Эффективные горелки конструкции ВНИИМТ
ОАО «ВНИИМТ» предлагает разработку высокоэффективных экономичных горелочных устройств (горелок), для различных видов печей
http://www.vniimt.ru//section/_id/15/

ОАО «ВНИИМТ» предлагает разработку высокоэффективных экономичных горелочных устройств, для различных видов печей

 Горелочные устройства разрабатываются под конкретные требования технологии и используемый вид топлива (газообразное (природный газ, коксовый, доменный, ферросплавный и т.п) жидкое  (мазут, смолы, дизельное топливо),  твердое). С точки зрения технологии по каждой горелке сначала выполняются расчеты, затем проводятся испытания элементов горелочных устройств на стендах ВНИИМТ, затем осуществляется изготовление и выдача всех разрешительных документов. В результате учитываются характеристики факела, его длина, распределение температур в нем,  что улучшает топливную экономичность и экологичность  технологии и обеспечивает качество выпускаемой продукции.

1. Горелки инжекционные

Инжекционными или эжекционными горелками называют устройства, в которых воздух, необходимый для сжигания топлива, нагнетается в рабочий объем за счет энергии струи газа, вытекающего из сопла.

Имеются несколько разновидностей конструкций, различающихся назначением и требуемым расходом воздуха, который необходимо эжектировать через смеситель в зону горения горелки. Если горелка предназначена для термической или нагревательной печи, в рабочем объеме которой давление поддерживается около нуля мм вод.ст., то смеситель горелки должен обеспечивать подсос воздуха в количестве, обеспечивающем полное сгорание топлива.

В ряде случаев горение газа происходит в открытом или частично-ограниченном пространстве. В этом случае нет необходимости подсасывать весь воздух, необходимый для сжигания топлива, так как в горении участвует и воздух, подсасываемый в факел из атмосферы.

Имеется класс печей, в которых по технологическим и экономическим соображениям для охлаждения готового продукта используется воздух, который затем по газоходам перетекает в зоны печи, где производится сжигание топлива.

В этом случае используются инжекционные горелки, обеспечивающие подсос атмосферного воздуха в минимальном объеме, необходимом только для обеспечения воспламенения смеси и стабилизации пламени.

1.1.    Газовые горелки  со струйной стабилизацией ИГС

Устройство предназначено для сжигания природного газа в агрегатах, не имеющих футерованных туннелей и работающих с разрежением в рабочем объеме, а также для работы на открытом воздухе.

1.2.    Горелка ГНПС-0,5/L

Горелка ГНПС-0,5/L предназначена для сжигания природного газа при неполном первичном смешении его с воздухом, эжектируемым в его смеситель. Горелка может использоваться для организации местного нагрева, например, в системах подогрева изложниц литейных машин, при организации тепловых завес и пр.

1.3.    Горелка типа ГПО

Горелки типа ГПО разработаны для сжигания природного газа в печах для обжига анодов. Конструкция и режимы работы горелок определены особенностями системы отопления печей, в которых происходит термообработка анодов, прессованных из кокса. Печь отапливается за счет сжигания летучих компонентов, выделяющихся из анодов при их спекании и природным газом, который сжигается в отапливаемых простенках печи. Горелки устанавливаются на своде простенков. В эти простенки нагнетается воздух, нагретый до 700-8000С в зонах печи, в которых происходит охлаждение готовых изделий. В этой связи, принцип работы горелок ГПО заключается в частичной инжекции вытекающей струей газа воздуха из окружающей атмосферы и сжигание этой смеси в потоке высокотемпературного вторичного воздуха.

1.4.    Эжекционные горелки горнов обжиговых машин (ЭГОМ)

Для отопления горна обжиговых конвейерных машин, применяемых в производстве железорудных окатышей, разработана серия эжекционных горелок тепловой мощностью от 0,5 МВт до 7,0 МВ.

Особенностью системы отопления горнов и горелок является то, что основным окислителем для горения топлива является воздух, который нагревается до 800-10000С при его прохождении через слой обожженных окатышей и перетекает в форкамеры зоны обжига. Горелка устанавливается на торцевой стенке форкамеры на специальной футерованной горелочной плите.

Топливовоздушная часть горелки состоит из коаксиальных каналов подачи газа и воздуха, оканчивающихся соплами. Перед соплами в футеровке торцевой стенке форкамеры установлен горелочный камень таким образом, что обеспечивается проход вторичного воздуха из форкамеры к соплам топливовоздушной части.

 

2. ГОРЕЛКИ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО

ПОДГОТОВЛЕННОЙ СМЕСИ

В этом разделе приведены горелочные устройства для сжигания предварительно подготовленной смеси. Такой способ сжигания применяется в том случае, если необходимо обеспечить максимально короткий и высокотемпературный факел. Смесь газа и воздуха требуемого состава подготавливается в выносных смесителях и по смесепроводу подводится к горелочным устройствам. В ряде случаев в качестве смесителя используется само горелочное устройство, рассчитанное таким образом, чтобы процесс перемешивания завершился до истечения смеси в камеру горения.

2.1. Газовые горелки  ГПС-0,9

Газовая горелка предварительного смешения ГПС-0,9 предназначена для отопления природным газом питателей стекловаренных агрегатов с целью стабилизации температуры расплавленной стекломассы перед ее дальнейшим использованием.

2.2. Блок горелок БГП

Серия горелок предварительного смешения БГП разработана также для систем отопления питателей стекловаренных печей и состоит из трех типоразмеров устройств, отличающихся тепловой мощностью, количеством газовых элементов и длиной коллектора ℓ.

