Разновидности газовых. Поговорим о видах газовых котлов для отопления для частного дома

Газовой горелкой называется устройство, обеспечивающее устойчивое сжигание газообразного топлива и регулирования процесса горения.

Основные функции горелок:

· Подача газа и воздуха к фронту горения;

· Смесеобразование;

· Стабилизация фронта пламени;

· Обеспечение требуемой интенсивности процесса горения газа.

Типы газовых горелок

1. Диффузионные горелки.

2. Инжекционные среднего и низкого давления.

3. Кинетические – с принудительной подачей воздуха низкого и среднего давления.

4. Комбинированные газомазутные горелки низкого и среднего давления.

Все горелки должны пройти государственные испытания в специальных испытательных центрах и иметь «Сертификат соответствия российским стандартам»

(Испытания: г.Шахты, Ростовской области, Свердловская область: «Уральский испытательный центр горелочных устройств».

Диффузионная горелка . Диффузия – процесс самопроизвольного проникновения одного вещества в другое.

В диффузионных горелках весь, необходимый для сгорания газа воздух – вторичный. Диффузионные горелки практически нигде не применяются. Диффузионная горелка представляет собой трубу с отверстиями для выхода газа, расстояние между отверстиями определяется с учетом распространения пламени от одного отверстия к другому. В такую горелку подается чистый газ без примеси воздуха. Горелки маломощные, требуют большой объем топочного пространства или подачу воздуха в топку вентилятором.

В промышленности на старых заводах применяется подово-щелевая диффузионная горелка, представляющая собой трубу Æ 57мм с высверленными на ней в 2 ряда отверстиями.

К преимуществам диффузионных горелок можно отнести простоту конструкции и устойчивое пламя.

Инжекционная горелка. Подсос воздуха за счет разряжения, создаваемого струей истекающего газа, называется инжекцией, или подсос воздуха осуществляется за счет энергии струи газа. Инжекционные горелки бывают с неполной (50…60%) инжекцией воздуха и полной инжекцией.

В инжекционных горелках в горении участвует воздух первичный (50…60%) и вторичный из объема топки. Горелки эти называются еще саморегулирующимися (т.е., чем больше подача газа, тем больше засасывается воздуха).

Недостатки этих горелок: нуждаются в стабилизации пламени от отрыва и проскока. Горение – с шумом при работе.

Достоинства горелок: простота конструкции, надежность в работе, возможность полного сжигания газа, возможность работы на низких и средних давлениях, подача воздуха за счет энергии струи газа, что экономит электрическую энергию (вентилятора).

Основными частями инжекционных горелок являются:

· Регулятор первичного воздуха (1);

· Сопло (2);

· Смеситель (3).

Регулятор первичного воздуха представляет собой вращающийся диск, шайбу или заслонку, с помощью которых регулируется подача первичного воздуха.

Сопло служит для превращения потенциальной энергии давления газа – в кинетическую (скоростную), т.е. для придания газовой струе такой скорости, которая обеспечивала бы необходимый поток воздуха.

Смеситель горелки состоит из 3-х частей:

· Инжектора (4);

· Конфузора (5);

· Диффузора (7).

В инжекторе создается разрежение и создается подсос первичного воздуха.

Самая узкая часть горелки – конфузор, в котором происходит выравнивание газо-воздушной смеси.

В диффузоре происходит окончательное перемешивание газовоздушной смеси и увеличение ее давления за счет снижения скорости.

Горелка с принудительной подачей воздуха. Это кинетическая или двухпроводная горелка. Воздух для сгорания газа подается в горелку принудительно вентилятором 100%, т.е. весь воздух первичный. Горелка эффективная, большой мощности, не требует большого топочного пространства. Работает на низком и среднем давлении газа, нуждается в стабилизации пламени от отрыва и проскока.

В горелке имеется завихритель воздуха, предназначенный для полного перемешивания газа с воздухом внутри горелки.

У горелки имеется керамический туннель, выполняющий функции стабилизатора.

Комбинированные газомазутные горелки. У этих горелок помимо газовой части имеется форсунка для распыливания жидкого топлива. Одновременное сжигание газа и жидкого топлива разрешается кратковременно при переходе с одного вида топлива на другой.

Форсунка представляет собой конструкцию типа труба в трубе. По центральной трубе подается жидкое топливо, по межкольцевому пространству подается распыливающий воздух или пар.

Газовыми приборами называют устройства, использующие тепловую энергию, получаемую от сжигания газа, для приготовления пищи, получения горячей воды для хозяйственных нужд и отопления помещений.

Газовые приборы подразделяются на устройства для приготовления пищи – кухонные многогорелочные напольные плиты, настольные и туристские; устройства для нагрева воды – проточные и емкостные водонагреватели; отопительные приборы с использованием воздуха или воды в качестве теплоносителя.

В жилых зданиях разрешается предусматривать установку отопительного газового оборудования для поквартирного отопления, горячего водоснабжения и бытовых плит. Этажность жилых зданий при установке газового оборудования для отопления и горячего водоснабжения с отводом продуктов сгорания в дымовой канал и газовых плит принимается по СНиП 2.08.01.

Установку газовых плит в жилых зданиях следует предусматривать в помещениях кухонь высотой не менее 2,2 м, имеющих окно с форточкой (фрамугой) или конструкцией жалюзийного типа, вытяжной вентиляционный канал и естественное освещение. При этом внутренний объем помещений кухонь должен быть, м3, не менее:

– для газовой плиты с 2 горелками - 8;

– то же с 3 горелками - 12;

– то же с 4 горелками - 15.

В существующих жилых зданиях допускается установка газовых плит:

– в помещениях кухонь высотой не менее 2,2 м и объемом не менее, приведенных выше требований, при отсутствии вентиляционного канала и невозможности использования в качестве такого канала дымоходов, но при наличии в помещении окна с форточкой (фрамугой) в верхней части окна или конструкции жалюзийного типа;

– в коридорах отдельных квартир при наличии в коридоре окна с форточкой или фрамугой в верхней части окна, при этом проход между плитой и противоположной стеной должен быть шириной не менее 1 м, стены и потолки коридоров из горючих материалов должны быть оштукатурены, а жилые помещения отделены от коридора плотными перегородками и дверью;

– в кухнях с наклонными потолками, имеющих высоту в средней части не менее 2 м, установку газового оборудования следует предусматривать в той части кухни, где высота не менее 2,2 м.

В существующих жилых зданиях высотой до 10 этажей включительно допускается установка газовых плит в помещениях, имеющих высоту менее 2,20 м до 2,0 м включительно, если эти помещения имеют объем не менее чем в 1,25 раза больше нормативного. При этом в зданиях, не имеющих выделенной кухни, объемы помещений, где устанавливаются газовые плиты, должны быть в два раза больше (наличие вентиляционного канала обязательно). При невозможности выполнения указанных требований установка газовых плит в таких помещениях может быть допущена в каждом конкретном случае по согласованию с местным органом санитарного надзора и местным органом газового надзора.

Допускается установка газовых бытовых плит в строениях (летних кухнях), расположенных вне жилого здания.

Для горячего водоснабжения следует предусматривать проточные или емкостные газовые водонагреватели, а для отопления и горячего водоснабжения – емкостные газовые водонагреватели, малометражные отопительные котлы и другое отопительное газовое оборудование (конвекторы, калориферы, камины, термоблоки), предназначенное для работы на газовом топливе.

Допускается перевод на газовое топливо малометражных (малогабаритных) отопительных котлов заводского изготовления, предназначенных для твердого или жидкого топлива. Переоборудованные на газовое топливо отопительные установки должны быть оборудованы газогорелочными устройствами с автоматикой безопасности. В одном помещении жилых зданий не допускается предусматривать установку более двух емкостных водонагревателей или двух малометражных отопительных котлов или двух других типов отопительного газового оборудования.

