Газовые горелки — теплогенерирующие устройства, служащие для превращения химической энергии газообразного топлива в тепловую, для образования горючей газовоздушной смеси и обес­печения ее равномерного сгорания.

       В зависимости от способа смешения газа с воздухом горелки подразделяются на две основные группы: внешнего смешения (диффузионные) и внутреннего смешения (инжекционные).

Наряду с горелками, предназначенными только для сжигания газа, существуют еще комбинированные горелки для различных видов топлива (твердого, жидкого, газообразного).

   Диффузионные горелки бывают с естественной и искусственной (принудительной) подачей воздуха. В первых воз­дух подается из окружающей среды, а во вторых — вентилятором. В этих горелках газ смешивается с воздухом в камере сгорания за счет диффузии. Газ, выходящий из отверстия горелки, создает раз­режение и способствует поступлению воздуха из окружающей сре­ды. Строение пламени представляет собой конус в виде удлинен­ного факела. Смешение газа с воздухом происходит на поверхнос­ти факела, а внутри факела находится газ (практически чистый уг­лерод), не участвующий в процессе горения. При этом во время сгорания образуется высокое пламя соломенного цвета, которое горит с потрескиванием и с проблесками. Происходит химическая неполнота сгорания газа, меньше выделяется тепла, больше — вредных веществ. Длинный факел требует определенной высоты камеры сгорания. Поэтому диффузионные горелки практически не применяются.

Инжекционные горелки являются горелками внут­реннего смешивания с естественной и принудительной подачей воз­духа. В них воздух засасывается (инжектируется) из атмосферы стру­ей газа, вытекающего из сопла, перед которым он имеет определен

Ное давление. Газ с избыточным давлением (1,0—1,5 кПа) выходит из| сопла в смеситель, подсасывает в него определенное количество воздуха из окружающей среды и смешивается с ним. Подсасывае­мый воздух называется первичным и его количество составляет от 30 10 70 % необходимого для полного сгорания газа. Недостающее ко­личество воздуха, так называемый вторичный воздух, поступает в ка­меру сгорания вследствие разрежения в ней.

Преимущество инжекционных газовых горелок в простоте изго­товления и обслуживания. Они не требуют дополнительного расхо­да энергии для подачи воздуха, пламя у них сравнительно более ко­роткое, а температура горения газа более высокая, чем у диффузи­онных горелок. Это позволяет применять их для обогрева наплитной посуды открытым пламенем. К достоинствам инжекционных горе­лок можно отнести способность сохранять пропорциональность газа и воздуха при изменении подачи газа в горелку. Инжекционные Горелки работают с высоким КПД как при изменении давления газа В сети, так и при регулировании теплового режима.

Количество первичного воздуха зависит от давления газа, посту­пающего к соплу: если давление газа растет, то и количество первич­ного воздуха возрастает; оно может оказаться достаточным для пол­ного сгорания топлива, и поступления вторичного воздуха не потре­буется. Это имеет место в беспламенных инжекционных горелках , в которых горение протекает без видимого пламени

Устройство инжекционной газовой горелки. Горелка  состоит из следующих основных частей: газового сопла /, смесив тельной трубки, в свою очередь состоящей из смесителя-инжектора  цилиндрической части;  диффузора ; насадки и регулятор; подачи первичного воздуха.

Газовое сопло характеризуется размером диаметра, который должен быть в строгом соответствии с расчетными данными, так как от диаметра зависит тепловая производительность горелки Диаметр сопла придает вытекающей струе газа определенную фор­му и направление. На выходе из сопла потенциальная энергия (статическое давление) газа переходит в кинетическую энергию. Чем больше кинетическая энергия газа на выходе из сопла, тем больше разрежение в смесителе-инжекторе и доля первичного воз­духа.

Смеситель-инжектор горелки, выполненный в виде конуса,' служит для смешивания газа с первичным воздухом, т. е. для полу­чения однородной газовоздушной смеси. Сужение конуса способст­вует ускорению газовой струи, вытекающей из сопла, что обеспе­чивает устойчивый подсос первичного воздуха.

Цилиндрическая часть горелки служит для смешивания пото­ков и выравнивания скоростей движения газа и воздуха.

Диффузор предназначен для перехода кинетической энергии смеси в статическое давление, что необходимо для преодоления сопротивления на выходе из насадки.

Регулятор подачи первичного воздуха (воздушно-регулировоч­ная шайба) позволяет изменять количество первичного воздуха, поступающего в смеситель-инжектор.