2.3. Горелки ГТПП-50  ГТП-200Д

Горелки предварительного смешения ГТПП-50, ГТП-200Д разработаны для высокотемпературных туннельных печей огнеупорного производства.

Особенностью горелок является работа с предварительным смешением природного газа с первичным холодным воздухом при коэффициенте избытка воздуха 0,8 и последующее смешение подготовленной смеси с вторичным воздухом, нагретым в зоне охлаждения печи до 800-10000С. Горелки имеют жаростойкий металлический или керамический выходной насадок.

2.4. Горелка ГПСК-120

Горелка ГПСК-120 предназначена для распределенного подвода тепла по длине топочной камеры. Горелка имеет смеситель, смесепровод и коллектор, по длине которого установлены сопла. Длина коллектора и количество сопел переменны.

2.5. Горелки ПС-40

Горелка ПС-40 предназначена для сжигания предварительно подготовленной смеси в агрегатах термообработки стальной проволоки или полосы.

Особенностью горелки является наличие двух сочлененных в один блок керамических камер: камеры горения и камеры дожигания. Воспламенение подводимой смеси производится свечой зажигания, установленной после огнепреградителя. Воспламенившаяся смесь выбрасывается в камеру горения, где происходит ее сгорание. Продукты сгорания вытекают в камеру дожигания, где происходит их интенсивная циркуляция и перемешивание и затем истечение в рабочий объем печи при скорости около 60-100 м/с. При этом обеспечивается снижение остаточного кислорода в газах до величины не более 0,003%.

2.6. Горелка ГРФК-35

Горелка ГРФК-35 представляет собой переносное устройство для сжигания природного газа. Оно разработано для тех случаев, когда в тепловом агрегате отверстие для ввода горелки имеет диаметр 38-40 мм при значительной толщине футеровки. Таким агрегатом является, например, медеплавильный конвертор, в боковой стенке которого выполнены отверстия 38 мм для вдувания сжатого воздуха для барботирования расплава при работе в технологическом режиме.

Горелки вводятся в рабочий объем конвертора при технологических паузах для предотвращения охлаждения его футеровки.

2.7. Горелки для местного нагрева изделий

В некоторых производствах периодически возникает необходимость выполнять монтажные и демонтажные работы с применением местного нагрева отдельных элементов оборудования.

К таким работам относятся операции по замене изношенных бандажей прокатных валков или бандажей вальцевых прессов. Кроме того, при ремонтах, например, турбин приходится снимать и надевать на вал ступицы с турбинными лопатками. Эти элементы имеют горячую посадку на вал. Снять их с вала возможно только при интенсивном нагреве, при котором происходит расширение снимаемого элемента с увеличением его диаметра при минимальном нагреве основной массы вала.

Операция нагрева необходима и при надевании ступицы с лопатками на вал.

В ряде случаев при изготовлении крупных толстостенных сосудов возникает необходимость местного подогрева корпуса в районе приварки патрубков.

Во всех случаях требуется применение специальных горелочных устройств, спроектированных применительно к нагреваемым изделиям.

Ниже приведено описание некоторых из разработанных для этой цели горелок.

2.7.1. Горелка для нагрева бандажей ГНБ-0,3

Горелки спроектированы по заданию ОАО "Комбинат Магнезит" в двух вариантах: для наружного нагрева – ГНБ-0,3/Н, и для внутреннего нагрева – ГНБ-0,3/В.

Горелка состоит из трех кольцевых коллекторов, установленных на монтажных стойках на расстоянии 130-150 мм друг от друга. В каждый коллектор с двух сторон выполнен подвод газовоздушной смеси. В месте ввода смеси в коллектор установлен огнепреградитель. Выход смеси производится через систему отверстий, расположенную на боковой стенке коллектора, обращенной в сторону нагреваемой поверхности бандажа, который должен быть установлен в центре кольцевых коллекторов вместе с валом, подвешенным на крановой подвеске. В месте выхода смеси из отверстий коллекторов на коллекторе установлены накладки, образующие сплошной щелевой канал, являющейся камерой воспламенения и стабилизации факела.

Зажигание смеси производится от переносного запальника. Воспламенившаяся смесь формирует кольцевой сходящийся факел с радиальной длиной 100-150 мм, ударяющий в поверхность бандажа, интенсивно нагревая ее до состояния, когда бандаж соскальзывает с вала.

Горение газа происходит как за счет воздуха, содержащегося в вытекающей смеси, так и за счет воздуха окружающей среды.

Горелка для разогрева бандажа со стороны его внутренней поверхности ГНБ-0,3/В. Принципиальное устройство горелки такое же, как и у горелки ГНБ-0,3/Н. Отличие заключается в том, что смесевыпускные отверстия и накладки на коллекторе выполняются с его наружной стороны.

Габаритные размеры горелки и, соответственно, тепловая мощность определяется исходя из габаритных размеров нагреваемой бочки вала или бандажа. При этом необходимо иметь в виду,  что расстояние от коллектора до нагреваемой поверхности должно быть в пределах 100-120 мм.

2.7.2. Горелка ГНДТ-0,2

Горелка предназначена для нагрева ступиц турбинных колес при монтажных работах и состоит из смесеподводящего патрубка и торообразного коллектора с выходными патрубками, огнепреградителями и съемными наконечниками. Коллектор выполнен в  виде полукольца с торцевыми заглушками.

В связи с тем, что вал турбины выполнен ступенчатым и, соответственно, ступицы турбинных колес имеют различный диаметр, выходные наконечники горелки выполняются различной длины от 200 до 405 мм и под различным углом a к плоскости коллектора, от 15 до 450.

