ГОРЕЛКА ГАЗОВАЯ

Горелка газовая - газогорелочное устройство — устройство, обеспечивающее подачу горючего газа и окислителя (воздуха или кислорода), их смешение, подогрев, воспламенение и устойчивое сжигание. Используется в бытовых газовых приборах, в котлоагрегсипах, для отопления промышленных печей.
Горелки газовые должны соответствовать следующим требованиям: обеспечивать полное сгорание газа с минимальным избытком воздуха и образованием вредных веществ в продуктах сгорания; устойчиво работать во всем диапазоне регулирования без сильного шума, уровень корого не должен превышать 85 дБ; иметь простую конструкцию без деталей сложной формы, эстетичный вид, технологичность, обеспечивающую простоту и точность изготовления; быть безопасными в эксплуатации, допускать применение автоматики регулирования и безопасности. Тепловая мощность горелка газовой кВт, — количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании часового расхода проходящего через нее газа. Различают номинированную, максимальную, и минимальную тепловую мощность. Номинированная — максимальная мощность, допустимая при длительной работе с минимальным коэффециентом избытка воздуха и при допустимой по установленным нормам химической неполноте сгорания газа; максимальная — принимаемая равной 0,9 тепловой мощности, достигнутой в максимальном предельном режиме без нарушения устойчивой работы; минимальная — принимаемая равной 1,1 тепловой мощности, которая обеспечивается в минимально предельном режиме. Коэффециент предельного регулирования (Кп.р) по тепловой мощности определяет отношение максимальной тепловой мощности к минимальной (то есть пределы устойчивости и безопасной работы горелка газовой). Коэффециент рабочего регулирования (Кр.р) — отношение номированной тепловой мощности к минимальной. Давление газа и воздуха Р, Па, перед горелок газовых подразделяют на номинированные, максимальные и минимальные соответствующее номинированной, максимальной и минимальной тепловой мощности горелки. Номинированная относительная длина факела равна расстоянию по его оси от выходного сечения горелки газовой, измеренному при ее работе с номинированной тепловой мощностью в калибрах (диаметрах) выходного сечения до точки, где концентрация СО2 в продуктах сгорания при коэффециенте избытка воздуха (X , равном 1, составляет 95% расчетной объемной концентрации СО2 в продуктах полного сгорания. Коэффециент избытка воздуха ее показывает отношение действительного расхода воздуха на горелке газовой к теоретически необходимому. Объемный коэффециент эжекции равен отношению объемного расхода эжектируемого (подсасываемого) горелки газовой первичного воздуха к объемному расходу газа. Давление (разрежение) в камере сгорания Рт, Па, — давление (разрежение) в камере сгорания в выходном сечении горелки газовой при ее работе с номинированной тепловой мощностью. Удельная металлоемкость т, кг/кВт, — отношение массы горелки газовой к ее номинированной тепловой мощности. Шумовая характеристика показывает уровень звукового давления, создаваемого работающей горелкой газовой в зависимости от спектра частот. Уровень шума определяют на расстоянии 1 м от горелки газовой и на высоте 1,5 метра от пола.
Горение — процесс быстрого высокотемпературного окисления, сочетающий физические и химические явления, когда во фронте пламени концентрация топлива и окислителя резко падает, а концентрация продуктов сгорания и уровень температуры резко повышаются. Процесс горения можно разделить на три последовательно протекающие стадии: смесеобразование, в результате которого обеспечивается физический контакт между топливом и окислителем; подогрев смеси до температуры воспламенения; горение газа (химическая реакция). Скорость процесса горения зависит от скорости протекания всех стадий. Процесс кинетического горения определяется свойствами смеси: энергией активации, концентрацией реагирующих веществ и др. Кинетический процесс горения характеризуется малой устойчивостью, поэтому при сжигании газа таким способом применяют искусственную стабилизацию фронта воспламенения. При раздельной подаче газа и воздуха без предварительного перемешивания смесеобразование протекает одновременно с подогревом и горением, и скорость процесса горения в целом определяется скоростью смесеобразования. Такой способ горения называется диффузионным, поскольку контакт между газом и воздухом происходит за счет молекулярной или турбулентной диффузии. Скорость диффузионного горения определяется азродинамическими и диффузионными факторами и практически не зависит от физических и кинетических свойств смеси. Кинетический и диффузионный способы горения — крайние случаи, так как при кинетическом, однородную газовоздушную смесь приготовляют заранее, а при диффузионном ее заранее не приготовляют и искусственно не интенсифицируют, и горение протекает за счет естественных процессов диффузии. Между этими крайними способами происходит множество процессов горения газа по диффузионио-кинетическому способу, который характеризуется искусственной интенсификацией смесеобразования. Его достоинством является возможность регулирования процесса горения в широком диапазоне.