Для отопления помещений жилых зданий высотой до 10 этажей включительно допускается предусматривать газовые камины, конвекторы, калориферы и другие типы отопительного газового оборудования заводского изготовления с отводом продуктов сгорания через наружную стену здания (по схеме, предусмотренной заводом-изготовителем). При этом подачу газа к газовому оборудованию, устанавливаемому в помещениях жилого здания (в том числе и расположенных в них общественных учреждениях) следует предусматривать самостоятельными ответвлениями, на которых в местах присоединения к газопроводу должно устанавливаться вне помещений, где установлено газовое оборудование, отключающее устройство. Соединение труб, прокладываемых в жилых (служебных) помещениях следует выполнять сварными, резьбовые соединения допускаются только в местах подключения газопровода к отопительному газовому оборудованию и установки отключающего устройства перед ним. Газогорелочные устройства отопительного газового оборудования должны быть оснащены автоматикой безопасности и регулирования. Допускается установка в кухне проточного газового водонагревателя кухонного типа (тепловой мощностью до 10 кВт), предназначенного для кратковременной работы с выходом продуктов сгорания в помещение при условии обеспечения невозможности одновременного пользования газовой плитой и водонагревателем путем установки L - подобного трехходового крана, который позволяет пользоваться только одним прибором, при этом:

– объем кухни должен быть не менее 21 м 3 ;

– количество удаляемого воздуха из помещения кухни, согласно требованиям СНиП 2.08.01 должно быть не менее 90 м 3 /ч;

– в помещении кухни следует устанавливать сигнализатор микроконцентраций окислов углерода с блоком (клапаном) автоматического отключения подачи газа к водонагревателю.

Установку водонагревателей, отопительных котлов и отопительных аппаратов с отводом продуктов сгорания в дымоход или через наружную стену здания следует предусматривать в кухнях или в обособленных нежилых помещениях, предназначенных для их размещения. Отопительные аппараты конвекторного типа с герметической камерой сгорания и отводом продуктов сгорания через наружную стену здания (по схеме, предусмотренной заводом-изготовителем) могут устанавливаться в жилых и служебных помещениях. Тепловая мощность конвекторов, устанавливаемых в жилых помещениях не должна превышать 7,5 кВт.

Установку газового отопительного оборудования суммарной тепловой мощностью до 30 кВт разрешается предусматривать в помещении кухни (независимо от наличия плиты и проточного водонагревателя) или в обособленном помещении, внутренний объем кухни при установке отопительного оборудования с отводом продуктов сгорания в дымоход, должен быть на 6 м3 больше. Отвод продуктов сгорания от отопительных аппаратов тепловой мощностью до 30 кВт разрешается производить через дымоход или через наружную стену здания.

Установку газового отопительного оборудования тепловой мощностью более 30 кВт до 200 кВт следует предусматривать в обособленных нежилых, встроенных или пристроенных к жилым зданиям помещениях, отвечающим следующим требованиям:

Обособленные встроенные и пристроенные помещения, где размещается отопительное газовое оборудование суммарной тепловой мощностью от 30 до 200 кВт должно отвечать следующим требованиям:

– высота помещения не менее – 2,5 м;

– наличие естественной вентиляции из расчета: вытяжка – в объеме трехкратного воздухообмена в час; приток – в объеме вытяжки плюс дополнительного количества воздуха для горения газа (при заборе воздуха из помещения);

– размеры вытяжных и приточных устройств должны определяться расчетом;

– объем помещения следует предусматривать не менее приведенного в табл. 8.1.

Таблица 8.1.

Обособленные помещения для размещения отопительного оборудования суммарной тепловой мощностью свыше 30 до 200 кВт и помещения в подвалах жилых зданий, принадлежащих гражданам на правах личной собственности для размещения отопительного оборудования, должны иметь естественное освещение из расчета остекления 0,03 м 2 на 1 м 3 объема помещения и ограждающие от смежных помещений конструкции с пределом огнестойкости не менее 0,75 ч и пределом распространения огня по конструкции, равным нулю.

При установке в кухнях и помещениях жилых зданий проточных и емкостных газовых водонагревателей, малометражных отопительных котлов и других отопительных аппаратов, предназначенных для работы на газовом топливе и имеющих отводы продуктов сгорания в дымоходы, следует предусматривать контроль микроконцентраций угарного газа 0,005% (объемных) СО и контроль довзрывных концентраций газа (20% нижнего концентрационного предела воспламеняемости далее - НКПВ) путем установки квартирных сигнализаторов с выводом на индивидуальную предупредительную сигнализацию.

Эти требования не распространяются на помещения, в которых устанавливаются газовые конвекторы, проточные и емкостные водонагреватели и отопительное оборудование с герметической камерой сгорания, у которых забор воздуха для горения и отвод продуктов сгорания газа производится через наружную стену здания. Допускается применение сигнализаторов с отключающими газ устройствами.

Во всех газифицированных природным газом и негазифицированных жилых зданиях (кроме усадебных) газифицированных населенных пунктов рекомендуется предусматривать контроль довзрывных концентраций газа (20% НКПВ) путем установки сигнализаторов в подвалах, технических подпольях, а при отсутствии подвалов и технических подполий в цокольных и первых этажах с выводом на коллективную предупредительную сигнализацию и на объединенную диспетчерскую службу (далее - ОДС) при ее наличии. Установку сигнализаторов следует осуществлять в соответствии с «Техническими требованиями и правилами по применению сигнализаторов довзрывоопасных концентраций топливных газов и микроконцентраций угарного газа в воздухе помещений жилых зданий и общественных зданий и сооружений».

Согласно ГОСТ Р 50696-2006 все бытовые газовые приборы для приготовления пищи, работающие на природном или сжиженном углеводородном газе подразделяются на три категории в зависимости от потребляемого газа по ГОСТ Р 50696-2006.

Газовые плиты.

Устройство бытовых газовых плит можно рассмотреть на примере плиты ПГ -4/1, изображенной на рисунке. Каркас плиты из эмалированной стали снабжен всем оборудованием, при этом стол плиты из стали или чугуна закрепляют наглухо к раме или подвешивают на шарнирах, чтобы его можно было откидывать, облегчая доступ к горелкам. Конфорки плит – одинарные и представляют собой ажурную подставку, свободно пропускающую вторичный воздух к пламени, что не мешает отдачи теплоты при горении газа. Конфорки с более высокими ребрами, призваны облегчить доступ вторичного воздуха к пламени, необходимы для посуды с широким дном. Существуют конфорки спаренные, монтирующиеся вместе со столом. Верхние горелки одинакового устройства и стандартных габаритов. С помощью рассекателя горелки обеспечивается уменьшение высоты факела пламени и облегчение вторичного воздуха внутрь пламени. Все это способствует максимальной полноте сгорания газа. Ее корпус при этом выполняет функцию смесителя. В нем происходит перемешивание первичного воздуха и газа, т. е. образование газовоздушной горючей смеси. С помощью регулятора первичного воздуха можно регулировать его количество в газовоздушной смеси.

Высота кухни, в которой устанавливают газовую плиту, должна быть не менее 2,2 м. При этом помещение кухни должно иметь окна офорточкой и вытяжной вентиляционный канал.

Основное требование для всех газогорелочных устройств- полное сжигание газа, т. е. отсутствие горючих или токсичных газов в продуктах горения. Для газогорелочных устройств содержание окиси углерода СО не должно превышать 0,02% по объему, если продукты горения не отводятся в дымоход (газовые плиты) и не свыше 0,1%,если продукты горения отводятся в дымоход (колонки у ванн, водонагреватель).

Рис. 8.4. Установка плиты:

1 - газовый стояк (вариант I), 2 - газовый стояк (вариант II), 3, 4 - гильзы, 5 - натяжной газовый муфтовый кран

В жилых домах для приготовления пищи и подогрева небольшого количества воды для бытовых нужд применяют газовые плиты ПГ-4, ПГ-3, ПГ-2 соответственно четырех–, трех– и двухгорелочные. Газовые плиты работают на природном или сжиженном газе с номинальным давлением соответственно 130 и 300 мм вод.ст.