При выполнении демонтажных работ, например, при снятии турбинных колес с вала, вал турбины подвешивается на крановой подвеске в вертикальном положении. Вокруг ступицы турбинного колеса, подлежащего снятию, над ней, устанавливаются две горелки. Выходные отверстия съемных наконечников при этом должны быть равномерно удалены от поверхности ступицы на 100-150 мм по всему периметру.

Розжиг горелок производится от переносного запального устройства. В работу включаются одновременно две горелки. Воспламенившаяся смесь при ударе о ступицу создает кольцевое интенсивное пламя, обеспечивающее нагрев ступицы и расширение ее внутреннего диаметра. Это обеспечивает снятие колеса со ступицей  и лопатками с вала под действием ее собственного веса.

3.    КОРОТКОФАКЕЛЬНЫЕ ГОРЕЛКИ

Короткофакельное сжигание газа применяется в тех случаях, когда необходимо организовать интенсивное тепловыделение в ограниченном объеме. Устройство для сжигания газа выполняются, как правило, со смесительными устройствами в виде завихрителей воздуха и сменных газовых сопел, обеспечивающим заданную полноту горения топлива на располагаемой длине рабочего объема.

3.1.Горелки  ГНП (модернизированные)

Горелки предназначены для сжигания природного газа и являются модернизированным вариантом широко распространенных устройств типа ГНП (разработка Теплопроекта).

Все основные габаритные и присоединительные размеры, а также площади проходных сечений оставлены без изменений. Тепловая мощность горелочного ряда из восьми горелок составляет от 0,13 до 2,5 МВт

Горелки выполняются в сварном исполнении со съемными газовыми соплами и взаимозаменяемы с устройствами старого типа. Особенностью горелок является выполнение съёмного завихрителя воздуха с углом поворота лопаток 30-600С. На монтажной плите предусмотрены патрубки для установки запального устройства и фотодатчика.

Горелки могут быть поставлены в комплекте с запальными устройствами, датчиками контроля пламени и горелочными камнями.

3.2. Горелка типа ВН

Горелка типа ВН предназначена для сжигания смеси коксового и доменного газов в нагревательных и термических печах. Разработано два типоразмера горелок.

Теплота сгорания газа – 1700 ккал/м3. Подогрев воздуха до 300 °С.

Горелка имеет съемный завихритель воздуха и газовое сопло с одним осевым и системой боковых отверстий, обеспечивающих равномерное распределение газа в вихревой поток воздуха и полное сжигание газа на длине не более 2,0 м.

3.3. Горелки КВР

Горелка КВР разработана для нагревательных и термических печей и поставляется в двух вариантах исполнения: для горизонтальной и для вертикальной компоновки.

Особенностью горелок является наличие встроенного в газовую часть электрода розжига и контроля пламени, а также осевой камеры воспламенения. Подводимый в горелку газ распределяется на два потока. Один поток газа подается в камеру воспламенения, где он смешивается с частью воздуха и воспламеняется от искрового разряда. Возникшее пламя является дежурным, которое воспламеняет основной газовый поток, вытекающий в закрученный поток воздуха. Кроме того, это пламя контролируется ионизационным датчиком, функцию которого после розжига выполняет высоковольтный электрод.

Горелки поставляются с различными горелочными камнями в зависимости от типа агрегата, на котором предполагается их установка. При вертикальной компоновке на печах для плавления базальта или на печах для обогрева ванн с расплавом цинка агрегатов непрерывного горячего цинкования, горелки поставляются с камнями, форма которых приведена на рис.3.3. В этом случае горелки формируют практически беспламенное сжигание газа, а горелочный камень работает как излучающая чаша.

При установке горелок на боковых стенах печей горелки комплектуются такими же камнями, как и горелки ГНП.

3.4. Горелки типа ГХВ

Устройства предназначены для сжигания природного газа в нагревательных, термических и сушильных печах.

Газовая горелка ГХВ-5

В состав устройства входят: корпус, газовое сопло, камера воспламенения, устройство розжига и устройство контроля пламени, горелочный камень.

Горелка комплектуется горелочным камнем с цилиндрическим каналом или с каналом, имеющим небольшой угол раскрытия или поджатия в зависимости от технологической целесообразности.

Горелка ГХВ-5 может поставляться в комплекте с индивидуальным вентилятором.

Особенностью горелки является встроенная камера зажигания, в которую через её боковые отверстия нагнетается воздух, создавая в ней вихревой поток, и радиальными расходящимися струями нагнетается часть газа. Устройства электророзжига и ионизационного контроля пламени установлены на боковой стенке горелки таким образом, что их рабочие элементы находятся внутри камеры воспламенения.

Горелка ГХВ-40

В состав горелочного устройства входят: воздухоподводяший корпус, выходной канал, газовая часть, горелочный камень.

На крышке газовой части имеются отверстия для установки газовой трубы, визирной трубы для фотодатчика контроля наличия пламени, отверстие для установки устройства розжига, а также смотровой патрубок.

Внутри выходного насадка расположены: завихритель, электрод зажигания, газовое сопло и наконечник визирной трубы. Завихритель представляет собой диск, на периферии которого расположены лопатки, обеспечивающие крутку воздуха, а в центральной части – аксиальные отверстия для выхода воздуха. Газовое сопло имеет 12 радиальных отверстий.

Горелка ГХВ-40 имеет несколько модификаций, различающихся длиной выходного насадка. Модификация зависит от толщины огнеупорной кладки стен печи, на которой устанавливается горелка, т.е. от длины горелочного туннеля. Горелочный туннель составной. Он выполнен из горелочного камня и промежуточных огнеупорных колец.

