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—
Рис. 29. Подовая горелка низкого давления Укргипроинжпроекта. газовый коллектор; 2 — центрующий стакан; 3 — щель; 4 — опоры; 5 — колосниковое полотно (перфорированный лист), |
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)
Тип Горелки |
Номинальная тепловая на — х грузка, ккал/ч |
Расход газа, м3/ч, при Q„= —8500 ккал/м3 |
Диаметр газового коллектора Dу, мм |
Диаметр газовыходных отверстий, мм |
Ширина щели А, мм |
Длина щели L, мм |
Площадь сечения для подвода воздуха, м2 |
Количество газовыходных отверстий |
ПГ-11-5 |
42 500 |
5 |
25 |
1,4 |
90 |
220 |
0,010 |
26 |
ПГ-Н-7 |
59 500 |
7 |
25 |
1,4 |
90 |
300 |
0,014 |
38 |
ПГ-Н-10 |
85000 |
10 |
25 |
1,4 |
90 |
400 |
0,020 |
52 |
ПГ-Н-15 |
127 500 |
15 |
40 |
1,4 |
110 |
580 |
0,030 |
76 |
ПГ-Н-20 |
170 000 |
20 |
40 |
1,4 |
110 |
760 |
0,040 |
100 |
ПГ-Н-35 |
297 500 |
35 |
40 |
1,4 |
110 |
1320 |
0,070 |
174 |
ПГ-Н-50 |
425 000 |
50 |
50 |
1,6 |
120 |
1720 |
0,100 |
170 |
ПГ-Н-75 |
637 500 |
75 |
50 |
1,6 |
120 |
2550 |
0,150 |
254 |
Примечание. Шаг между отверстиями для горелок ПГ-Н-5 — ПГ-Н-35— 15 мм, для горелок ПГ-Н-50 и ПГ-Н-75— 20 мм. |
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
Показатели |
Паропроизводительность котла, % от номинальной |
|||
60 |
80 |
100 |
120 |
|
Расход газа на котел, м3/ч. . …. |
26 |
37 |
45 |
56 |
Давление газа перед горелкой, мм вод. ст. |
27 |
50 |
71 |
110 |
Коэффициент избытка воздуха за котлом. . . |
1,46 |
1,35 |
1,22 |
1,41 |
Температура уходящих газов, °С. . . |
118 |
138 |
174 |
208 |
Потери тепла, %: |
||||
С уходящими газами…………………………… . |
6,3 |
6,2 |
7,5 |
10,3 |
От химической неполноты горения |
0 |
0 |
0,25 |
0 |
В окружающую среду… . . |
11,8 |
8,7 |
7,5 |
5,8 |
К. п. д. котла, % . ………………………………………………….. |
81,9 |
85,1 |
84,75 |
83,9 |
Таблица 19 |
Многощелевая одноколлекторная подовая горелка на котле НРч-25 (результаты испытаний) |
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.
Многощелевая одиоколлекторная подовая горелка |
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.
Номинальная Тепловая Нагрузка, Ккал/ч |
Расход газа, м3/ч, прн QH= =8500 ккал/м3 |
Диаметр Газовыходных Отверстий, Мм |
Шаг между отверстиями, мм |
Количество Газовыходных Отверстий |
264 000 |
31 |
2,0 |
16 |
85 |
374000 |
44 |
2,2 |
19 |
98 |
580000 |
68 |
2,2 |
16 |
166 |
655 000 |
77 |
2,2 |
17 |
186 |
730000 |
86 |
2.2 |
17 |
208 |
810000 |
95 |
2,2 |
18 |
23Q |
Таблица 20 |
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.
Таблица 21 Форкамерная горелка низкого и среднего давления (рис. 30)
|
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.
65 |
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
Подовые однотрубные горелки низкого и среднего давления с принудительной подачей воздуха
|
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.
■
“*1? |
Коллектор с отверстиями для выхода газа; 2 — перфорированный лист; 3 — опорная рама: 4 — щель в кладке из огнеупорного кирпича; 5 — смотровое окио, |
Таблица 23 Подовые двухтрубные горелки низкого и среднего давления с принудительной подачей воздуха (рис. 31)
|
Примечание. Для всех горелок ширина щели 110 мм |
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-
Рис. 32. Инжекционная горелка среднего давления Стальпроекта типа В. а—без охлаждения насадка, б— с водоохлаждаемым насадком. |
Рис. 33. Инжекционная горелка среднего давления Стальпроекта. а — тип Н, б — тип П. |
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.
Рис. 34. Общий вид горелочного туннеля. |
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.