Горелка для газовой плиты работает следующим образом. Засасываемый горелкой воздух поступает через отверстия 1, закрываемые поворотным диском. Газ поступает через отверстие канала в корпусе крана 4 и смешивается с воздухом в смесителе 2 горелки. Верх горелки закрыт колпачком 3 с отверстием для подвода воздуха снизу.

Установка газовой плиты ПГ- 4 показана на рис.8.4 Газовый стояк 1 или 2 может быть расположен сзади (вариант I) плиты или в углу (вариант II).

Расстояние от неизолированной боковой стены духового шкафа плиты до деревянных элементов встроенной мебели должно быть не менее 150 мм.

Подводку газопровода к двух–, трех– и четырехгорелочным плитам с духовым шкафом устраивают из труб диаметром 20 мм, а для двухгорелочных плит без духового шкафа и таганов -из труб диаметром 15 мм. К плите трубопроводы присоединяют с помощью угольника и сгона. Пробковый кран устанавливают на вертикаль» ном участке подводки на высоте 1100 мм от пола.

Бытовые газовые водонагреватели.

Прежде, чем приступить к выбору газовой колонки, нам нужно иметь представление об ее устройстве, принципе работы, узнать технические характеристики. В данном случае цена не может быть показателем качества изделия. Даже самое дорогое изделие окажется малоэффективным, если при выборе вы не будете руководствоваться техническими характеристиками, не учтете особенности эксплуатации и т.д. Газовые водонагреватели бывают проточного и накопительного типа. Чаще всего встречаются проточные водонагреватели. Это связано с тем, что водонагреватели такого типа имеют высокую производительность и компактные размеры.

Водонагреватель - это достаточно сложный бытовой прибор (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Проточный водонагреватель

Он позволяет в максимально короткие сроки обеспечить потребителей горячей водой в нужном объеме с минимальными затратами природного газа. Защитный корпус не только закрывает несанкционированный доступ к основным узлам и элементам работающей газовой колонки, но и предохраняет пользователей от возможных травм в процессе эксплуатации изделия.

Наличие продуктов сгорания подразумевает подключение газовой колонки к дымоходу, которую не следует путать с кухонной вентиляцией.

Современные газовые колонки могут иметь герметичные камеры сгорания, такие же, как и у отопительных котлов. Это позволяет выводить продукты сгорания непосредственно через специально оборудованный в стене дымоход и быть менее стесненным с выбором места установки газовой колонки.

Под крышкой колонки находится теплообменник, который чаще всего изготавливают из меди и газовые горелки. Именно здесь происходит нагрев холодной воды. От качества воды во многом будет зависеть срок службы теплообменника. Слишком жесткая вода часто становится причиной «зарастания» трубок теплообменника известковыми отложениями. С этим явлением можно бороться разными способами - как дополнительной фильтрацией, так и антинакипной обработкой воды. Это не исключает необходимости промывки теплообменников ингибированными кислотами.

Розжиг газовой колонки осуществляется от источника открытого огня или электроискровым устройством.

Бытовые газовые котлы.

Устройство и принцип работы:

В конструкцию входят:

– горелка;

– теплообменник;

– термостат;

– устройство управления;

– один или два циркуляционных насоса;

– расширительный бак;

– манометр;

– термометр.

Термостат находится в отапливаемом помещении и постоянно измеряет температуру воздуха. Когда становится холодно, трехходовой клапан переходит в режим «отопление», включается циркулярный насос, который перемещает теплоноситель по отопительному контуру. Затем открывается газовый клапан и зажигается горелка. В теплообменнике продукты сгорания нагревает воду. Встроенные манометр и термометр контролируют температуру и давление жидкости.

По достижении расчетной температуры насос отключается. Через некоторое время вся процедура повторяется.

Рис. 8.6. Водогрейный бытовой котел

В зависимости от функциональных возможностей выделяют одноконтурные и двухконтурные аппараты. Первые могут быть использованы только в качестве источника тепла. Они подключаются к системе отопления и во время циркуляции воды нагревают ее.

Двухконтурные котлыосуществляют также и горячее водоснабжение. Для этого они подключаются к системе ГВС.

Наиболее эффективны конденсационные котлы. Их КПД выше других типов, поскольку в них используется теплота конденсации водяного пара, образующегося при сжигании газа.

Примером одноконтурного котла может служить модель Protherm Гепард 23 MTV 0010007995. К нему можно подключить бойлер косвенного нагрева.

Место установки – еще один критерий для классификации газовых котлов.

Напольные зачастую довольно тяжелы. Они должны располагаться на специальной платформе из негорючих материалов.

Настенные – менее мощные, их очень удобно использовать в квартирах (обычное место установки – кухня). Могут располагаться в любом месте на стене, разрешенном нормативными документами. Отличаются компактностью. При их монтаже важно качество крепления к стеновой конструкции.

Материал теплообменника определяет срок эксплуатации. Агрегаты, теплообменник которых выполнен из стали (как, например, у настенного котла Protherm Пантера 25 КОО), характеризируются высокой мощностью и КПД.

Чугунные теплообменники более надежны, поскольку толщина стенок исключает возможность прогара, и их срок эксплуатации может достигать 50 лет.

Жидкое и газообразное. Практически любая жидкость может обрести каждое из оставшихся двух. Многие твердые тела при плавлении, испарении или сгорании могут пополнить содержимое воздуха. Но не каждый газ может стать компонентом твердых материалов или жидкостей. Известны разные виды газов, которые отличаются между собой по свойствам, происхождению и особенностям применения.

Определение и свойства

Газ - это вещество, для которого характерно отсутствие или минимальное значение межмолекулярных связей, а также активная подвижность частиц. Основные свойства, которые имеют все виды газов:

Текучесть, деформируемость, летучесть, стремление к максимальному объему, реакция атомов и молекул на понижение или повышение температуры, которая проявляется изменением интенсивности их движения.
Существуют при температуре, в условиях которой повышение давления не приводит к переходу в жидкое состояние.
Легко сжимаются, уменьшаясь в объеме. Это упрощает транспортировку и использование.
Большинство сжижается путем сжатия в определенных границах давлений и критических значений теплоты.

В силу исследовательской труднодоступности описываются с помощью таких основных параметров: температура, давление, объем, молярная масса.

Классификация по месторождению

В природной среде все виды газов находятся в воздухе, земле и в воде.

Составные воздуха: кислород, азот, углекислый газ, аргон, окись азота с примесями неона, криптона, водорода, метана.
В земной коре азот, водород, метан и другие углеводороды, углекислый газ, оксид серы и прочие находятся в газообразном и жидком состоянии. Также существуют газовые залежи в твердой фракции в смеси с пластами воды при давлениях около 250 атм. при относительно низких температурах (до 20˚С).
Водоемы содержат растворимые газы - хлороводород, аммиак и плохо растворимые - кислород, азот, водород, диоксид углерода и др.

Природные запасы намного превышают возможное количество искусственно созданных.

Классификация по степени горючести

Все виды газов, в зависимости от поведенческих характеристик в процессах возгорания и горения, делятся на окислители, инертные и горючие.

Окислители способствуют возгоранию и поддерживают горение, но сами не горят: воздух, кислород, фтор, хлор, окись и двуокись азота.
Инертные не участвуют в горении, однако имеют свойство вытеснять кислород и влиять на снижение интенсивности процесса: гелий, неон, ксенон, азот, аргон,
Горючие загораются или взрываются, соединяясь с кислородом: метан, аммиак, водород, ацетилен, пропан, бутан, этан, этилен. Большинство из них характеризуется горением только в условиях определенного состава газовой смеси. Благодаря этому свойству, газ - вид топлива, на сегодняшний день самый распространенный. В этом качестве используются метан, пропан, бутан.

