики горелок приведены в табл. 41. Горелки рассчитаны для работы на холодном и горя­чем воздухе. При применении нагретого воздуха расход газа при тех же давлениях снижается в зависимости от температуры воз­духа. Так, при нагреве воздуха до 250° С расход газа снижается до 72% от номинального, а при 500°С — до 60%.

Закручивание потока воздуха по сравнению с прямоточной его подачей имеет ряд особенностей. Закрученная струя воздуха обла­дает меньшей дальнобойностью, а интенсивность смешения газа с воздухом увеличивается. Это приводит к сокращению длины фа­кела, что для топок с небольшими размерами имеет большое зна­чение.

Горелки, в которых газ подается в закрученный поток воздуха, часто называют турбулентными. Турбулентные горелки выпол­няются как чисто газовые, так и комбинированные. Модификации горелок различаются в основном: а) конструкцией газовыпускных устройств; б) скоростью газа на выходе из газовыпускных отвер­стий; в) конструкцией аппарата для закручивания воздушного по­тока; г) формой и размерами амбразуры.

Газовыпускные отверстия обычно располагаются в шахматном порядке в 2 ряда. Диаметр отверстий варьируется в пределах

3, 0—12,0 мм. Угол атаки, т. е. угол встречи между струями газа

И направлением потока воздуха, принимается для отверстий 1-го ряда 80—85°, для отверстий 2-го ряда 50—60°.

Ленгипроинжпроектом разработана турбулентная газомазутная горелка с периферийной подачей газа в закрученный поток воз­духа для установки под паровыми котлами производительностью от 2 до 10 т/ч. Горелка может применяться в других агрегатах со­ответствующей теплопроизв. одительности, когда основным топли­вом является природный газ, а резервным — мазут. ,

Горелка (рис. 51) состоит из улитки, газового коллектора, ма­зутной форсунки, защитного кожуха, который удаляется при ра­боте горелки на газе, языкового шибера. Газ через два ряда газо­выпускных отверстий в кольцевом коллекторе поступает в закру­ченный поток воздуха от периферии к центру. Благодаря хорошему смешению газа с воздухом факел получается коротким.

[1] Верхний предел давления газа принят 9000 мм вод. ст Нижний предел ■ давление, при котором наступает проскок пламени.