РЕФЕРАТ
По дисциплине: Металлургической теплотехники
Тема: Конструкция и тепловая работа горелок с полным предварительным смешиванием топлива и воздуха.
Выполнил:
студент группы ММ – 141
Арикян С.А.
Проверил: кандидат технический наук, доцент Павловец В.М.
Новокузнецк 2016
СОДЕРЖАНИЕ:
1 Введение................................................................................................2
2 Конструкции и тепловая работа горелок с полным предварительным смешиванием топлива и воздуха......................................................................3
3 Заключение.............................................................................................9
4 Список литературы..............................................................................10
ВВЕДЕНИЕ
Горелочные устройства являются важнейшим элементом системы отопления любого теплового агрегата. Правильный выбор горелочного устройства, рациональная установка его на агрегате, соблюдение условий эксплуатации решающим образом влияют на эффективность и экономичность, а иногда на работоспособность всего агрегата. Топливосжигающее устройство, как один из основных элементов печного оборудования, в значительной степени определяет всю тепловую работу агрегата. Конструктивные особенности горелок непосредственно влияют на схему подвода топлива и воздуха к агрегату, схему смешения компонентов, интенсивность горения топлива и состав продуктов горения, аэродинамическую структуру факела. Работа горелочных устройств непосредственно связана с безопасностью эксплуатации теплового агрегата, особенно в периоды его пуска и выключения.
Большое разнообразие печных агрегатов и их технологических режимов требует индивидуального подхода к выбору горелочных устройств.
Выбор горелок следует производить с учетом максимального удовлетворения требований технологии и общих требований к устройствам для сжигания топлива. Поэтому ошибочны высказываемые иногда мнения об универсальности какого-либо одного типа горелок и абсолютном превосходстве этого типа над остальными. Не существует «хороших» или «плохих» типов горелок, а есть только подходящие или неподходящие для данных конкретных условий.
Таким образом, целью данной работы является анализ конструкции и тепловой работы горелок с полным предварительным смешиванием топлива и воздуха.
Конструкции и тепловая работа горелок с полным предварительным смешиванием топлива и воздуха
Горелки, в которых образование газовоздушной смеси происходит за счет энергии струи газа, называют инжекционными. Основной элемент инжекционной горелки - инжектор, подсасывающий воздух из окружающего пространства внутрь горелок.
В зависимости от количества инжектируемого воздуха горелки могут быть с неполной инжекцией воздуха и с полным предварительным смешением газа с воздухом.
Инжекция всего воздуха, необходимого для полного сгорания газа, обеспечивается повышенным давлением газа. Горелки полного смешения газа работают в диапазоне давлений от 5000 Па до 0,5 МПа. Их называют инжекционными горелками среднего давления и применяют в основном в отопительных котлах и для обогрева промышленных печей. Тепловая мощность горелок обычно не превышает 2 МВт. Основные трудности повышения их мощности - сложность борьбы с проскоком пламени и громоздкость смесителей.
Эти горелки дают малосветящийся факел, что уменьшает количество радиационной теплоты, передаваемой нагреваемым поверхностям. Для увеличения количества радиационной теплоты эффективно применение в топках котлов и печей твердых тел, которые воспринимают теплоту от продуктов горения и излучают ее на тепловоспринимающие поверхности. Эти тела называют вторичными излучателями. В качестве вторичных излучателей используют огнеупорные стенки тоннелей, стенки топок, а также специальные дырчатые перегородки, установленные на пути движения продуктов сгорания.
Горелки с полным предварительным смешением газа с воздухом подразделяют на два типа: с металлическими стабилизаторами и огнеупорными насадками.
Инжекционная горелка конструкции Казанцева (ИГК) состоит из регулятора первичного воздуха, форсунки, конфузора, смесителя, насадка и пластинчатого стабилизатора (рисунок 1).
Рисунок 1 – Инжекционная горелка ИГК: 1 - стабилизатор; 2 - насадок; 3 - конфузор; 4 - форсунка; 5 - регулятор первичного воздуха
Регулятор первичного воздуха 5 горелки одновременно выполняет функции глушителя шума, который создается за счет повышенных скоростей движения газовоздушной смеси. Пластинчатый стабилизатор и проскока пламени в широком диапазоне 7 обеспечивает устойчивую работу горелки без отрыва и проскока пламени в широком диапазоне нагрузок. Стабилизатор состоит из стальных пластин толщиной 0,5 мм при расстоянии между ними 1,5 мм. Пластины стабилизатора стягивают между собой стальными стержнями, которые на пути движения газовоздушной смеси создают зону обратных токов горячих продуктов сгорания и непрерывно поджигают газовоздушную смесь.
В горелках с огнеупорными насадками природный газ сгорает с образованием малосветящегося пламени. В связи с этим передача теплоты излучением от факела горящего газа оказывается недостаточной. В современных конструкциях газовых горелок значительно повысилась эффективность использования газа. Малая светимость факела газа компенсируется излучением раскаленных огнеупорных материалов при сжигании газа методом беспламенного горения.
Газовоздушная смесь у этих горелок приготовляется с небольшим избытком воздуха и поступает в раскаленные огнеупорные каналы, где она интенсивно нагревается и сгорает. Пламя не вы ходит из канала, поэтому такой процесс сжигания газа называется беспламенным. Это название условное, так как в каналах пламя имеется.