Углекислый газ и его роль

Является одним из наиболее распространенных газов в атмосфере (0,04 %). При нормальной температуре и атмосферном давлении имеет плотность 1,98 кг/м 3 . Может находится в твердом и жидком состоянии. Твердая фаза наступает при отрицательных показателях тепла и постоянном атмосферном давлении, она именуется «сухой лед». Жидкая фаза СО 2 возможна при повышении давления. Это свойство используется для хранения, транспортировки и технологического применения. Сублимация (переход в газообразное состояние из твердого, без промежуточной жидкой фазы) возможна при -77 - -79˚С. Растворимость в воде в соотношении 1:1 реализуется при t=14-16˚С.

Виды углекислого газа различают в зависимости от происхождения:

Продукты жизнедеятельности растений и животных, выбросы вулканов, газовые выделения из недр земли, испарения с поверхности водоемов.
Результаты деятельности человека, в том числе выбросы в результате сгорания всех видов топлива.

Как полезное вещество, применяется:

В углекислотных огнетушителях.
В баллонах для дуговой сварки в соответствующей среде СО 2 .
В пищевой промышленности как консервант и для газирования воды.
Как хладагент для временного охлаждения.
В химической промышленности.
В металлургии.

Будучи незаменимой составляющей жизни планеты, человека, работы машин и целых заводов, накапливается в нижних и верхних слоях атмосферы, задерживая выход тепла и создавая «парниковый эффект».

и его роль

Среди веществ природного происхождения и технологического назначения выделяют такие, которые имеют высокую степень горючести и теплотворности. Для хранения, транспортировки и применения используются следующие виды сжиженного газа: метан, пропан, бутан, а также пропан-бутановые смеси.

Бутан (С 4 Н 10) и пропан являются компонентами нефтяных газов. Первый сжижается при -1 - -0,5˚С. Транспортировка и применение в морозную погоду чистого бутана не осуществляется по причине его замерзания. Температура сжижения для пропана (С 3 Н 8) -41 - -42˚С, критическое давление - 4,27 МПа.

Метан (СН 4) - основная составляющая Виды источника газа - залежи нефти, продукты биогенных процессов. Сжижение происходит с помощью поэтапного сжатия и снижения теплоты до -160 - -161˚С. На каждом этапе сжимается в 5-10 раз.

Сжижение осуществляется на специальных заводах. Выпускаются пропан, бутан, а также их смесь для бытового и промышленного использования по отдельности. Метан применяется в промышленности и в виде топлива для транспорта. Последний также может выпускаться и в сжатом виде.

Сжатый газ и его роль

В последнее время популярность приобрел сжатый природный газ. Если для пропана и бутана применяется исключительно сжижение, то метан может выпускаться как в сжиженном, так и в сжатом состоянии. Газ в баллонах под высоким давлением в 20 МПа имеет ряд преимуществ перед общеизвестным сжиженным.

Высокая скорость испарения, в том числе при отрицательных температурах воздуха, отсутствие негативных явлений накопления.
Более низкий уровень токсичности.
Полное сгорание, высокий КПД, отсутствие негативного влияния на оборудование и атмосферу.

Все чаще находит применение не только для грузовых, но и для легковых автомобилей, а также для котельного оборудования.

Газ - малозаметное, но незаменимое вещество для жизнедеятельности человека. Высокая теплотворная способность некоторых из них оправдывает широкое использование различных компонентов природного газа в качестве топлива для промышленности и транспорта.

Газовая горелка - это устройство для смешения кислорода с газообразным топливом с целью подачи смеси к выходному отверстию и сжигания её с образованием устойчивого факела. В газовой горелке газообразное топливо, подаваемое под давлением, смешивается в смесительном устройстве с воздухом (кислородом воздуха) и образовавшаяся смесь поджигается на выходе из смесительного устройства с образованием устойчивого постоянного пламени.

Газовые горелки обладают широким спектром достоинств. Конструкция газовой горелки очень проста. Ее запуск занимает доли секунды и работает такая горелка практически безотказно. Газовые горелки используются для отопительных котлов или промышленного применения.

Сегодня существует два основных вида газовых горелок, их разделение ведется в зависимости от используемого метода образования горючей смеси (состоящей из топлива и воздуха). Различают атмосферные (инжекторные) и наддувные (вентиляционные) устройства. В большинстве случаев первый вид является частью котла и входит в его стоимость, второй же вид чаще всего приобретается отдельно. Наддувная горелка газовая в качестве инструмента горения более эффективна, поскольку в них подача воздуха осуществляется специальным вентилятором (встроенным в горелку).

Назначениями газовых горелок являются:

– подача газа и воздуха к фронту горения;

– смесеобразование;

– стабилизация фронта воспламенения;

– обеспечение требуемой интенсивности горения.

Типы газовых горелок:

Диффузионная горелка – горелка, в которой топливо и воздух
смешиваются пригорении.

Инжекционная горелка – газовая горелка с предварительным смешиванием газа с воздухом, у которой одна из сред, необходимых для горения, подсасывается в камеру горения другой среды (синоним– эжекционная горелка)

Горелка с полым предварительным смешением – горелка, в которой газ смешиваетсяс полным объемом воздуха перед выходными отверстиями.

Горелка не с полым предварительным смешением – горелка, в которой газ не полностью смешивается с воздухом перед выходными отверстиями. Атмосферная газовая горелка – инжекционная газовая горелка с частичным предварительным смешением газа с воздухом, использующая вторичный воздух среды, окружающей факел.

Горелка специального назначения – горелка, принцип действия и конструкцию которой определяет тип теплового агрегата или особенности технологического процесса.

Рекуперативная горелка – горелка, снабженная рекуператором для подогрева газа или воздуха

Регенеративная горелка – горелка, снабженная ре генератором для подогрева газа или воздуха.

Автоматическая горелка – горелка, оборудованная автоматическими устройствами: дистанционным запальным, контроля пламени, контроля давления топлива и воздуха, запорными клапанами и средствами управления, регулирования и сигнализации.

урбинная горелка – газовая горелка, в которой энергия вытекающих струй газа используется для привода встроенного вентилятора, нагнетающего воздух в горелку.

Запальная горелка – вспомогательная горелка, служащая для розжига основной горелки.

Наиболее применимы на сегодняшний день классификация горелок по способу подачи воздуха, которые делятся на:

– бездутьевые – воздух поступает в топку за счет разрежения в ней;

– инжекционные – воздух засасывается за счет энергии струи газа;

– дутьевые – воздух подается в горелку или топку с помощью вентилятора.

Используют газовые горелки при различных давлениях газа: низком – до 5000 Па, среднем – от 5000 Па до 0,3 МПа и высоком – более 0,3 МПа. Чаще используют горелки, работающие на среднем и низком давлении газа.

Большое значение имеет тепловая мощность газовой горелки, которая бывает максимальная, минимальная и номинальная.

При длительной работе горелки, где газа расходуется большее количество без отрыва пламени, достигается максимальная тепловая мощность.

Минимальная тепловая мощность возникает при устойчивой работе горелки и наименьших расходах газа без проскока пламени.

При работе горелки с номинальным, обеспечивающим максимальный КПД при наибольшей полноте сжигания, расходом газа достигается номинальная тепловая мощность.

Допускается превышение максимальной тепловой мощности над номинальной не более чем на 20%. В случае если номинальная тепловая мощность горелки по паспорту 10000 кДж/ч, максимальная должна быть 12000 кДж/ч.

Еще одной важной особенностью газовых горелок является диапазон регулирования тепловой мощности.

На сегодня используется большое количество горелок различной конструкции. Выбирается горелка по определенным требованиям, к которым относятся: устойчивость при изменениях тепловой мощности, надежность в эксплуатации, компактность, удобство при обслуживании, обеспечение полноты сгорания газа.

