Инжекционные горелки

Отличие процесса сгорания газа в инжекционных горелках заключается в том, что до поступления в топливник газообразное топливо в особой камере горелки смешивается с необходимым для горения количеством воздуха (первичный воздух), а остальной воздух (вторичный) поступает прямо в топливник печи.

Основными составляющими частями инжекционных горелок являются регулятор первичного воздуха, сопло, диффузор, камера всасывания и головка.

Важным параметром, определяющим количество первичного воздуха в газовоздушной смеси горелки, является коэффициент первичного воздуха, равный отношению объема первичного воздуха к объему теоретически необходимого для сгорания. От его значения зависят устойчивость работы горелки, характер образующегося факела и полнота сжигания газа.

В газовых инжекционных горелках факел имеет 2 зоны горения. Первая зона обычно образуется у устья газогорелочного отверстия при сжигании смешанного с первичным воздухом газа. Несгоревший газ вперемешку с продуктами сгорания пересекает фронт пламени первой зоны горения и, взаимодействуя с потоком вторичного воздуха, образует 2-ую зону горения, которая определяется согласно законам диффузионного горения.

Оптимальное содержание первичного воздуха в газовоздушной смеси определяется 2-мя факторами: устойчивостью зоны горения и cтепенью оксидирования первичных углеводородов и альдегидов.

Устойчивость горения инжекционной горелки достигается путем уменьшения коэффициента первичного воздуха. Но при снижении коэффициента до 10-12%, горелка уже не способна обеспечить полноту сжигания газовой смеси (в верхней зоне факела, появляются признаки копоти). При увеличении коэффициента первичного воздуха до 65-70%, полнота сжигания газа достигает своего оптимального уровня, но при этом резко снижается устойчивость работы горелки (пламя проскакивает к соплу горелки). Такие проскоки крайне нежелательны, поскольку в это время наблюдаются максимальные теплопотери от химического недожога газа, и продукты сгорания содержат оксид углерода, или угарный газ, опасный для человека. Если в дымоходах есть небольшие трещины, то выходящие дымовые газы вместе с оксидом углерода могут просочиться в помещение и вызвать отравление находящихся там людей.

Оптимальный режим горения инжекционной горелки, чтобы не было коптящих факелов, и горелка работала устойчиво, достигается при коэффициенте первичного воздуха 40-50%.

Во время нагрева газовой смеси при прохождении ей первой зоны и пространства между наружным и внутренним конусами факела, идут два основных процесса: начинающееся при достаточно низких температурах, оксидирование, и, в случае если в качестве горючего газа используется смесь высокомолекулярных углеводородов (попутный нефтяной и природный газы), термическое разложение. Оксидирование, в процессе которого образуются оксиды углерода и водорода, формальдегиды, способствует горению, термическое разложение углеводородов, сопровождающееся образованиeм трудносжигаемого аморфного углерода, наоборот этот процесс осложняет и, в большинстве случаев, вызывает химический недожог и соответственно потери теплоты. Кроме того, реакция термического разложения, протекающая при низком коэффициенте первичного воздуха, приводит к понижению температуры в зоне горения.

Главным образом, на процесс оксидирования углеводородов в инжекционной горелке влияет качество перемешивания газового топлива с первичным воздухом, значение коэффициента первичного воздуха и cкорость проникновения кислорода вторичного воздуха.

Чем интенсивнее эти параметры, тем быстрее процесс оксидирования углеводородов и медленнее реакция термического разложения. Огромное влияние на процесс оксидирования оказывает качество перемешивания газового топлива с первичным воздухом. Для того чтобы избежать явления, когда в результате недостаточного перемешивания неоксидированные высокомолекулярные углеводороды попадают во вторую зону пламени и участвуют в реакции термического разложения, конструкция смесительной камеры инжекционной горелки должна способствовать максимальному выравниванию концентрации смеси из газа и воздуха по всему объему камеры до ее выхода из головки. Исследования показали, что наиболее совершенной является камера, которая состоит из конфузора, диффузора и цилиндрической проточной части.

Для увеличения суммарной площади соприкосновения зоны горения с воздухом, сжигаемый газ распределяют через систему рассредоточенных отверстий. За счет этого при высокой температуре топливника уменьшается время на подогрев газовоздушной смеси до температуры воспламенения, существенно ускоряется процесс смешения, увеличивается скорость горения и в факеле исчезают обедненные кислородом зоны.

Также большое значение для оптимальной работы инжекционной горелки имеет рациональное распределение в топливнике печи вторичного воздуха.

Исследования показали, что наиболее устойчивое и совершенное сжигание газового топлива достигается в инжекционных горелках с факелом, рассредоточенным по всему топливнику, и с хорошо организованным подводом вторичного воздуха.