Типо Размер Горелки |
Тепловая нагрузка, тыс. ккал/ч, при /7—5000 мм вод. ст. |
О». Дюймы |
^С, ММ, При |
Размеры, мм |
Мас Са, Кг |
|||||
О СОм О 5! ‘-3 Ои |
О 55« А*. ■ 3 Ои |
О 22 « 13 А* |
“2 СО ОС — Н. ‘-3 Ок |
С1т |
О |
£ |
||||
В15/^с |
10,8 |
6,1 |
Ъ |
1,6 |
1.0 |
12 |
15 |
60 |
220 |
5,1 |
В18/йс |
15,5 |
9,2 |
*/2 |
2,0 |
1,2 |
14 |
18 |
60 |
250 |
5,3 |
В21 ;с/с |
21,1 |
12,5 |
‘/2 |
2,3 |
1.4 |
17 |
21 |
60 |
275 |
5,6 |
В24/^с |
27,6 |
15,7 |
’/2 |
2,6 |
1,6 |
19 |
24 |
80 |
300 |
8,8 |
В28/</с |
37,6 |
21,8 |
‘/2 |
3,0 |
1,8 |
22 |
28 |
80 |
335 |
9,0 |
В32/</с |
48,3 |
27,5 |
*/» |
3,5 |
2,1 |
25 |
32 |
80 |
375 |
9,8 |
В37/</с |
65,6 |
37,6 |
V* |
4,0 |
2,4 |
30 |
37 |
100 |
440 |
14,3 |
В42/сгс |
84,2 |
48,8 |
*/* |
4,5 |
2,7 |
33 |
42 |
100 |
490 |
14,8 |
В48/^с |
111,0 |
63,5 |
1/2 |
5,2 |
3,1 |
38 |
48 |
120 |
545 |
21,0 |
В55/с? с |
151.0 |
85,3 |
3/* |
6,1 |
3,6 |
45 |
56* |
120 |
625 |
26,0 |
В65/с/с |
202,0 |
118,0 |
3/4 |
7,0 |
4,2 |
52 |
65 |
140 |
700 |
33,5 |
В751с! с |
269,0 |
156,0 |
3/4 |
8 1 |
4,8 |
60 |
75 |
140 |
800 |
35,2 |
В86 /с1с |
354,0 |
206,0 |
1 |
9,3 |
5,5 |
69 |
86 |
220 |
960 |
58,7 |
В100/^с |
479,0 |
272,0 |
1 |
10,8 |
6,4 |
80 |
100 |
260 |
1095 |
81,0 |
В116/Йс |
646,0 |
380,0 |
1 »/« |
12,6 |
7,5 |
93 |
116 |
300 |
1240 |
107,0 |
В134 7/с |
863,0 |
490,0 |
1 >/« |
14,5 |
8,6 |
107 |
134 |
350 |
1420 |
151,0 |
В154/<*с |
1135,0 |
645,0 |
1 */з |
16,7 |
9,9 |
123 |
154 |
410 |
1615 |
216,0 |
В178/^с |
1520,0 |
862,0 |
1 ]/2 |
19,3 |
11.4 |
142 |
178 |
470 |
1840 |
240,0 |
В205/^с |
2010,0 |
1140,0 |
2 |
22,2 |
13,2 |
164 |
205 |
490 |
2130 |
342,0 |
В2351ас |
2640,0 |
1510,0 |
2 ‘ |
25,4 |
15,1 |
188 |
235 |
510 |
2400 |
401,0 |
Тепловая нагрузка, тыс. кказ/ч, . При /7=1500 мм вод. ст. | I *с. мм, при |
О 8 г СМ * 13 |
Н15/<2. Н18/аГс Н21/яГс Н24/о? с Н28 Н32/й, Н37/йс Н42/йс Н48/оГс Н56/йс Н65/йс Н75/йс Н86/Ж. Н100/Йс Н116/А. Н134 / с? с Н154/<*с Н178/а! с Н205/4С Н235/йс |
О1 |
Холодный газ (20’ С) ! Подогретый ‘ I газ (300° С) |
Типо Размер Горелки |
*г = 20° С |
^в=300° С |
О Щъ |
О О, тг ‘ |
® а О — Г.. II 5 ж 5 О-з |
?я 2 =Г |
0-1 |
20,6 го,2 40.5 52,7 71,9 93.5 125.5 161.5 211,0 288,0 387.0 516.0 678.0 918.0 1240.0 1650.0 2175.0 2910.0 3850.0 5070.0 |