Основные параметры и характеристики используемых газогорелочных устройств определены требованиями:

– тепловая мощность, вычисляемая как произведение часового расхода газа, м 3 /ч, на его низшую теплоту сгорания, Дж/м 3 , и являющаяся главной характеристикой горелки;

– параметры сжигаемого газа (низшая теплота сгорания, плотность, число Воббе);

– номинальная тепловая мощность, равная максимально достигаемой мощности при длительной работе горелки с минимальным " коэффициентом избытка а воздуха и при условии, что химический недожог не превышает установленных для данного типа горелок значений;

– номинальное давление газа и воздуха, соответствующее номинальной тепловой мощности горелки при атмосферном давлении в топочной камере;

– номинальная относительная длина факела, равная расстоянию по оси факела от выходного сечения (сопла) горелки при номинальной тепловой мощности до точки, где содержание углекислого газа при α = 1 равно 95% его максимального значения;

– коэффициент предельного регулирования тепловой мощности, равный отношению максимальной тепловой мощности к минимальной;

– коэффициент рабочего регулирования горелки по тепловой мощности, равный отношению номинальной тепловой мощности к минимальной;

– давление (разрежение) в топочной камере при номинальной мощности горелки;

– теплотехнические (светимость, степень черноты) и аэродинамические характеристики факела;

– удельная металло– и материалоемкость и удельный расход энергии, отнесенные к номинальной тепловой мощности;

– уровень звукового давления, создаваемый работающей горелкой при номинальной тепловой мощности.

Требования к горелкам

На основании опыта эксплуатации и анализа конструкции горелочных устройств можно сформулировать основные требования к их конструкции.

Конструкция горелки должна быть наиболее простой: без подвижных частей, без устройств, изменяющих сечение для прохода газа и воздуха и без деталей сложной формы, расположенных вблизи носика горелки. Сложные устройства при эксплуатации себя не оправдывают и быстро выходят из строя под действием высоких температур в рабочем пространстве печи.

Сечения для выхода газа, воздуха и газовоздушной смеси следует отрабатывать в процессе создания горелки. В процессе эксплуатации все эти сечения должны быть неизменными.

Количество газа и воздуха, подаваемого на горелку, следует измерять дроссельными устройствами на подводящих трубопроводах.

Сечения для прохода газа и воздуха в горелке и конфигурацию внутренних полостей следует выбирать таким образом, чтобы сопротивление на пути движения газа и воздуха внутри горелки было бы минимальным.

Давление газа и воздуха в основном должно обеспечивать требуемые скорости в выходных сечениях горелки. Желательно, чтобы подача воздуха в горелку была регулируемой. Неорганизованная подача воздуха в результате разрежения в рабочем пространстве или путем частичного инжектирования воздуха газом может допускаться только в особых случаях.

Конструкции горелок.

Основные элементы горелки газовой: смеситель и горелочная насадка со стабилизирующим устройством. В зависимости от назначения и условий эксплуатации горелки газовой её элементы имеют различное конструктивное исполнение.

В диффузионных горелках газовых в камеру сжигания подводится газ и воздух. Смешение газа и воздуха происходит в камере горения. Большинство диффузионных горелок газовых монтируют на стенках топки или печи. В котлах получили распространение т. н. подовые горелки газовые, которые размещаются внутри топки, в нижней её части. Подовая горелка газовая состоит из одной или нескольких газораспределительных труб, в которых просверлены отверстия. Труба с отверстиями устанавливается на колосниковой решётке или поду топки в щелевом канале, выложенным из огнеупорного кирпича. Через огнеупорный щелевой канал поступает требуемое количество воздуха. При таком устройстве горение струек газа, выходящих из отверстий в трубе, начинается в огнеупорном канале и заканчивается в топочном объёме. Подовые горелки создают малое сопротивление прохождению газа, поэтому они могут работать без принудительного дутья.

Диффузионные горелки газовые характеризуются более равномерной температурой по длине факела.

Однако эти горелки газовые требуют повышенного коэффициента избытка воздуха (по сравнению с инжекционными), а также создают более низкие тепловые напряжения топочного объёма и худшие условия для догорания газа в хвостовой части факела, что может приводить к неполному сгоранию газа.

Диффузионные горелки газовые применяют в промышленных печах и котлах, где требуется равномерная температура по длине факела. В некоторых процессах диффузионные горелки газовые незаменимы. Например, в стекловаренных, мартеновских и др. печах, когда идущий на горение воздух подогревается до температур, превышающих температуру воспламенения горючего газа с воздухом. Успешно применяются диффузионные горелки газовые и в некоторых водогрейных котлах.

В инжекционных горелках воздух для горения засасывается (инжектируется) за счёт энергии струи газа и их взаимное смешение происходит внутри корпуса горелки. Иногда в инжекционных горелках газовых подсасывание необходимого количества горючего газа, давление которого близко к атмосферному, осуществляется энергией струи воздуха. В горелках полного смешения (с газом перемешивается весь необходимый для горения воздух), работающих на газе среднего давления, образуется короткий факел пламени, а горение завершается в минимальном топочном объёме. В инжекционные горелках газовых частичного смешения поступает только часть (40 ÷ 60%) требующегося для горения воздуха (т. н. первичный воздух), который и смешивается с газом. Остальное количество воздуха (т. н. вторичный воздух) поступает к факелу пламени из атмосферы за счёт инжектирующего действия газо-воздушных струй и разрежения в топках. В отличие от инжекционных горелок газовых среднего давления, в горелках низкого давления образуется однородная газо-воздушная смесь с содержанием газа больше верхнего предела воспламенения; эти горелки газовые устойчивы в работе и имеют широкий диапазон тепловой нагрузки.

Для устойчивого горения газовоздушной смеси в инжекционных горелках газовых среднего и высокого давления применяют стабилизаторы: дополнительные поджигающие факелы вокруг основного потока (горелки с кольцевым стабилизатором), керамические туннели, внутри которых происходит горение газовоздушной смеси, и пластинчатые стабилизаторы, создающие завихрение на пути потока.

В топках значительных размеров инжекционные горелки газовые собирают в блоки из 2 и более горелок.

Широкое применение получили инжекционные горелки газовые инфракрасного излучения (т. н. беспламенные горелки), в которых основное количество получаемого при горении тепла передаётся излучением, т.к. газ сгорает на излучающей поверхности тонким слоем, без видимого факела. Излучающей поверхностью служат керамические насадки или металлические сетки. Эти горелки применяют для обогрева помещений с большой кратностью обмена воздуха (спортивные залы, торговые помещения, теплицы и др.), для сушки окрашенных поверхностей (тканей, бумаги и др.), разогрева мёрзлого грунта и сыпучих материалов, в промышленных печах. Для равномерного нагрева больших поверхностей (печей нефтеперерабатывающих заводов и др. промышленных печей) применяют т. н. панельные инжекционные излучающие горелки. В этих горелках газо-воздушная смесь из смесителя попадает в общий короб, а далее по трубкам смесь распределяется по отдельным туннелям, в которых и происходит её сгорание. Панельные горелки имеют малые габариты и широкий диапазон регулирования, малочувствительны к противодавлению в топочной камере.

Увеличивается применение газотурбинных горелок, в которых подача воздуха осуществляется осевым вентилятором, приводимым в движение газовой турбиной. Эти горелки предложены в начале 20 века (турбогорелка Эйкарта). Под действием реактивной силы вытекающего газа турбинка, вал и вентилятор приводятся во вращение в сторону, противоположную истечению газа. Производительность горелки регулируется величиной давления поступающего газа. Газотурбинные горелки могут применяться в топках котлов. Перспективными являются высоконапорные турбинные горелки газовые с самоподачей воздуха через рекуператоры и воздушные экономайзеры: газо-мазутные горелки газовые большой производительности, работающие на подогретом и холодном воздухе.