Горелка может поставляться с горелочным камнем, имеющим конфузорный выходной канал.

3.5. Комбинированные вихревые горелки

Горелки предназначены для раздельного сжигания природного газа и жидкого топлива (мазут, дизельное топливо) в коротком вихревом факеле.

Технические характеристики комбинированных горелок

Горелка имеет тангенциальный завихритель и центрально установленную сменную топливную часть.

У горелок малого размера (ГМТ-0,5) при замене вида топлива топливная часть полностью заменяется. У горелок ГМТ-8, ГМСБ-14 и ГЖУК-20 применена комбинированная топливная часть с установкой газового сопла и жидкотопливной форсунки.

Проход воздуха между лопатками завихрителя регулируется при помощи сменных дистанционных втулок.

Короткофакельные горелки применяют для отопления теплогенераторов, создающих теплоноситель, используемый в сушильных установках. Горелка ГЖВ-3 смонтирована на торцевой стенке футерованной камеры сгорания, выполненной с дополнительной рубашкой охлаждения, в которую нагнетается воздух от отдельного вентилятора. При работе установки воздух интенсивно охлаждает стенки камеры горения и через  щелевой канал подмешивается к выходящим из нее продуктам сгорания. Для облегчения условий работы футеровки камеры горения, сжигание топлива производят с коэффициентом избытка воздуха 1,3¸1,45.

3.6. Скоростные горелки

К короткофакельным горелкам можно отнести устройства со встроенной камерой горения.

Камера горения расположена в воздушном корпусе горелки и выполнена перфорированной по всей длине. Перфорация стенок камеры по её длине выполнена различными отверстиями в связи с различным назначением её передней и задней частей. Передняя часть камеры –  зона предварительного смешения, воспламенения и горения; задняя часть – зона вторичного смешения.

Выходной наконечник сопла выполнен сменным и выбирается в зависимости от требуемой скорости истечения продуктов горения на выходе.

Горелочный камень для работы горелки не требуется.

Разработано шесть типоразмеров горелок ГС-30; ТГЦ-30; ГС-120; ГС-60; ГГН-500; ГГН-1,0. Горелки отличаются тепловой мощностью и элементами смесителей. Горелка ГГН-500 может поставляться в варианте для сжигания жидкого топлива.

При работе горелки газ вытекает в камеру горения через отверстия коллектора в торцевой стенке и интенсивно перемешивается с воздухом, проникающим в камеру через отверстия в передней части боковой стенки, то есть, перемешивание смеси происходит при взаимодействии пересекающихся струй. Воспламенение образовавшейся смеси производится от искрового разряда свечи зажигания или от пламени встроенного запальника.

Режим горения зависит от соотношения расходов топлива и воздуха, подаваемых в горелку. Если горелка предназначена для использования в низкотемпературных печах для термообработки металла, то в горелку подается избыточное количество воздуха. При этом интенсивное сгорание топлива происходит в передней части камеры горения. В задней части камеры горения происходит интенсивное разбавление образовавшихся продуктов воздухом. При этом из выходного наконечника горелки в рабочий объем печи вытекает смесь продуктов горения с воздухом заданной температуры.

Если в горелку подается стехиометрический объем воздуха, то в передней части камеры горения воспламенившаяся смесь сгорает с большим избытком топлива. Догорание остатков топлива происходит во второй части камеры горения и выносится в рабочий объем печи. При этом длина видимой части факела в зависимости от нагрузки может составлять более 1 м. Такой режим горения может привести к перегреву и разрушению выходного сопла.

Следует отметить, что горелки такого типа всегда работают с противодавлением в камере горения. Это усложняет настройку режима работы горелки, так как изменение одного параметра, например, расхода воздуха, приводит к изменению давления в камере горения и создает дополнительный подпор для истечения газа.

Скоростная  горелка ГГН-1,0 поставляется в варианте, обеспечивающем раздельное регулирование подачи воздуха в форкамеру и в камеру вторичного смешения.

На входном воздушном патрубке горелки установлен двухлепестковый клапан, регулирующий раздельно подачу воздуха для горения топлива и для разбавления продуктов горения до требуемой температуры. Для улучшения смешения топлива с первичным воздухом в горелке установлен завихритель, а для разграничения зон горения и вторичного смешения – дополнительная перегородка.

Горелка ГПН-4 разработана для получения высокотемпературного и высокоскоростного факела, способного расплавлять тугоплавкие отложения (настыли), возникающие на футерованных поверхностях отражательных печей и их дымоотводящих каналов.

Горелка состоит из воздухоподводящего корпуса, камеры смешения с газоподводящей частью и опорно-поворотного устройства.

Газовая часть горелки состоит из ствола (кольцевого канала), патрубка для подвода газа и сопла с одним осевым и системой периферийных отверстий. Ствол газовой части соединен с камерой смешения.

Камера смешения состоит из перфорированного корпуса, входного воздухоприемного устройства с отверстиями для входа воздуха и выходной подпорной диафрагмы.

Регулирующее устройство предназначено для перераспределения потоков газа, вытекающих из отверстий газового сопла. Оно состоит из дросселя, тяги, шарнирного механизма, сальникового уплотнения, штурвала, фиксатора и указателя степени открытия дросселя.

При работе горелки происходит интенсивное перемешивание части газа с воздухом в камере смешения и воспламенение этой смеси. Часть газа, выходящая из центрального отверстия сопла, "простреливает" через камеру смешения в рабочее пространство теплового агрегата, формируя направленный скоростной факел вблизи и на поверхности настыля.