17,7 25.4 34,6 45,1 61.5 80.0 107,3 138.0 180.0 246.0 331.0 440.0 580.0 784.0 1060,0 1410.0 1860.0 2490.0 3290.0 4340.0 |
14,1 20.6 27,Ь 36.0 49.1 63,8 85,7 110,0 144.0 197.0 264.0 352.0 463.0 626.0 845,0 1127.0 1480.0 1985.0 2630.0 3460.0 |
18,8 27.0 36,8 48.0 65,4 85.0 114.0 147.0 192.0 262.0 352.0 468.0 617.0 834.0 1125.0 1500.0 1980.0 2645.0 3500.0 4600.0 |
8,0 9,8 11.5 13.0 15.0 17.5 20.0 23.0 26.0 30.0 35.0 41.0 47.0 54.0 63.0 | 73.0 I 84.0 | 97.0 ! 111,0 128,0 |
5,5 6.4 7.5 8.5 10,0 11.5 13.5 15.0 17.5 20.0 24.0 27.0 31.0 36.0 42.0 48.0 56.0 64.0 74.0 85.0 |
4,0 4,8 5.5 6.5 7.5 8.5 10,0 11,0 13.0 15.0 17.0 20.0 23.0 27.0 31.0 36.0 41.0 48.0 55.0 64.0 |
/4 1 1 1 «Ч 1 ‘и 7′ 2 О |
9,2 11,0 13.0 14.5 17.0 19.5 22.5 26.0 29.0 34.0 40.0 46.0 52.0 61.0 71.0 82.0 94,0 I 109.0 126.0 I 144.0 |
7,0 8,5 10,0 11.5 13.0 15.0 17.5 20.0 23.0 26.0 31.0 35.0 40.0 47.0 55.0 63.0 73.0 84.0 97.0 |
5.4 5,7 6.5 9,3 10,6 Н,1 14,1 16,9 23.6 27.4 44.6 44.6 81,3 97.5 128,0 190.0 258.0 343.0 479.0 531.0 |
75 75 100 100 125 150 150 200 |
Инжекционные горелки Стальпроекта, тип П (рис. 33, б)
|
18,2 I 26,2 I 35,8 46,6 63.5 82.5 112,0 142,5 186,0 254.0 342.0 455.0 600.0 810,0 1090.0 1460.0 1920.0 , 2570.0 I 3400.0 ! 250 4470.0 1 250 |
|
Таблица 26 |
Размеры, мм |
Мас Са, Кг |
Размеры |
Туннеля, мм |
||||
Диаметр выходного насадка горелки ^/и, мм |
D |
D |
1 |
Оптимальная длина туннеля L |
Минимальная Длина туннеля |
15 |
20 |
45 |
10 |
120 |
Сч |
18 |
25 |
50 |
10 |
130 |
X К |
21 |
30 |
55 |
10 |
140 — |
В* Га |
24 28 32 |
35 40 45 |
60 70 80 |
10 10 10 |
150 170 200 |
Со О И О К Л |
37 |
50 |
90 |
15 |
230 |
03 § |
42 |
55 |
100 |
15 |
260 |
Н С |
48 |
60 |
115 |
15 |
300 |
Си |
56 |
70 |
135 |
15 |
350 |
К Си |
65 |
80 |
155 |
15 |
400 |
|
75 |
95 |
180 |
15 |
450 |
X |
86 |
110 |
210 |
20 |
500 |
|
100 |
130 |
240 |
20 |
600 |
450 500 |
116 |
150 |
260 |
20 |
700 |
|
134 |
175 |
320 |
20 |
800 |
|
154 |
200 |
370 |
25 |
||
178 205 235 |
230 260 300 |
430 500 570 |
25 25 25 |
Применяется практически 500—800 |
|
270 |
340 |
650 |
25 |
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.
Рис. 35. Инжекционная горелка среднего давления Теплопроекта. « — горелки ГИП-1 — ГИП-6, б — горелки ГИП-7 — ГИП-9. |
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.