К горелкам предьявляют следующие требования:

1. Основные типы горелок должны изготавливаться на заводах серийно по техническим условиям. Если горелки изготовляют по индивидуальному проекту, то при вводе в эксплуатацию они должны пройти испытания для определения основных характеристик;

2. Горелки должны обеспечивать пропуск заданного количества газа и полноту его сжигания с минимальным коэффициентом расхода воздуха α, за исключением горелок специального назначения (например, для печей, в которых поддерживается восстановительная среда);

3. При обеспечении заданного технологического режима горелки должны обеспечить минимальное количество вредных выбросов в атмосферу;

4. Уровень шума, создаваемого горелкой, не должен превышать 85 дБ при измерении шумомером на расстоянии 1 м от горелки и на высоте 1,5 м от пола;

5. Горелки должны устойчиво работать без отрыва и проскока пламени в пределах расчетного диапазона регулирования тепловой мощности;

6. У горелок с предварительным полным смешением газа с воздухом скорость истечения газовоздушной смеси должна превышать скорость распространения пламени;

7. Для сокращения расхода электроэнергии на собственные нужды при использовании горелок с принудительной подачей воздуха сопротивление воздушного тракта должно быть минимальным;

8. Для уменьшения эксплуатационных расходов конструкция горелки и стабилизирующие устройства должны быть достаточно просты в обслуживании, удобны для ревизии и ремонта;

9. При необходимости сохранения резервного топлива горелки должны обеспечивать быстрый перевод агрегата с одного топлива на другое без нарушения технологического режима;

10. Комбинированные газомазутные горелки должны обеспечивать примерно одинаковое качество сжигания обоих видов топлива – газового и жидкого (мазута).

Диффузионные горелки

В диффузионные горелки воздух, необходимый для горения газа, поступает из окружающего пространства к фронту факела за счет диффузии.

Такие горелки применяются обычно в бытовых приборах. Их можно использовать также при увеличении расходе газа, если необходимо распределить пламя по большой поверхности. Во всех случаях газ подается в горелку без примеси первичного воздуха и смешивается с ним за пределами горелки. Поэтому иногда эти горелки называют горелками внешнего смешивания.

Наиболее простые по конструкции диффузионные горелки (рис. 7.1) представляют собой трубу с высверленными отверстиями. Расстояние между отверстиями выбирается с учетом скорости распространения пламени от одного отверстия к другому. Эти горелки имеют небольшие тепловые мощности и применяются при сжигании природных и низкокалорийных газов под небольшими водонагревательными устройствами.

Рис. 7.1. Диффузионные горелки

Рис.7.2. Подовая диффузионная горелка:

1 – регулятор воздуха; 2 – горелка; 3 – смотровое окно; 4 – центрующий стакан; 5 – горизонтальный тоннель; 6 – выкладки из кирпича; 7 – колосниковая решетка

К промышленным горелкам диффузионного типа относятся подовые щелевые горелки (рис. 7.2). Обычно они представляют собой трубу диаметром до 50 мм, в которой просверлены отверстия диаметром до 4 мм в два ряда. Канал представляет собой щель в поде котла, откуда и название горелок – подовые щелевые.

Из горелки 2 газ выходит в топку, куда из-под колосников 7 поступает воздух. Газовые струйки направляются под углом к потоку воздуха и равномерно распределяется по его сечению. Процесс смешения газа с воздухом осуществляется в специальной щели, сделанной из огнеупорного кирпича. Благодаря такому устройству усиливается процесс смешивания газа с воздухом и обеспечивается устойчивое зажигание газовоздушной смеси.

Колосниковая решетка закладывается огнеупорным кирпичом и оставляются несколько щелей, в которых размещаются трубы с просверленными отверстиями для выхода газа. Воздух под колосниковую решетку подается вентилятором или в результате разряжения в топке. Огнеупорные стенки щели являются стабилизаторами горения, предотвращают отрыв пламени и одновременно повышают процесс теплоотдачи в топке.

Инжекционные горелки.

Инжекционными называются горелки, в которых образование газовоздушной смеси происходит за счет энергии струи газа. Основной элемент инжекционной горелки – инжектор, подсасывающий воздух из окружающего пространства внутрь горелок.

В зависимости от количества инжектируемого воздуха горелки могут быть полного предварительного смешения газа с воздухом или с неполной инжекцией воздуха.

Горелки с неполной инжекцией воздуха. К фронту горения поступает только часть необходимого для сгорания воздуха, остальной воздух поступает из окружающего пространства. Такие горелки работают на низком давлении газа. Их называют инжекционными горелками низкого давления.

Основными частями инжекционных горелок (рис. 7.3) являются регулятор первичного воздуха, форсунка, смеситель и коллектор.

Регулятор первичного воздуха 7 представляет собой вращающийся диск или шайбу и регулирует количество первичного воздуха, поступающего в горелку. Форсунка 1 служит для превращения потенциальной энергии давления газа в кинетическую, т.е. для придания газовой струе такой скорости, которая обеспечивает подсос необходимого воздуха. Смеситель горелки состоит из трех частей: инжектора, конфузора и диффузора. Инжектор 2 создает разрежение и подсос воздуха. Самая узкая часть смесителя – конфузор 3, выравнивающий струю газовоздушной смеси. В диффузоре 4 происходит окончательное перемешивание газовоздушной смеси и увеличение ее давления за счет снижения скорости.

Из диффузора газовоздушная смесь поступает в коллектор 5, который и распределяет газовоздушную смесь по отверстиям 6. Форма коллектора и расположение отверстий зависит от типа горелок и их назначения.

Инжекционные горелки низкого давления имеют ряд положительных качеств, благодаря которым их широко применяют в бытовых газовых приборах, а также в газовых приборах для предприятий общественного питания и других коммунально-бытовых потребителей газа. Горелки используют также в чугунных отопительных котлах.

Рис. 7.3. Инжекционные атмосферные газовые горелки

а – низкого давления; б – горелка для чугунного котла; 1 –форсунка. 2 – инжектор, 3 – конфузор, 4 – диффузор, 5 – коллектор. 6 – отверстия, 7 – регулятор первичного воздуха

Основные преимущества инжекционных горелок низкого давления: простота конструкции, устойчивая работа горелок при изменении нагрузок; надежность и простота обслуживания; бесшумность работы; возможность полного сжигания газа и работа на низких давлениях газа; отсутствие подачи воздуха под давлением.

Важной характеристикой инжекционных горелок неполного смешения является коэффициент инжекции – отношение объема инжектируемого воздуха к объему воздуха, необходимого для полного сгорания газа. Так, если для полного сгорания 1 м 3 газа необходимо 10 м 3 воздуха, а первичный воздух составляет 4 м 3 , то коэффициент инжекции равен 4:10=0,4.

Характеристикой горелок является также кратность инжекции – отношение первичного воздуха к расходу газа горелкой. В данном случае, когда на 1 м 3 сжигаемого газа инжектируется 4 м 3 воздуха, кратность инжекции равна 4.

Достоинство инжекционных горелок: свойство их саморегулирования, т.е. поддержание постоянной пропорции между количеством подаваемого в горелку газа и количеством инжектируемого воздуха при постоянном давлении газа.

Смесительные горелки. Горелки с принудительной подачей воздуха.

Горелки с принудительной подачей воздуха широко применяют в различных тепловых устройствах коммунальных и промышленных предприятий.

По принципу действия эти горелки подразделяются на горелки с предварительным смешением газа (рис.7.4)и топлива и на горелки без предварительной подготовки газовоздушной смеси. Горелки обоих типов могут работать на природном, коксовом, доменном, смешанном и других горючих газах низкого и среднего давления. Диапазон рабочего регулирования - 0,1 ÷ 5000 м 3 /ч.

Воздух в горелки подается центробежными или осевыми вентиляторами низкого и среднего давления. Вентиляторы могут быть установлены на каждой горелке или один вентилятор на определенную группу горелок. При этом, как правило, весь первичный воздух подается вентиляторами, вторичный же практически не влияет на качество горения и определяется только подсосом воздуха в топочную камеру через неплотности топочной арматуры и лючки.

Преимуществами горелок с принудительной подачей воздуха являются: возможность применения в топочных камерах с различным противодавлением, значительный диапазон регулирования тепловой мощности и соотношения газ - воздух, сравнительно небольшие размеры факела, незначительный шум при работе, простота конструкции, возможность предварительного подогрева газа или воздуха и использования горелок большой единичной мощности.