Воспламенение газа происходит сначала в выходном наконечнике воздушного корпуса, а затем горение развивается в рабочем объеме теплового агрегата.

Регулирование характеристик факела осуществляется путем изменения расхода воздуха и газа.

Горелка не комплектуется средствами розжига и контроля факела, так как она включается всегда при работе на минимальной нагрузке основных горелок теплового агрегата,  когда температура в рабочем объеме печи не ниже 1000°С.

4. Горелки длиннопламенные

Для печей и топок, в которых необходимо иметь растянутое тепловыделение по длине рабочего пространства, разработаны длиннопламенные горелки различных конструкций. Особенностью горелок является истечение газа и воздуха с низкими скоростями параллельными струями. Горелки оснащены специальными стабилизаторами, обеспечивающими воспламенение газа непосредственно на выходе из горелки и предотвращение отрыва пламени.

В зависимости от технологического назначения горелки могут быть поставлены в различных вариантах компоновки: для горизонтальной, наклонной или вертикальной установки. Длина корпуса горелки также может изменяться в связи с технологическими требованиями.

Ниже приведены общие виды длиннопламенных горелок с указанием основных размеров и особенностью работы.

4.1. Горелка ГНК-0,6

Горелка ГНК-0,6 имеет входной распределитель для равномерного ввода воздуха в корпус горелки и съёмный наконечник, выполненный из жаростойкой стали. Вместо наконечника может применяться горелочный огнеупорный камень. Газовая часть имеет пластинчатый стабилизатор. На оси горелки установлен запальник.

При работе горелки часть газа из сопла радиальными струями вытекает за стабилизатор, где формируется устойчивый запально-дежурный факел. Основной поток газа вытекает вдоль оси горелки, формируя длинное пламя.

4.2. Горелка ГНК-1,0

Горелка ГНК-1,0 выполнена аналогично горелки ГНК-0,6, но отличается от неё тепловой мощностью и размерами.

4.3. Горелка ГНК-1,0(В)

Особенностью горелки является наличие дополнительного канала для подвода в зону горения вторичного воздуха. Для этой цели предусмотрен дополнительный патрубок и выходной канал, расположенный коаксиально каналу для истечения первичного воздуха и газа.

Горелка в таком исполнении обладает дополнительными возможностями по регулированию характеристик факела. При настройке соотношения "газ – первичный воздух", соответствующему коэффициенту расхода воздуха, равному единице, добавка вторичного воздуха по периферийному каналу обеспечивает спутное подмешивание воздуха в факел и снижение его температуры.

Возможен режим работы горелки, при котором коэффициент избытка воздуха в центральном насадке горелки поддерживается на уровне 0,5-0,6. При этом горение центрального факела происходит с большим химическим недожогом и наличием несгоревших продуктов разложения метана – окиси углерода и водорода. При подмешивании в этот поток воздуха из периферийного канала происходит постепенное догорание остатков топлива и дополнительное удлинение факела.

4.4. Горелка типа ГНД

Особенностью горелок этого типа является выполнение стабилизатора факела в виде короткой встроенной камеры предварительного смешения и горения. Камера выполнена с входной и выходной перфорированной стенками, во внутреннюю полость которой попадает часть газа и воздуха. Газ воспламеняется от пламени запальника, установленного на оси газового сопла. Основной поток газа вытекает из сопла вдоль оси горелки, воспламеняясь во встроенной камере, и догорает на большой длине.

4.5. Горелка ГНК-2

Горелка ГНК-2 отличается от предыдущих тепловой мощностью и конструкцией стабилизатора. Стабилизатор, установленный на выходном торце газовой трубы горелки, выполнен в виде перфорированного конуса, оканчивающегося шайбой. Истечение газа происходит из отверстий газового сопла вдоль конической поверхности стабилизатора. Смешение газа и воздуха происходит на пересекающихся струях внутри конуса, а воспламенение смеси – от  пламени запальника, выходное отверстие которого находится в начальной части конуса. Воспламенившаяся обогащенная смесь сгорает в длинном факеле при подмешивании в неё воздуха, вытекающего из корпуса.

4.6. Горелки ГМС

Горелки ГМС включают в себя серию четырех однотипных устройств для сжигания природного газа с номинальными расходами 250, 300, 500 и 700 м3/ч. Горелки рассчитаны на использование холодного воздуха и воздуха, подогретого до 350 °С.

Центральный канал газовой трубы предназначен для установки мазутной форсунки.

 

5. ГОРЕЛКИ  С  РЕГУЛИРУЕМЫМИ  ХАРАКТЕРИСТИКАМИ  ФАКЕЛА

Горелки предназначены для отопления агрегатов, тепловой режим которых изменяется во времени или требуется поиск и настройка оптимальных параметров. К таким агрегатам относятся трубчатые вращающиеся печи металлургического, огнеупорного или строительного производства, вельц-печи, печи для обжига пропантов, прокалки кокса и др.

Регулирование характеристик факела требуется в плавильных отражательных печах, в которых предусмотрено несколько мест для завалки шихты, в качающихся медеплавильных печах для плавки лома с торцевой системой отопления.