Тепловая Нагрузка, |
А. Дюймы |
Размеры, мм |
И. |
|||||
Типоразмер Горелки |
Тыс. ккал/ч, при рг= =5000 мм вод. ст. |
£>з |
А |
£ |
СЗ О О СЗ |
|||
ГИП-1 |
I II |
23,7 21,4 |
4-2 |
1,9 1,8 |
27 |
30 |
299 375 |
5.0 8.0 |
ГИП-2 |
I II |
44,6 41,2 |
Зи |
2,6 2,5 |
36 |
40 |
399 490 |
11 17 |
ГИП-3 |
I II |
55.4 51.5 |
Зи |
2,9 2,8 |
41 |
45 |
445 552 |
12 20 |
ГИП-4 |
I II |
95,1 85,3 |
1 |
3,8 3,6 |
53 |
58 |
532 6Г0 |
18 29 |
ГИП-5 |
I II |
158.0 139.0 — |
1’/* |
4,9 4,6 |
68 |
75 |
701 839 |
26 40 |
ГИП-6 |
1 II |
222,0 198 0 |
1‘/-2 |
5,8 5,5 |
80 |
88 |
839 1004 |
51 69 |
ГИП-7 |
I II |
370.0 370.0 |
2 |
7.5 7.5 |
106 |
117 |
1125 1265 |
97 122 |
ГИП-8 |
I II |
595 0 59.5,0 |
2 |
9.5 9.5 |
132 |
144 |
1388 1523 |
154 190 |
ГИП-9 |
I И |
798.0 798.0 |
2 V* |
11,0 11.0 |
156 |
171 |
1593 1783 |
197 241 |
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.
Размеры шаблонов для горелочиых туннелей инспекционных горелок Теплопроекта (рис. 36)
|
Рнс. 37. Ишкекционная горелка среднего давления Ленгипро — инжпроекта в литом исполнении. |
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
Номер и тип горелки |
Тепловая нагруз ка, тыс. ккал/ч, при р — -5000 мм вод. ст. |
Г азопровод, горелки, дюймы |
Размеры, мм |
Масса, Кг |
||||
С1 с |
<1г |
А |
I. |
|||||
1М |
1 II |
34,60 |
‘/’а |
2,3 |
32 |
35 |
383 488 |
5,0 7,6 |
2М |
I II |
55,08 |
*/» |
2,9 |
40 |
44 |
457 577 |
6,7 10,2 |
ЗМ |
I II |
71,31 |
Зи |
3,3 |
45 |
50 |
523 651 |
9,2 14.2 11.3 18,0 |
4М |
I II |
84,91 |
Зи |
3,6 |
51 |
56 |
589 727 |
|
5М |
1 II |
99,62 |
Зи |
3,9 |
55 60 |
626 774 |
14,3 21,8 |
|
6М |
II |
121,10 |
1 |
4,3 |
60 |
66 |
692 857 |
19.1 28.2 |
7М |
I 11 |
170,34 |
1 |
5,1 |
72 |
79 |
808 993 |
23,1 33,8 |
8М |
I 11 |
243,78 |
1’/« |
6,1 |
85 |
93 |
995 1164 |
36,0 52,2 |
9М |
1 II |
294,00 |
1‘/4 |
6,7 |
94 |
104 |
1030 1264 |
43,0 59,8 |
ЮМ |
I II |
349,10 |
1‘/4 |
7,3 |
102 |
112 1125 1359 |
48,3 70,2 |
Таблица 31 |
Минимально допустимое давление газа и диапазон регулирования инжекционных горелок Ленгипроинжпроекта
|
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.
Г ‘со2.% |
Рис. 38. Распределение температур и концентрация СО^ по оси факела при работе инжекционных горелок с а =1,15 и Ш=25 м/сек. / — для горелки № 1-1; 2 — для горелки № 8-1. |
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 /=0,093×8 = 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
Рис. 39. Зависимость длины факела от коэффициента избытка воздуха для инжекционных горелок с кольцевым стабилизатором. |
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-
80 |
81 |
^ 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.