Горелки низкого давления применяют при расходе газа 50 ÷ 100 м 3 /ч, при расходе 100 ÷ 5000 целесообразно использовать горелки среднего давления.

Давление воздуха в зависимости от конструкции горелки и необходимой тепловой мощности принимается равным 0,5 ÷ 5кПа.

Для лучшего перемешивания топливно-воздушной смеси в большинство горелок газ подается небольшими струями под различным углом к потоку первичного дутьевого воздуха. С целью интенсификации смесеобразования потоку воздуха придают турбулентное движение при помощи специально установленных завихряющих лопаток, тангенциальных направляющих и т.д.

К наиболее распространенным горелкам с принудительной подачей воздуха внутреннего смешения относят горелки с расходом газа до 5000 м3/ч и более. В них можно обеспечить заранее заданное качество подготовки топливно-воздушной смеси до ее подачи в топочную камеру.

В зависимости от конструкции горелки процессы смешения топлива и воздуха могут быть различными: первый - подготовка топливно-воздушной смеси непосредственно в камере смешения горелки, когда в топку поступает готовая газовоздушная смесь, второй - когда процесс смешения начинается в горелке, а заканчивается в топочной камере. Во всех случаях скорость истечения газовоздушной смеси разна 16...60 м/с. Интенсификации смесеобразования газа и воздуха достигают путем струйной подачи газа, применения регулируемых лопаток, тангенциального подвода воздуха и пр. При струйной подаче газа используют горелки с центральной подачей газа (от центра горелки к периферии) и с периферийной.

Максимальное давление воздуха на входе в горелку - 5 кПа. Она может работать при противодавлении и разрежении в топочной камере. В данных горелках в отличие от горелок внешнего смешения пламя менее светящееся и относительно небольших размеров. В качестве стабилизаторов наиболее часто применяют керамические тоннели. Однако могут быть использованы все рассмотренные выше способы.

Горелка типа ГНП с принудительной подачей воздуха и центральной подачей газа, сконструированная специалистами института Теплопроект, предназначена для использования в топочных устройствах со значительными тепловыми напряжениями. В этих горелках предусмотрено закручивание потока воздуха с помощью лопаток. В комплект горелки входят два сопла: сопло типа А, применяемое для короткофакельного сжигания газа с 4÷6 отверстиями для выхода газа, направленными перпендикулярно или под углом 45° к потоку воздуха, и сопло типа Б, используемое для получения удлиненного факела и имеющее одно центральное отверстие, направленное параллельно потоку воздуха. В последнем случае предварительное смешение газа и воздуха происходит значительно хуже, что приводит к удлинению факела.

Стабилизация факела, обеспечивается применением огнеупорного тоннеля из шамотного кирпича класса А. Горелки могут работать на холодном и подогретом воздухе. Коэффициент избытка воздуха - 1,05. Горелки такого типа применяют в паровых котлах, хлебопекарной промышленности.

Двухпроводная газомазутная горелка ГМГ предназначена для сжигания природного газа или малосернистых видов жидкого топлива типа дизельного, бытового, мазутов флотских Ф5, Ф12 и пр. Допускается совместное сжигание газа и жидкого топлива.

Газовое сопло горелки имеет два ряда отверстий, направленных под углом 90° друг к другу. Отверстия на боковой поверхности сопла позволяют подавать газ в закрученный поток вторичного дутьевого воздуха, отверстия на торцевой поверхности - в закрученный поток первичного воздуха.

Процесс образования газовоздушной смеси в горелках с принудительной подачей воздуха начинается непосредственной в самой горелке, а завершается уже в топке. В процессе сжигания газ сгорает коротким и несветящимся пламенем. Требующийся для сгорания газа воздух, подается в горелку принудительно с помощью вентилятора. Газ и воздух подаются по отдельным трубам.

Данный вид горелок еще называют двухпроводными или смесительными горелками. Чаще всего используются горелки, работающие на низком давлении газа и воздуха. Также некоторые конструкции горелок используются и при среднем давлении.

Устанавливаются горелки в топках котлов, в нагревательных и сушильных печах и т.д.

Принцип работы горелки с принудительной подачей воздуха:

Газ поступает в сопло 1 с давлением до 1 200 Па и выходит из него через восемь отверстий диаметром 4,5 мм. Эти отверстия должны быть расположены под углом 30° к оси горелки. Специальные лопатки, которые задают вращательное движение потоку воздуха, расположены в корпусе 2 горелки. В процессе работы газ в виде мелких струек поступает в закрученный поток воздуха, который помогает хорошему смешиванию. Горелка заканчивается керамическим тоннелем 4, имеющим запальное отверстие 5.

Рис. 7.4. Горелка с принудительной подачей воздуха:

1 - сопло; 2 - корпус; 3 - фронтальная плита; 4 – керамический тоннель.

Горелки с принудительной подачей воздуха обладают рядом достоинств:

–высокая производительность;

–широкий диапазон регулирования производительности;

–возможность работы на подогретом воздухе.

В существующих разнообразных конструкциях горелок интенсификация процесса образования газовоздушной смеси достигается следующими способами:

–разбиением потоков газа и воздуха на мелкие потоки, в которых проходит смесеобразование;

–подачей газа в виде мелких струек под углом к потоку воздуха;

–закручиванием потока воздуха различными приспособлениями, встроенными внутрь горелок.

Комбинированные горелки.

Комбинированными называются горелки, работающие одновременно или раздельно на газе и мазуте или на газе и угольной пыли.

Их применяют при перебоях в подаче газа, когда необходимо срочно найти другой вид топлива, когда газовое топливо не обеспечивает необходимого температурного режима топки; подача газа на данный производится только в определенное время (ночью) для выравнивания суточной неравномерности газопотребления.

Наибольшее распространение получили газомазутные горелки с принудительной подачей воздуха. Горелка состоит из газовой, воздушной и жидкостной частей. Газовая часть представляет собой полое кольцо, имеющее штуцер для подвода газа и восемь трубочек для распыления газа.

Жидкостная часть горелки состоит из мазутной головки и внутренней трубки, заканчивающейся форсункой 1 (рис. 7.5).

Подача мазута в горелку регулируется вентилем. Воздушная часть горелки состоит из корпуса, завихрителя 3, воздушной заслонки 5, с помощью которой можно регулировать подачу воздуха. Завихритель служит для лучшего перемешивания струи мазута с воздухом. Давление воздуха 2÷3 кПа, давление газа до 50 кПа, а давление мазута до 0,1 МПа.

Рис. 7.5. Комбинированная газомазутная горелка:

1 – мазутная форсунка, 2 – воздушная камера, 3 – завихритель, 4 – трубки выхода газа, 5 – воздушная регулировочная заслонка.

Применение комбинированных горелок дает более высокий эффект, чем одновременное использование газовых горелок и мазутных форсунок или газовых пылеугольных горелок.

Комбинированные горелки необходимы для надежной и бесперебойной работы газоиспользующего оборудования и установок крупных промышленных предприятий, электростанций и других потребителей, для которых перерыв в работе недопустим.

Рассмотрим принцип действия комбинированной пылегазовой горелки конструкции Мосэнерго (рис. 7.6)

При работе на угольной пыли в топку по кольцевому каналу 3 центральной трубы подается смесь первичного воздуха с угольной пылью, а вторичный воздух поступает в топку через улитку 1.

В качестве резервного топлива служит мазут, в этом случае в центральной трубе устанавливается мазутная форсунка. При переводе горелки на газовое топливо мазутную форсунку заменяются кольцевым каналом, по которому подается газовое топливо.

В центральной части канала устанавливается труба с чугунным наконечником 2. Наконечнике 2 косые щели, через которые выходит газ и пересекается с потоком закрученного воздуха, выходящего из улитки 1. В усовершенствованных конструкциях горелок в наконечнике вместо щелей предусмотрено 115 отверстий диаметром 7 мм. В результате скорость выхода газа увеличивается почти в два раза (150 м/с).