Насадка горелки предназначена для равномерной подачи газо­воздушной смеси к выходным отверстиям. Насадка может иметь различную форму; ее конфигурация, как правило, соответствует форме обогреваемой поверхности или размерам топки, что в ос­новном и определяет название горелки (трубчатые, факельные, кольцевые, конфорочные и беспламенные).

У трубчатой горелки насадка в виде трубки с отверстиями. Применяется, например, у горелок жарочных шкафов бытовых плит. У кольцевых (разновидность трубчатых) горелок трубчатая насадка в виде окружности с радиальными ответвлениями, напри­мер у кипятильников и водонагревателей. Расположение отверс­тий по окружности насадки позволяет равномерно распределить тепло в объеме топки, а большое количество отверстий дает воз­можность получения факела малой высоты.

Факельные горелки имеют насадку в виде цилиндра с конусом на конце, применяются для газификации газотопливных плит. Конфорочные горелки (с рассекателем для вторичного воздуха) применяются для обогрева конфорок .новых плит.

Все более широко применяются беспламенные инжекционные горелки, у которых в отличие от факельных газ слоем на поверхности излучающей насадки. Такое сжигание возможно благодаря тому, что в качеств первичного воздуха у беспламенных горелок инжектируется воздух, необходимый для сгорания газа.

В беспламенных горелках вместо керамических насадок могут использоваться насадки из металлической сетки, выполненной из жаропрочного металла, например нихрома.

Преимуществами таких горелок по сравнению с факельными являются лучшее сгорание газа, меньшее выделение вредных ве­ществ и возможность установки в камерах сгорания малой высоты. Недостатки: высокая чувствительность к изменениям параметров горючего газа и потеря устойчивости в процессе работы при изме­нении давления газа перед соплом.

В комбинированных горелках возможно поочередное сжигание нескольких видов топлива. Существуют горелки, рассчитанные на сжигание всех трех видов топлива — твердого, жидкого и газооб­разного. Более широкое распространение получили пылегазовые (мелкоизмельченное твердое топливо) и газомазутные горелки. Некоторые конструкции комбинированных горелок допускают совместное сжигание двух видов топлива.

Условия устойчивой работы горелок

Устойчивость горения — существенный фактор, определяю­щий надежность работы газовых горелок

В практике сжигания газа часто приходится сталкиваться с на­рушением устойчивой работы горелок, вызываемым либо отрывом пламени от насадки горелки, либо проскоком пламени в ее смеси­тельную часть.

Пламя сохраняет устойчивость, т. е. остается неподвижным от­носительно насадки горелки, в тех случаях, когда в зоне горения устанавливается равновесие между стремлением пламени продви­нуться навстречу потоку газовоздушной смеси и стремлением по­тока отбросить пламя от горелки. Однако такое равновесие наблю­дается в очень узком диапазоне скоростей выхода газовоздушной смеси из горелки.

Отрыв пламени возникает, когда скорость истечения газовоз-] душной смеси превосходит скорость распространения пламени,; и оно, отрываясь от горелки, полностью или частично гаснет. От-рыв пламени может происходить при розжиге или выключении I" юк, а во время работы — из-за быстрого изменения нагрузки ИЛИ при чрезмерном увеличении разрежения втопке и может иметь Место у всех типов горелок.

Отрыв пламени может привести к загазованности топки и га-плодов, а также к накоплению в помещении газов. Это может пов-Мечь за собой взрыв в топочной камере или в газоходах с последую­щими серьезными разрушениями.

Проскок пламени (обратный удар) — проникновение пламени внутрь горелки. Имеет место, когда скорость истечения газовоз-|\шной смеси из горелки меньше скорости распространения пла­мени. Чаще всего проскок происходит при неправильном зажига­нии и выключении горелки, а также при быстром снижении ее производительности. В результате проскока может произойти пе­регрев горелки или «хлопок» внутри нее, а также прекращение го­рения и загазованность помещения. Проскок пламени может быть только у инжекционных горелок.

Таким образом, область устойчивого горения газа в горелке располагается между кривыми проскока и отрыва.

«Хлопок» — мгновенное сгорание оставшейся после выключе­ния в смесителе газовоздушной смеси, движение которой прекра­тилось в момент прекращения подачи газа. «Хлопок» вредно влия­ет на состояние газовых горелок, нарушает герметичность соеди­нений газопровода и в особенности крана, перекрывающего доступ газа к горелке.