Рис. 40. Горелка с пластинчатым стабилизатором ИГК-М Мосгазпроекта. 1 — стабилизатор; 2 — диффузор; 3 — сопло; 4 — кожух; 5 — газовый коллектор. |
5 |
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-
Инжекционные горелки среднего давления ИГК
|
* Горелки снабжены чстырехсопловыми аппаратами. |
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
Поправка к коэффициенту избытка воздуха на выходе из горелки
|
Примечание. Поправка на разрежение берется со знаком ( + ), а на про — Тііводавление — (—). |
Для удобства построена номограмма (рис. 41), позволяющая наряду с поправками производить инженерный расчет инжекци — онной способности односопловых горелок. Так, если известны
Рис. 41. Номограмма для расчета инжекционной способности односопловых горелок среднего давления при /?г=5000 мм вод. ст. и 5Т =0 мм вод. ст. |
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
Показатели |
Типоразмер горелки |
||||
ТЛ-100 |
ТЛ-125 |
ТЛ-210 |
ТЛ-250 |
ТЛ-350 |
|
Номинальная тепловая нагрузка, тыс. ккал/ч………………………………. |
357 |
552 |
1120 |
1660 |
3000 |
Минимальное давление газа, мм вод. ст……………………………………………. |
1000 |
1500 |
500 |
700 |
800 |
Расход природного газа, м3/ч: при номинальном давлении (6000 мм вод. ст.) |
42 |
65 |
132 |
196 |
350 |
При минимальном давлении |
17 |
32 |
37 |
67 |
140 |
Диаметр, мм: Сопла *…… |
2,5 |
3,1 |
4,7 |
5,6 |
7,5 |
Насадка … |
100 |
125 |
210 |
250 |
350 |
Стабилизирующего конуса. . Длина горелки, мм |
452 |
540 |
Є0 818 |
80 995 |
150 1228 |
Масса, кг…… |
47 |
65 |
79 |
190 |
220 |
Диапазон устойчивой работы |
1 : 2,5 |
1:2,0 |
1: 3,6 |
1:2,9 |
1: 2,7 |
Горелка имеет семь сопел. |
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
Г"! Рис. 42. Многосопловая инжекционная горелка типа TJI со стабилизирующим Конусом. 1 — газовый коллектор; 2 — сопло; 3 — смеситель; 4 — подвод охлаждающей воды; 5 — насадок; 6 — стабилизирующий конус; 7 — отвод охлаждающей Воды. |
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
Плоские инжекционные горелки (рис. 43) Производительность горелки, м3/ч Показатели———————————— , ;——— г
|
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
Тута. |
|
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
Рис. 44. Инжекционная горелка ГИЛ-1 щелевого типа. Сопло; 2 — смеситель; .3 — газовые коллекторы; 4 — кран для регулирования избытка воздуха |
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
Рис. 45. Общий вид турбореактивной газовой горелки ГГТР-С-1000. / — полые лопатки; 2 — головка горелки; 3 — обтекатель; 4 — направляющий аппарат; 5 — поводковое кольцо; 6 — осевой вентилятор; 7 — поворотное кольцо воздушного регистра; 8 — экран. |
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-
Турбореактивные газовые горелки (рис. 45)
|
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.
Двухпроводные горелки Мосгазпроекта типа ГС (рис. 46) |
В табл. 37 приведены технические характеристики. Горелки легко регулируются, работают надежно и устойчиво, с небольшим
Тип |
Тепловая нагрузка, тыс. ккал/ч, при Рг=Рв~ =130 мм вод. ст. |
Расход, м3/ч |
Диаметр газовыпускных отверстий, мм |
Количе Ство Газовы Пускных Отвер Стий |
Длина 1, мм |
Масса, кг |
|
Природного] Газа |
Воздуха (при а=1,1) |
||||||
ГС-2-10 |
50 |
7 |
72 |
3,7 |
8 |
400 |
8,5 |
ГС-2-20 |
119 |
14 |
145 |
3,7 |
16 |
400 |
15,3 |
ГС-3-20 |
119 |
14 |
145 |
4,5 |
8 |
485 |
35,0 |
ГС-40 |
238 |
28 |
290 |
4,5 |
16 |
485 |
75,0 |
Таблица 37 |
Рис. 46. Горелка ГС-3-20 с принудительной подачей воздуха низкого давления. / — сопло; 2 —корпус горелки; 3 — фронтовая плнта; 4 — керамический туннель; 5 — глазок. |
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-
Таблица 38 Характеристика горелок Мосгазпроекта
|
* Номинальное давление газа рг=130 или 3000 мм вод. ст. |
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
Рис. 48. Горелка с принудительной подачей воздуха Ленгипроинжпроекта. |
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 иизкого давления Ленгипроинжпроекга (рис. 48)
|
Примечание. Каждое сопло имеет 6 отверстий. |
Таблица 40 Диапазоны устойчивой работы горелок низкого давления с принудительной подачей воздуха Ленгипроинжпроекта (сопло типа а)
|
* Верхний предел давления газа принят 180 мм вод. ст., нижний — давление, при котором наступает проскок пламени. |
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-
2 4 6 в Ю 12 1Ь № 16 20 22 24 4 |
Рис. 49. Распределение температур по оси факела при сжигании газа в горелках с принудительной подачей воздуха Л ей гипроинжпроекта. |
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%.
Рис. 50. Горелка с принудительной подачей воздуха Теплопроекта. 1 — газовое сопло; 2 — завихритель воздуха; 3 — туннель. |
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
Таблица 41 Горелки Теплопроекта с принудительной подачей воздуха (рис. 50)
|
Примечание. Значения тепловой нагрузки, диаметров и числа газовыходных отверстий даны для горелок с соплом типа А в числителе, а с соплом типа Б — в знаменателе. |
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.