В зависимости от того, какие характеристики факела подлежат регулировке, применяют и различные технические средства в горелочных устройствах. К таким средствам относятся:

- изменение степени закрутки потока воздуха в горелке за счет применения лопаточного аппарата с приводом,  позволяющим регулировать угол поворота лопаток. При установке плоскостей лопаток завихрителя вдоль оси горелки поток воздуха в горелке не закручен и смешение топлива с воздухом не интенсивное. При этом формируется длинный факел с малым углом раскрытия. При повороте лопаток на угол 45-600 смешение реагирующих потоков интенсифицируется, угол раскрытия факела увеличивается, а длина факела сокращается;

- угол раскрытия вытекающего из горелки потока воздуха и, соответственно, факела зависит также от расстояния, на котором завихритель воздуха установлен относительно выходного торца горелки. Чем это расстояние меньше, тем угол раскрытия больше.

Для использования этого преимущества в некоторых горелках применен подвижный завихритель, место расположения которого в горелке относительно выходного торца регулируется;

- перераспределение потоков газа на выходе из горелки за счет применения двух подводов газа в горелку, в ее центральный и периферийный каналы. Причем из центрального канала истечение происходит сплошной струей с переменной скоростью, которая регулируется дросселем, изменяющим площадь выходного сечения аксиального сопла. Из периферийного сопла истечение газа происходит в виде системы радиальных струй в вихревой или прямоструйный поток воздуха. При этом обеспечивается различная степень перемешивания потоков и разные характеристики факела;

- действенным средством воздействия на тепловой режим в печи является изменение положения факела в рабочем объеме. Факел может располагаться на оси печи, быть прижатым к пересыпающемуся слою или наоборот удален от слоя. Для этой цели горелки могут поставляться с опорно-поворотным устройством, изменяющим угол наклона горелки по отношению к оси вращения печи.

 При выборе горелок для вращающихся печей следует обращать внимание на следующее обстоятельство.

Горение топлива в печи происходит при его смешении с двумя потоками воздуха. К первому потоку относится воздух, который подводится в печь через корпус горелочного устройства. Этот воздух используется в основном для формирования первичной газовоздушной смеси, организации формы вытекающего потока и стабилизации воспламенения.

Второй поток воздуха формируется из потока, подогретого воздуха, выходящего из охладителя готового материала, и присосов атмосферного воздуха в печь через неплотности торцевой головки и ее сочленения с печью.

В зависимости от особенностей технологического процесса и конструкции печи соотношения этих потоков могут существенно различаться.  Соответственно, при одной и той же мощности горелки расходы первичного воздуха, нагнетаемого в ее корпус, могут существенно различаться в зависимости от фактических расходов вторичного воздуха. Это влечет за собой изменение и габаритных размеров горелки.

Ниже приведены образцы конструкций горелок с регулируемыми характеристиками факела, а их показатели в таблице.

Характеристики разработанных горелок

5.1. Горелка ГПП-2,5

Горелка ГПП-2,5 разработана для отражательной качающейся печи для плавления медного лома с диаметром рабочего объема 2,0 м и длиной 6,0 м. Горелка работает с воздухом, подогретым до 4000С. Конструкция приспособлена для установки двух горелок на торцевой стенке печи под углом 100 к вертикальной плоскости и под углом 150 к горизонту.

Горелка состоит из воздухоподводящего корпуса, газовой части, завихрителя воздуха с устройством поворота лопаток и подвижного дросселя с регулирующим приводом.

Газовая часть горелки состоит из ствола, патрубка для подвода газа и сопла с одним осевым и системой периферийных отверстий.

Регулирующее устройство предназначено для перераспределения потоков газа, вытекающих из отверстий газового сопла. Оно состоит из дросселя, тяги, шарнирного механизма, штурвала, фиксатора и указателя степени открытия дросселя.

Завихритель воздуха предназначен для изменения степени закрутки вытекающего потока воздуха за счет изменения угла поворота лопаток. Завихритель состоит из втулки, в теле которой закреплены оси лопаток, собственно поворотных лопаток, рычагов и каретки с приводом, выведенным за пределы корпуса.

Неотъемлемым элементом горелки является горелочный камень, выполненный из двух составных частей, имеющий внутренний пережим, в котором имеется отверстие для ввода запального устройства.

При работе горелки возможны два варианта выхода газа из сопла – только через боковые отверстия и, одновременно, через центральное и боковые отверстия, и два варианта выхода воздуха – без закрутки и с закруткой при разной интенсивности.

Воспламенение газа происходит в пространстве горелочного камня от запального устройства, затем горение развивается в рабочем объеме теплового агрегата.

Регулирование характеристик факела осуществляется путем изменения расхода воздуха и газа, а также угла наклона лопаток.

Если воздух в корпусе горелки интенсивно закручен, а центральное газовое отверстие в газовом сопле перекрыто дросселем, то весь газ мелкими радиальными струями внедряется в завихренный поток воздуха и в рабочем пространстве горелочного камня образуется хорошо подготовленная смесь, которая интенсивно сгорает коротким пламенем с большим углом раскрытия.

Если центральное газовое отверстие в сопле открыто, то часть газа "простреливает" в горелочный камень по его оси, не успевая перемешаться с воздухом. При этом факел удлиняется, и максимальные температуры в нем достигаются на большом расстоянии от горелки.

Если при этом лопатки завихрителя установлены вдоль оси горелки, то закрутка воздуха отсутствует. Это делает смешение газа с воздухом еще менее интенсивным. При этом факел становится длинным и с малым углом раскрытия.

5.2. Горелка ГВП-4

Горелка ГВП-4 разработана для сжигания природного газа во вращающихся печах.

Газовая часть горелки выполнена из двух коаксиально расположенных труб,  образующих каналы, в которые по отдельным патрубкам подведен газ. Каждый канал оканчивается сменным соплом. На поверхности наружного канала установлен лопаточный завихритель воздуха с приводом.