Отсутствие стандартов на газовые горелки делает необходимым оценивать их качество по определенным предъявляемым к ним требованиям, которые сводятся к следующему:

• горелки должны обеспечивать полное сжигание газа при ми­нимальном избытке воздуха;

• горелки должны работать устойчиво (без отрыва и проскока пламени) в необходимом диапазоне изменения теплопроизводительности;

• конструкция горелки и ее компоновка должны полностью предохранять от перегрева и обгорания деталей;

• потеря напора в горелке по воздушному и газовому (для низ­кого давления) трактам должна быть минимальной;

• при работе горелки на двух видах топлива оба топлива при раздельном их сжигании должны использоваться с макси­мальной эффективностью, а переход с одного топлива на другое осуществляться в короткий срок;

• горелки должны быть просты в изготовлении, надежны _и бе зопасны в эксплуатации, а также удобны для ремонта и ос­мотра.

• Правила эксплуатации газовых горелок. К эксплуатации газовых аппаратов допускаются только лица, прошедшие инструктаж по эксплуатации газовых аппаратов.

• Перед началом работы необходимо проверить наличие т_Яги, для чего нужно поднести к смотровому отверстию лоскуток тонкой бумаги или материи. Если лоскуток притягивается к отверстию, то значит есть тяга и работать на аппарате можно, если тяга отсутс­твует, работать' запрещается, поскольку это может быть причиной отравления персонала продуктами сгорания газа. Категорически запрещается определять наличие тяги с помощью горящих пред­метов, так как при утечке газа это может быть причиной взрыва. Затем открывают общий кран на газопроводе, с помощью регуля­тора перекрывают подачу первичного воздуха и подносят источник пламени к стационарному запальнику. Открывают кран горелки, и она воспламеняется от запальника. С помощью регулятора пода­чи первичного воздуха «устанавливают» пламя. Пламя должно го­реть без шума, быть фиолетового цвета, без проблесков, не должно отрываться от горелки и не проскакивать внутрь нее.

• Если на аппарате нет газовой автоматики безопасности, то не­льзя оставлять аппарат без присмотра.

• По окончании работы сначала перекрывают подачу первично­го воздуха (чтобы не было «хлопка»), закрывают кран горелки и об- I щий кран на газопроводе.

• Автоматика газовых аппаратов

• Автоматика газовых технологических аппаратов должна обес­печивать безопасность их эксплуатации и регулирование теплово­го режима. Объектами контроля безопасности эксплуатации явля- 1 ются: наличие пламени запальной свечи, наличие тяги в дымоходе, геометрическое положение аппаратов, имеющих поворотные при­способления, и т. д.

Объектами регулирования теплового режима являются: давле­ние в пароводяной рубашке аппарата, температура в рабочем объ­еме и т. д. В настоящее время для газовых тепловых аппаратов при­меняется мембранно-импульсная автоматика (пневмоавтоматика), в частности комбинированная автоматика регулирования и безопасно сти (АРБ). АРБ разработана лабораторией газового оборудова­ния и автоматики ВНИИторгмаша. По линии защиты автоматика Является многоканальной, т. е. контролирует пламя, тягу, положе­ние аппарата и другие факторы, и не имеет электрических цепей, по пому на сегодня она более совершенна.

На газопроводе перед горелкой устанавливаются клапаны-отсекатели блока защиты и регулирования. К верх­ней части клапана присоединены реле-инверторы.

Около запальной свечи установлен датчик пламени, на патруб­ке отходящих газов — датчик тяги, на поворотном устройстве — датчик поворота, на пароводяной рубашке — датчик регулирова­ния. Датчики связаны с реле-инверторами латунными импульсны­ми трубками диаметром З мм.

В АРБ предусмотрены допусковое, пусковое и рабочее положе­ния, а также срабатывание на отключение и защита от «сухого хода».

На отключение автоматика срабатывает, если, допустим, пре­кратилась подача газа и, как следствие, горелка и запальная свеча Гаснут. Для этого в АРБ предусмотрены специальные клапаны, ко-юрые, срабатывая, перекроют доступ газа к крану и горелке. Авто­матика исключает возможность поступления газа в камеру сгорания при его появлении в сети после перерыва. Время срабатывания 30 с.

Защита от «сухого хода». При недостаточном уровне воды в па­роводяной рубашке давление паров может достигнуть недопусти­мо высоких значений. Чтобы исключить непредвиденные явления, автоматика срабатывает и отключает подачу газа к горелке следую­щим образом. Если давление пара в рубашке будет выше нормы, то его воздействие на мембрану вызовет перемещение клапана-золот­ника, сжатие пружины и открытие отверстия «С». Газ из объема, расположенного слева по отношению к мембране, через отверстие «С» поступает в трубку, соединенную с атмосферой. Давление газа над мембранами упадет до атмосферного. Далее автоматика безо­пасности сработает так же, как при внезапном прекращении газа.