Газовоздушная смесь подогревается от раскаленных стенок канала. В местах расширения каналов и вблизи от плохо обтекаемых тел создаются зоны задержки горячих продуктов сгорания. Такие зоны - устойчивые источники постоянного подогрева и зажигания газовоздушной смеси. На рисунке 2 показана беспламенная панельная горелка. Поступающий в сопло 5 из газопровода 7 газ инжектирует необходимое количество воздуха, регулируемое регулятором первичного воздуха 6. Образовавшаяся газовоздушная смесь через инжектор 4 поступает в распределительную камеру 3, проходит по ниппелям 2 и поступает в керамические тоннели 1. В этих тоннелях происходит сжигание газовоздушной смеси. Распределительная камера 3 от керамических призм 8 теплоизолирована слоем диатомовой крошки, что сокращает теплоотвод из реакционной зоны.
Беспламенное сжигание газа имеет следующие преимущества: полное сгорание газа; возможность сжигания газа при малых избытках воздуха; возможность достижения высоких температур горения; сжигание газа с высоким тепловым напряжением объема горения; передача значительного количества теплоты инфракрасными лучами.
Существующие конструкции беспламенных горелок с огнеупорными насадками по конструкции их огневой части подразделяют на горелки с насадками, имеющие каналы неправильной геометрической формы; горелки с насадками, имеющие каналы правильной геометрической формы; горелки, у которых пламя стабилизируется на огнеупорных поверхностях топки.
Рисунок 2 – Беспламенная панельная горелка: 1- тоннель; 2 - ниппель; 3 - распределительная камера; 4 - инжектор; 5 - сопло; 6 - регулятор воздуха; 7 - газопровод; 8 - керамические призмы
Наиболее распространены горелки с насадками правильной геометрической формы. Огнеупорные насадки таких горелок состоят из керамических плиток размером 65 х 45 х 12 мм. Беспламенные горелки называют также горелками инфракрасного излучения.
Все тела - источники теплового излучения, возникающего за счет колебательного движения атомов. При излучении тепловая энергия веществ превращается в энергию электромагнитных волн, которые распространяются от источника со скоростью, равной скорости света. Эти электромагнитные волны, распространяясь в окружающем пространстве, наталкиваются на различные предметы и легко превращаются в тепловую энергию. Величина ее зависит от температуры излучающих тел. Каждой температуре соответствует определенный интервал длин волн, излучаемых телом. В данном случае передача теплоты излучением происходит в инфракрасной области спектра, а горелки, работающие по этому принципу, называются горелками инфракрасного излучения (рисунок 3).
Через сопло 4 (рисунок 3,а) газ поступает в горелку и инжектирует весь воздух, необходимый для полного сгорания газа. Из горелки газовоздушная смесь поступает в сборную камеру 6 и далее направляется в огневые отверстия керамической плитки 2. Во избежание проскока пламени диаметр огневых отверстий должен быть меньше критической величины и составлять 1,5 мм. Выходящая из огневых камер газовоздушная смесь поджигается при малой скорости ее вылета, чтобы избежать отрыва пламени. В дальнейшем скорость вылета газовоздушной смеси можно увеличить (полностью открыть кран), так как керамические плитки нагреваются до 1000°С и отдают часть теплоты газовоздушной смеси, что приводит к увеличению скорости распространения пламени и предотвращению его отрыва.
Рисунок 3 – Горелки инфракрасного излучения: а - схема горелки: 1 - рефлектор; 2 - керамическая плитка; 3 - смеситель; 4 - сопло; 5 - корпус; 6 - сборная камера; б, в и г - соответственно горелки ГИИ-1, ГИИ-8 и ПС-1-38
Керамические плитки имеют около 600 огневых цилиндрических каналов, что составляет около 40 % поверхности плиток.
Плитки соединяют друг с другом специальной замазкой, состоящей из смеси шамотного порошка с цементом.
Если инфракрасные горелки работают на газе среднего давления, то применяют специальные плиты из пористых жаропрочных материалов. Вместо цилиндрических каналов у них узкие искривленные каналы, которые заканчиваются расширяющимися камерами сгорания.
При сжигании газа в многочисленных каналах различных насадок происходит нагрев их внешних поверхностей до температуры около 1000°С. В результате поверхности приобретают оранжево-красный цвет и становятся источниками инфракрасных лучей, которые поглощаются различными предметами и вызывают их нагрев.
На рисунке 3,б, в, г показаны наиболее распространенные типы инфракрасных горелок. У горелок ГИИ-1 имеются 21 керамическая плитка, рефлектор и распределительная коробка. С помощью горелок ГИИ можно обогревать помещения и различное оборудование. Горелки используют и для обогрева открытых площадок (спортивные площадки, кафе, помещения летнего типа и т.д.).
Горелку ГК-1-38 успешно применяют для подогрева строящихся стен и штукатурки, обогрева людей, работающих в зимних условиях. Горелка может работать на природном и сжиженном газах.
Заключение
Газовая горелка - устройство, обеспечивающее подачу определенного количества горючего газа и окислителя (воздуха или кислорода), создание условий смешения их, транспортировку образовавшейся смеси к месту сжигания и сгорания газа. Есть горелки, у которых к месту сгорания подается только газ или газ и воздух, но без их предварительного смешения внутри горелки.
Максимальная тепловая мощность горелки должна превышать номинальную не более чем на 20 %. Если номинальная тепловая мощность горелки по паспорту 10000 кДж/ч, то максимальная должна быть 1 2 000 кДж/ч.
В эксплуатации находится большое количество горелок различных конструкций. Общие требования для всех горелок: обеспечение полноты сгорания газа, устойчивость при изменениях тепловой мощности, надежность в эксплуатации, компактность, удобство при обслуживании.
список литературы:
1. Кязимов К.Г. Устройство и эксплуатации газового хозяйства. - М.: Высш. шк., 2004.
1. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.studfiles.ru/preview/1799971/.