Корпус горелки имеет съемный выходной наконечник, установленный на штифтах, и приспособлен для двух вариантов монтажа горелки на печи.

Если горелка монтируется на торцевой головке печи неподвижно, то на корпусе горелки выполняется обычный монтажный фланец.

Если горелка выполняется подвижной, то в нижней части ее корпуса выполняются цапфы для монтажа горелки на опорно-поворотном кронштейне.

Кронштейн выполняется в виде навесной конструкции, которая крепится на торцевую стенку головки печи. В нижней части кронштейна на его неподвижном основании устанавливается поворотная платформа, которая может поворачиваться относительно вертикальной оси. На платформе установлены стойки, в которых на оси устанавливаются цапфы корпуса горелки. На этой же стороне корпуса горелки выполнена толкательная опора, которая при помощи тяги соединена с платформой. На кронштейне имеются специальные толкатели и стопоры, которые обеспечивают фиксирование поворота горелки в нужном положении.

При работе горелки воздух, подводимый в ее корпус, регулируется так же, как у горелки ГПП-2,5. Газ вытекает из центрального и (или) периферийного сопел. При этом формируется либо вихревой, либо прямоструйный факел. Расход газа по каждому каналу горелки составляет 400 м3/ч.

При необходимости изменить направление факела в печи в вертикальной плоскости поднимают или опускают заднюю толкательную опору. При этом корпус горелки поворачивается вокруг оси цапфы, и горелка изменяет угол наклона своей оси в вертикальной плоскости.

При необходимости изменить угол поворота горелки в горизонтальной плоскости толкателями поворачивают платформу вместе с цапфами вокруг ее оси.

На торцевой стенке горелки устанавливается электрогазовое запальное устройство и датчик контроля факела. Подводы газа и воздуха к горелке выполняются гибкими рукавами.

5.3. Горелка ГВцП-7

Горелка ГВцП-7 разработана применительно к использованию ее на вельц-печи при сжигании мазута. Горелка состоит из воздухоподводящего корпуса, мазутной форсунки, запального устройства и опорно-поворотного устройства. В горелке применен лопаточный аксиальный завихритель воздуха с приводом. Распыливание топлива производится пневматической форсункой.

Крепление корпуса горелки на опорно-поворотном устройстве выполнено при помощи хомутов, а поворот ее в горизонтальной плоскости осуществляется червячным механизмом. Для уплотнения установочного отверстия в торцевой стенке головки печи предусмотрено прижимное кольцо с пружинными элементами. Корпус горелки на его длине, находящейся в печи, защищен от перегрева наружной тепловой изоляцией. Датчик контроля пламени горелки расположен вне горелки на ее боковой стенке. Выходной наконечник воздушного корпуса – съемный.

5.4. Горелка ГРДП-8

Горелка состоит из двух основных частей: воздушного корпуса и газовой части. Воздушный корпус состоит из цилиндрической обечайки с установочным фланцем и патрубком подвода воздуха. На выходе из горелки установлена перегородка – стенка с футеровкой, обращенной в сторону рабочего объема печи. В этой же стенке установлены шесть цилиндрических патрубков, имеющих расширяющийся входной участок.

Газовая часть состоит из коллектора, на котором крепятся все газовые элементы. Через ось коллектора проходит центральная газовая труба. Причем, полость коллектора и полость центральной трубы между собой не связаны и имеют самостоятельные патрубки для подвода и регулирования расхода газа. На входе в центральную трубу расположена подпорная шайба. На выходе труба заканчивается наконечником с пластинчатым стабилизатором пламени. В стенку газового коллектора вварены шесть труб. Каждая труба оканчивается соплом, перед которым установлен завихритель воздуха. Регулирование длины факела осуществляется за счет перераспределения расхода газа по каналам горелки. Истечение воздуха из горелки всегда происходит в виде прямоструйного потока.

  Распределение газа по каналам горелки зависит от требуемого режима ее работы. Одна часть газа подается по центральной газовой трубе. Другая часть газа подается в газовый коллектор, из которого по периферийным трубам попадает в шесть наконечников сопел. Газ, вытекающий из этих сопел, интенсивно перемешивается с вихревым потоком воздуха в наконечниках. Образующаяся смесь воспламеняется на выходе из горелочных каналов. При этом около устья горелки вокруг центрального потока газовоздушной смеси развиваются шесть короткофакельных вихревых пламеней. Эти вихревые короткие пламена являются поясом для зажигания основного центрального факела. Для надежной стабилизации центрального факела, работающего без отрыва от горелки, расход газа на периферийные сопла должен составлять не менее 20% от общего расхода.

При такой организации подачи энергоносителей длина пламени регулируется, но угол раскрытия его остается практически постоянным. Следует также отметить, что при установке такой горелки на вращающейся печи горение газа происходит также за счет смешения его с воздухом, подсасываемым в печь из охладителя.

5.5. Горелка ГВП-15/L

Горелочное устройство предназначено для сжигания природного газа во вращающейся трубчатой печи при обжиге пропантов и форстеритового щебня. В связи с тем, что две технологии обжига с различным теплопотреблением реализуются последовательно на одной вращающейся печи, для изменения режима работы горелки предусмотрены два типоразмера газовых сопел диаметром 9 и 14 мм.

Сжигание газа производится непосредственно в объеме печи. Установка горелочного камня не требуется.

В связи с тем, что торцевые головки вращающихся печей различаются длиной разгрузочной камеры, для обеспечения одинакового расположения выходного торца горелки при входе в печь, в конструкции горелки предусмотрена переменная длина корпуса L, которую необходимо указывать при заказе. Все остальные размеры горелки и параметры работы оставлены одинаковыми.

