Газовые горелки

Газовой горелкой называется устройство, обеспечивающее устойчивое сжигание газового топлива и регулирование процесса горения.

К основным функциям газовых горелок относятся:

• подача газа и воздуха к фронту горения;
• смешивание газа с воздухом, образование газовоздушной смеси;
• стабилизация фронта горения;
• обеспечение требуемой интенсивности процесса горения газа, регулирование тепловой нагрузки аппарата.

По методу сжигания газа горелки можно разделить на три группы:

• горелки без предварительного смешения газа и воздуха – диффузионные;
• горелки с неполным предварительным смешением газа и воздуха – диффузионно-кинетические;
• горелки с полным предварительным смешением газа с воздухом – кинетические.

При диффузионном методе сжигания газ и воздух подаются в зону горения раздельно, их смешение происходит непосредственно в топке. В этом случае перемешивание газа с воздухом и, следовательно, само горение происходит медленно, факел удлиняется и становится светящимся. В современном бытовом газоиспользующем оборудовании диффузионные горелки не применяются.

При диффузионно-кинетическом методе к фронту горения подается подготовленная смесь газа с воздухом, содержащая только часть воздуха, необходимого для горения. Это первичный воздух. Газ до выхода из горелки уже частично смешан с воздухом. Остальной воздух, который называют вторичным, поступает к факелу путем диффузии. Такие горелки частичного (неполного) смешения часто называют атмосферными. Пламя представляет собой короткий факел голубовато-фиолетового цвета. Диффузионно-кинетический метод сжигания используется в инжекционных горелках низкого давления.

При кинетическом методе весь воздух, необходимый для горения, поступает в топку через горелку. В полностью подготовленной газовоздушной смеси имеется не только теоретически необходимое, но и небольшое избыточное количество воздуха, которое обеспечивает полное сгорания газ. Газ сгорает в коротком слабосветящемся факеле с обязательным наличием стабилизатора горения. Такие горелки называют горелками полного предварительного смешения газа и воздуха, их работа возможна либо при использовании газа среднего давления, либо при использовании вентилятора для подачи воздуха на горение.

На бытовом газоиспользующем оборудовании горелки полного предварительного смешения с принудительной подачей воздуха вентилятором находят ограниченное применение на конденсационных котлах и отдельных типах напольных котлов.

Горелку характеризует ее тепловая мощность, равная произведению теплоты сгорания газа на его часовой расход:

Qг=QнVч

где Qr – тепловая мощность, МВт (ккал/ч);
Qн – низшая теплота сгорания газа, кДж/м³ (ккал/м³);
Vч – часовой расход газа горелкой, м³/ч.

Обычно мощность горелок, применяемых на бытовом газоиспользующем оборудовании, не превышает 50 кВт, хотя имеются котлы и большей производительности, которые можно отнести к бытовым в силу их конструктивных особенностей.

Различают максимальную, минимальную и номинальную тепловые мощности горелок. Номинальная тепловая мощность горелки соответствует режиму работы с номинальным расходом газа, при котором обеспечивается наибольший коэффициент полезного действия и наиболее полное сжигание газа. Максимальная тепловая мощность достигается при длительной работе горелки с наибольшим возможным расходом газа и без отрыва пламени. Минимальная тепловая мощность соответствует устойчивой работе горелки при наименьших расходах газа без проскока пламени.

Диапазон устойчивой работы горелки характеризует пределы ее надежной эксплуатации при изменении давления газа. Он определяется как отношение минимальной тепловой мощности горелки к максимальной:

n=Qг min/Qг max

где Qг min- минимальная тепловая мощность горелки;
Qг max- максимальная тепловая мощность горелки.

Для горелок различных конструкций диапазон устойчивой работы составляет от 1:3 для инжекционных горелок до 1:5 для горелок с принудительной подачей воздуха.

Способ регулирования мощности газовой горелки является одним из важных показателей работы этого устройства. При одноступенчатом регулировании мощность горелки изменяется потребителем вручную. Такие горелки находят применение на плитах, проточных водонагревателях и котлах эконом-класса. Автоматика котла не может изменить нагрузку горелки, поэтому она работает в двух режимах: включено или выключено. Для управления температурой нагрева воды автоматика отключает или включает горелку. Это приводит к резкому изменению температуры котла и более быстрому, чем при плавном регулировании, износу.

Двухступенчатое регулирование позволяет горелкам работать при необходимости в режиме пониженной мощности. Обычно имеется два режима работы: первый – максимальная мощность 100%, второй, как правило, 40% мощности. Переключение между режимами производит автоматика в зависимости от температуры теплоносителя. Кроме того, возможно полное прекращение подачи газа на горелку в аварийных случаях.

Модулируемые газовые горелки могут плавно изменять мощность в широком диапазоне, благодаря чему достигается высокая точность управления работой котла. Автоматика позволяет регулировать подачу газа на горение в зависимости от потребности в тепле. Быстрая реакция на изменения температуры теплоносителя и точная регулировка мощности позволяет экономить топливо и продлить срок службы оборудования.