Топливосжигающие устройства печей. Классификация топливосжигающих устройств.

Нагрев заготовок, поковок, деталей в пламенных печах осуществляется за счет теплоты, выделяющейся в результате сгорания топлива (газообразного, жидкого), которое сжигают с помощью специальных топливосжигающих устройств: горелок и форсунок.

Горелки для газа и форсунки для мазута предназначены для ввода топлива и воздуха в топку или рабочее пространство печи, перемешивания горючего с кислородом и воспламенения горючей смеси.

Самой важной задачей топливосжигающих устройств является обеспечение условий образования горючей смеси топлива с воздухом. Смесеобразование осуществляется путем молекулярной и турбулентной диффузии. Молекулярная диффузия является медленным процессом по сравнению с перемешиванием потоков вихрями (турбулентной диффузией). Она имеет место при ламинарном режиме движения потоков топлива и воздуха, а также и внутри вихрей.

Для повышения производительности горелки без ухудшения полноты сгорания газа необходимо увеличить скорость смесеобразования. Скорость можно повысить путем дополнительного увеличения турбулентности потоков, что достигают использованием рассекателей, диффузоров и закручиванием потоков и т. п. Увеличения турбулентности достигают тем или иным способом в зависимости от конкретных условий.

Процесс горения мазута более сложней, чем процесс горения газообразного топлива. Мазут – смесь сложных жидких углеводородов. При горении, как и газообразное топливо, он подвергается своеобразной «газификации» с образованием активных центров.

Беспламенные горелки.

Горелки с предварительным перемешиванием называют беспламенными, так как при этом в рабочее пространство поступают продукты сгорания без видимого факела.

Большой скоростью обеспечивается тщательное предварительное перемешивание газа и воздуха в корпусе горелки. Поэтому для осуществления процесса горения достаточно малых топочных объемов – тоннелей, которые располагают в стенках печи. За счет высокой скорости горения тепловое напряжение тоннелей этих горелок составляет 1 – 12 млн. кДж/(м³∙ч).

Широкое распространение получили горелки с инжекционными смесителями, в которых нужное количество воздуха для горения подсасывается за счет энергии газа, подаваемого струей с высокой скоростью (рис. 5.33). Инжекторы изготовляют с цилиндрическими или коническими трубами – диффузорами (рис. 5.34). Цилиндрические трубы имеют КПД 10 – 15 %, а конические вдвое выше, вследствие того что в диффузорах с углом раскрытия не более 8 % нет отрыва струи от стенок и образования вихрей.

При работе инжекторные горелки забирают непосредственно из помещения холодный воздух, подсасывая его в количестве, пропорциональном подаваемому газу. Чем больше расход газа, тем больше будет разрежение в диффузоре, и, следовательно, возрастает количество подсасываемого воздуха.

Недостаток беспламенных горелок в том, что при снижении скорости подачи смеси в тоннель возможен проскок пламени. Снижение нагрузок беспламенных горелок возможно только до предельной величины, поэтому они имеют узкие пределы регулирования производительности по газу, не превышающие 1 : 4. Беспламенные горелки имеют большие размеры смесителя. Уменьшение размеров смесителя приводит к опасности возникновения проскока пламени. Целесообразным решением явилось создание многосопловых горелок, которые представляют собой комбинацию из семи смесителей с одним общим носком, охлаждаемым водой.

	а) б)
Рис. 5.33. Схема установки инжекционных горелок на нагревательной печи: 1 – газовое сопло; 2 – групповой смеситель (инжектор); 3 – горелки; 4 – огнеупорный тоннель (горелочный камень)	Рис. 5.34. Инжекторы беспламенных горелок: а – цилиндрический: б – конический; 1 – газовое сопло; 2 – труба-смеситель

Беспламенные горелки характеризуются концентрированным горением (коротким факелом) и непригодны для печей, где требуется растянутый факел. Чтобы добиться равномерных температур в длинных печах необходимо размещать большое число мелких горелок по длине рабочего пространства. Это осложняет ремонт, удорожает установку, а применение водяного охлаждения (кроме непосредственного расхода воды) связано с эксплуатационными неудобствами и трудностями.

При сжигании природного газа из-за развивающихся в тоннелях высоких температур возникают трудности в подборе огнестойких материалов для их изготовления, так как дешевые огнеупоры оказываются недостаточно стойкими и быстро разрушаются.