Периферийные газовые трубы выполнены в количестве 16 шт. и имеют съемные одноструйные сопла. Сопла установлены в насадках на центрирующих ребрах без завихрителей.

Центральная труба горелки является несущей конструкцией, на которой смонтированы все ее внутренние элементы. По оси этой трубы установлен электрогазовый запальник.

Наружная поверхность корпуса горелки на длине ее, заглубляемой в головку печи, покрыта двумя слоями теплоизоляции: муллитокремнеземистые плиты МКРП-340 и Supersil Sb. Теплоизоляция крепится к корпусу кляммерами.

Горелка формирует прямоструйный факел с малым углом раскрытия. Характеристики ее факела регулируется за счет изменения соотношения газа и воздуха.

5.6. Горелка отражательной печи ГМГП-12

Горелка предназначена для совместного сжигания природного газа и мазута. В режимах нагрева шихты горелка работает только при сжигании природного газа, в режимах плавления и доводки на двух видах топлива.

Горелка состоит из корпуса, газовой части, завихрителя, механизма поворота лопаток, форсунки, запального устройства и датчика контроля пламени

Корпус представляет собой камеру с патрубком подвода воздуха выходного насадка, монтажного фланца с ребрами жесткости, патрубков для установки запальника и датчика контроля пламени.

На торцевом фланце горелки выполнен смотровой патрубок для наблюдения за состоянием внутренних элементов горелки.

Газовая часть состоит из трех коаксиально расположенных труб внутренней (направляющей), малой газовой и внешней газовой труб. Каждая газовая труба имеет патрубок подвода и выходное газовое сопло.

Лопаточный завихритель воздуха смонтирован на внешней газовой трубе горелки. Каждая лопатка при помощи тяги соединена с подвижной кареткой. Приводной механизм смонтирован на торцевом фланце горелки.

Распыливание мазута производится пневматической форсункой, стационарно установленной в центральном канале по оси горелки.

Регулирование характеристик факела (его длины и угла раскрытия)  выполняют за счет изменения угла поворота лопаток завихрителя и перераспределения расходов газа на выходе из сопел в осевом и радиальном направлении. Горелка работает с горелочным камнем, выполненным в футеровке торцевой стенке печи.

5.7. Горелка ГГП-15

Горелка предназначена для сжигания природного газа в плавильной анодной печи, установленной на качающихся опорах.

Горелка состоит из воздушного корпуса, газовой части, завихрителя, механизма поворота лопаток и акустического дросселя-резонатора.

Особенности горелки:

- давление газа перед горелкой на максимальной нагрузке       – 3,5 ати;

- температура подогрева воздуха                                                  – 3000С.

Горелка работает по принципу регулирования характеристик факела за счет изменения степени закрутки воздушного потока, перемешивающегося со струями радиально вытекающего в него потока газа.

Особенностью горелки является также установка на входе в ее газовый тракт акустического дросселя-резонатора. Эта особенность вызвана невозможностью у потребителя снижения давления подводимого газа.

Газ с давлением 3,5 ати подводится во входной патрубок дросселя и со сверхзвуковой скоростью вытекает в резонансную трубу. Взаимодействие газовой струи, вытекающей из сопла Лаваля, со столбом газа в резонансной трубе приводит к возникновению в ней резонансных акустических колебаний. При этом происходит снижение давления вытекающего газа до 0,3 ати, увеличение его объема и распространение по газовому потоку внутри газовой трубы горелки периодических колебаний. Расширившийся поток газа вытекает из отверстий наконечника газового сопла, в виде системы расходящихся пульсирующих струй, которые внедряются в воздушный поток с образованием газовоздушной смеси.

Характеристики образующегося факела зависят от угла поворота лопаток завихрителя воздуха, от соотношения расходов газа и воздуха и от частотных характеристик акустического резонатора, которые могут настраиваться при наладке.

5.8. Горелка ГВП-30

Горелка предназначена для сжигания природного газа во вращающихся печах для кальцинации и прокаливания глинозема. Особенностью горелки является то, что в горелку подается около 70% воздух, необходимый для полного сжигания топлива. Причем, воздух подогрет до 350-4000С в охладителе глинозема и значительно запылен.

Горелка имеет лопаточный завихритель воздуха с приводным механизмом поворота лопаток и газовое сопло, имеющее систему периферийных отверстий для истечения газа и одно осевое отверстие, площадь истечения которого регулируется за счет изменения положения дросселя.

Все механизмы, установленные внутри горелки и которые могут подвергаться абразивному воздействию  набегающим запыленным потоком, закрыты защитным кожухом. Корпус горелки, находящийся внутри печи и ее выходной торец имеют обмазку из огнеупорного бетона.

Горелка устанавливается на корпусе торцевой головки печи стационарно.

5.9. Горелка ГВП-40

Горелка ГВП-40 разработана применительно к системе отопления вращающейся трубчатой печи для обжига огнеупорной глины.

В горелке применены известные средства регулирования характеристик факела: изменение угла поворота лопаток завихрителя воздуха, раздельный подвод газа двумя потоками и истечение газа мелкими радиальными струями и регулируемой аксиальной струей. Особенностью горелки является подвод воздуха в ее корпус в количестве около 10% от необходимого для полного сгорания топлива, так как основной поток воздуха в печь входит из охладителя.

Читать далее в pdf



© ОАО «ВНИИМТ» импортозамещение, энергоэффективные технологии в металлургии и машиностроении