Сжигания газообразного топлива осуществляется с помощью устройств, яки называются горелками. Они предназначены для ввода газа и окислителя (обычно воздуха) в печь или топку, смешивания потока до начала горения или в самом процессе горения и для стабилизации факела.
Под стабилизацией понимают создание условий, обеспечивающих надежное горения факела без затуханий, пульсаций или отрыва от горелки.
Основным назначением горелок является организация процесса горения топлива так, чтобы обеспечить заданный, экономически целесообразный режим работы печи. Для достижения этой цели горелка должна обеспечить:
1) подвод и смешивание между собой необходимых количеств топлива и воздуха;
2) полноту сжигания топлива в пределах рабочего пространства печи;
3) сжигание топлива с образованием такого пламени, которое может обеспечить необходимый по технологическим условиях уровень теплопередачи в рабочем пространстве печи.
Основной классификационным признаком горелок способ смешивания газа с воздухом. По этому признаку горелки делятся на три большие группы:
1) с полным предварительным смешиванием газа и воздуха (беспламенной или инжекционные горелки);
2) с частичным предварительным смешиванием газа и воздуха (горелки с улучшенным смешиванием);
3) горелки без предварительного смешения или с внешним смешиванием (пламенные горелки).
К первой группе относятся такие горелки, обеспечивающие полное смешивание топлива и воздуха еще до входа в печь. В печь (в зону горения) подают заранее подготовленную горючую смесь; процесс горения имеет кинетический характер. Такие горелки часто называют беспламенной, потому что заранее подготовлена топливо-воздушная смесь при сгорании почти не дает видимого пламени. Пламенные горелки дают факел с малой излучательной способностью, радиация такого факела быстро падает по мере удаления от горелки.
В горелках с частичным предварительным смешиванием к топливу предварительно (до входа в печь) подмешивается только часть воздуха, необходимого для горения.
В горелках с внешним смешением образования смеси происходит в одном объеме с горением, имеющая диффузный характер. В результате при сжигании топлива, содержащего углеводороды, образуется хорошо видимое пламя. Поэтому эти горелки часто называют пламенными.
По способу подачи воздуха горелки делятся на инжекционные и с принудительной подачей воздуха. Соответствии с этим различают горелки низкого давления газа (до 5 кПа), среднего (5 кПа - 0,3 МПа) и высокого (более 0,3 МПа). Инжекционные горелки бывают только низкого и среднего давления.
Горелки с полным предварительным смешиванием (инжекционные горелки).
В инжекционных горелках, дающих хорошее предварительное смешивание топлива с воздухом, необходима полнота сгорания достигается при малейшем по сравнению с горелками других типов коэффициенте избытка воздуха. Уменьшение коэффициента избытка воздуха способствует увеличению температуры горения. Поэтому горелки с предварительным смешиванием для аналогичного топлива обеспечивают самую высокую температуру горения.
Предварительное смешение газа и воздуха требует специальных устройств-смесителей, яки могут быть выполнены либо вместе с горелкой, или отдельно от него. Наибольшее распространение получили смесители инжекционного типа. На рисунке 4.1 представлено инжекционная горелка, в котором устройство для смешивания выполнен вместе с горелкой. В этом горелке газ подается через входной патрубок 1, затем с большой скоростью выходит из сопла 3, ежектуе (подсасывает) воздуха через шайбу 2 и перемешивается с ним в туннеле 4. Горит газовоздушная смесь в насадке 5 из огнеупорного материала, непосредственно примыкающей к камере смешивания. Из-за высокой температуры внутренней поверхности насадки горения готовой газовоздушной смеси протекает почти мгновенно и завершается внутри насадки, за счет чего же горелки и получили условное название беспламенной.
Объем топочной камеры, которая приспособлена к беспламенной сжиганию газа, может быть значительно уменьшен, и при выборе габаритов камеры исходят не из необходимости обеспечить завершение в ней процесса горения, а из условия получения наибольшей площади поверхности нагрева.
Расход газа через горелку в зависимости от ее конструкции может меняться в широких пределах от 0,5 до 1000 кубических метров в час и выше. Длина насадки доходит до 1 м, скорость газовоздушной смеси Эти горелки применяют обычно на больших нагревательных печах. Печи с такими горелками и керамическими рекуператорами с шамотных блоков, могут работать без принудительной подачи воздуха.
В работе инжекционных горелок значительную роль играет тоннель. В процессе горения газа стенки тоннеля накаляются, что обеспечивает поджиг новых порций газовоздушной смеси и тем самым способствует устойчивому горению.
При всех отмеченных преимуществах инжекционным горелки присущи следующие дефекты: недостаточные пределы регулирования, невозможность изменять теплоты сгорания топлива при данном диаметре сопла, большие размеры горелок большой производительности.
Беспламенной горелки не следует применять в том случае, когда по условиям работы печи необходимы хорошо светящийся и достаточно длинный факел.