По диффузионно-кинетическому способу осуществляется двухступенчатое сжигание газа. При нем горелка газовая обеспечивает предварительное смешение газа с частью необходимого для горения воздуха, а остальной воздух поступает непосредственно к факелу. В этом случае кинетически сгорает только часть газа, предварительно обеспеченная воздухом, который называется первичным. Оставшаяся часть газа, разбавляемая продуктами горения, сгорает за счет кислорода вторичного воздуха, то есть по диффузионному принципу.
Стадии процесса горения последовательно осуществляются в смесительном устройстве, головке и туннеле (амбразуре) горелки газовой. В смесительном устройстве происходит смешение газа с воздухом. Головка горелки газовой обеспечивает выход газовоздушной смеси в топочную камеру или воздушное постранство в зависимости от условий ее работы. Основное назначение головки — стабилизировать у своего устья фронт воспламенения уже готовой или только что образовавшейся горючей смеси и предотвратить проскок или отрыв пламени. Огневая часть (горелочные блоки) горелки газовой представляет собой туннель (амбразуру), который служит дополнительным смесителем, источником зажигания и стабилизатором горения, а также помогает создать необходимую форму факела. В туннеле процесс горения может протекать полностью или частично. Горелочные блоки изготовляют из шамота, высоко глиноземистого кирпича или бетона в зависимости от условий их работы. В некоторых горелках газовых используют охлаждаемые металлические туннели. Горелки газовые классифицируют: по методу сжигания газа — полного предварительного смешения газа с воздухом, работающие по кинетическому принципу; предварительного смешения газа с частью воздуха, необходимого для горения; с незавершенным предварительным смешением газа с воздухом, работающие по диффузионно-кинетическому принципу; без предварительного смешения газа с воздухом, обеспечивающие диффузионный процесс; по техническим параметрам и конструктивным особенностям (по способу подачи воздуха на горение) — бездутьевые, у которых воздух поступает в топку за счет разрежения или конвекции; эжекционные, у которых воздух засасывается энергией газовой струи (эжектирование газа воздухом применяется редко); дутьевые с принудительной подачей воздуха вентилятором; по номинированному давлению газа и воздуха — низкого давления газа до 5 кПа и воздуха до 1 кПа; среднего давления газа 5—10 кПа и низкого давления воздуха; высокого давления газа более 10 кПа и низкого давления воздуха; низкого давления газа и среднего давления воздуха 1—3 кПа; среднего давления газа и воздуха; высокого давления газа и среднего давления воздуха; низкого давления газа и высокого давления воздуха более 3 кПа; среднего давления газа и высокого давления воздуха, высокого давления газа и воздуха; по теплоте сгорания используемого газа — работающие на газе с теплотой сгорания: низкой, средней, высокой I и II групп; по номинированной тепловой мощности (до 200; св. 200—400; св. 400—800; св. 800— 1600; св. 1600—3200; св. 3200—32 000; св. 32000кВт); по номинированной относительной длине факела — микрофакельное (беспламенное) сжигание (до 10; св. 10— 16; св. 16—25; св. 25—40; св. 40—63; св. 63—100; по способу локализации пламени (свободные факелы, в огнеупорном туннеле или камере, на огнеупорной поверхности, на металлической сетке, в пористой перфорированной или зернистой огнеупорных насадках).
Все горелки газовые проходят государственные испытания, состоящие из визуального осмотра, холодных и огневых продувок. Испытания проводят в стационарном режиме при плавном увеличении или уменьшении тепловой мощности. Теплотехнические и аэродинамические характеристики факела определяют на номинированном режиме работы горелок газовых. Состав продуктов сгорания (оксида углерода СО, окислов азота NOxH серы, бенз(а)пирена) выявляется в конце топочной камеры и на срезе туннеля на всех режимах регулировочных характеристик.