Рис. 7.6. Комбинированная пылегазовая горелка с центральной подачей газа.

1 – улитка для закручивания воздушного потока, 2 – наконечник газоподводящих труб,

3 – кольцевой канал для подачи смеси первичного воздуха с угольной пылью.

В новых конструкциях горелки применяется периферийная подача газа, при которой газовые струйки, имеющие более высокую скорость, чем воздушные, пересекают закрученный поток воздуха, движущийся со скоростью 30 м/с, под прямым углом. Такое взаимодействие потоков газа и воздуха обеспечивает быстрое и полное перемешивание, в результате чего газовоздушная смесь сгорает с минимальными потерями.

7.3. Автоматизация процессов сжигания газа .

Свойства газового топлива и современные конструкции газовых горелок создают благоприятные условия для автоматизации процессов сжигания газа. Автоматическое регулирование процесса горения повышает надежность и безопасность эксплуатации газоиспользующих агрегатов и обеспечивает их работу в соответствии с наиболее оптимальным режимом.

Сегодня в газоиспользующих установках применяются системы частичной или комплексной автоматизации.

Комплексная газовая автоматика состоит из следующих основных систем:

– автоматика регулирования;

– автоматика безопасности;

– аварийной сигнализации;

–телотехнического контроля.

Регулирование и управление процессом горения определяется работой газовых приборов и агрегатов в заданном режиме и обеспечением оптимального режима сгорания газа. Для этого регулирование процесса горения предназначена автоматика регулирования бытовых, коммунальных и промышленных газовых приборов и агрегатов. Таким образом, поддерживается постоянная температура воды в баке у емкостных водонагревателей, постоянное давление пара у паровых котлов.

Подача газа к горелкам газоиспользующих установок прекращается автоматикой безопасности в случае:

– погасание факела в топке;

– понижении давления воздуха перед горелками;

– овышении давления пара в котла;

– повышении температуры воды в котле;

– понижении разряжения в топке.

Отключение этих установок сопровождается соответственными звуковыми и световыми сигналами. Не менее важен и контроль загазованности помещения, в котором расположены все газовые приборы и агрегаты. Для этих целей устанавливают электромагнитные клапаны, которые прекращают подачу газа в случаях превышения ПДК в окружающем воздухе СН 4 и СО 2 .

Добиться оптимального режима в условиях технологического процесса можно при помощи приборов теплотехнического контроля

Условия эксплуатации газоиспользующего оборудования определяют степень его автоматизации.

Дистанционное управление газоиспользующих установок достигается путем использования приборов контроля и сигнализации.

Расчеты горелок.

В газомазутных топках, снабженных современными горелочными устройствами с автоматическим управлением процессом сжигания, стало возможным сжигать природные газы и мазут с малыми избытками воздуха практически при отсутствии или малой величине химической неполноты сгорания (менее 0,5%). Поэтому рекомендуется процесс сжигания этих топлив поддерживать с коэффициентом избытка воздуха за пароперегревателем не выше 1,03 ÷ 1,05.

Газовые баллоны широко востребованы как в промышленности, так и в медицине, авиационной, космической отраслях, в быту, как автономный источник энергии. Их можно применить как для обогрева, так и для освещения, приготовления пищи.

Чтобы исключить всяческие неприятности, связанные с эксплуатацией, нужно правильно подобрать тип оборудования. Давайте вместе попробуем разобраться в видах газовых баллонов, особенностях их конструкции и подключения.

Как для хранения, так и транспортировки сжатого и сжиженного газа созданы газовые баллоны - специальные сосуды, в которых эти вещества находятся под высоким давлением. Первый вид газа под любым давлением пребывает в газообразном состоянии, а второй, при росте этого параметра, переходит в жидкую фазу.

В сжатом и сжиженном состоянии транспортируются и хранятся азот, фтор, кислород, метан, водород, а также хлор, углекислый газ, аммиак.

Сама емкость представляет собой цельносварную конструкцию со стенками толщиной минимум 2 мм с геометрией в виде цилиндра. Она изготовлена из стали или полимера.

Ее составляющие:

обечайка;
горловина;

Горловина баллона имеет конусную резьбу под , герметично перекрывающий выход. В случае, когда в силу каких-то причин произойдет расширение газа, под воздействием давления вентиль сорвется, и давление внутри сосуда придет в норму.

Газ внутри такого сосуда пребывает под давлением максимум 15 МПа. В корпусе баллона или обечайке имеется сварной одинарный шов.

Объем баллона зависит от материала, из которого он изготовлен, вида наполнителя и назначения. Кислородные баллоны бывают как малолитражными - от 2 до 10 л, так и средними - 20 – 40 л

Чтобы газ внутри сосуда оказывал одинаковое давление на его стенки, у каждого баллона есть выпуклое днище - верхнее и нижнее. Для большей устойчивости баллон снабжен кольцевой опорой - башмаком. Кроме того, газовый резервуар имеет в своем комплекте металлический или пластиковый колпак, предохраняющий вентиль во время эксплуатации и транспортировки.

Колпак навинчивают на кольцо горловины. Иногда баллон снабжают , предназначенным для уравновешивания давления. Вентиль представляет собой узел, в состав которого входит стальной корпус в виде тройника, маховик, запорный элемент.

Узел, состоящий из пропускного клапана и штока, называется запорным элементом. Каждая из деталей сборки выполняет свою функцию.

Клапан необходим для регулировки подачи газа через корпус, а шток - для взаимодействия маховика с клапаном через крутящий момент. Поворачивая маховик, можно закрывать или открывать поток газа.

Все 3 части вентиля имеют резьбу. Внизу она нужна для крепления детали к баллону, вверху посредством резьбового соединения прикреплен шток клапана. На боковую резьбу навинчена заглушка

Виды газовых баллонов

Газовые сосуды классифицируют по многим критериям: материалу корпуса, объему, назначению, названию наполнителя, способу подключения. Для изготовления корпуса применяют как металл, так и композитные материалы. Те и другие имеют свои плюсы и недостатки. Следует ознакомиться с ними для правильного выбора.

Классификация по материалу корпуса

Для изготовления корпуса металлического баллона применяют легированную или малоуглеродистую сталь. Вместимость металлических сосудов - от 5 до 50 л. Баллоны, емкостью менее 50 л разрешается устанавливать внутри дома, а 50 л - только снаружи.

Последним необходима защита от прямых лучей солнца. Для этого их помещают в запирающийся металлический шкаф с нанесенной на него маркировкой, соответствующей виду газа. Пустой металлический баллон весит от 4 до 22 кг.

Сосуд заполняют газом максимум на 85%. В зависимости от объема в баллон заправляют от 2 до 22 кг газа. Это газовое оборудование является взрыво и пожароопасным. Ему противопоказаны температуры свыше 50⁰. При резких скачках температуры и в случае пожара происходит мощный взрыв. Нельзя такой баллон и резко переворачивать, т.к. при это вызывает повышение давления.

Газовый баллон из композита - более новый вариант. Его основное достоинство - полная взрывобезопасность, даже если произойдет утечка газа. В таких емкостях транспортируют и хранят сжиженные газы. При воздействии на них открытого пламени, газ уходит через корпус постепенно и просто сгорает.

Они имеют небольшой вес - на 70% легче металлических аналогов, отличаются стильным дизайном. Благодаря прозрачному корпусу, всегда можно контролировать уровень газа. В противовес металлу, композитный материал не подвержен коррозии, следовательно, более долговечен.

Полимер обладает отличными диэлектрическими свойствами, на 100% исключающими искрообразование. Диапазон рабочих температур находится в пределах -40 – 50⁰. Баллоны рекомендуют эксплуатировать до 30 лет. Каждые 10 лет они должны проходить переаттестацию. Масса баллона - 8 кг максимум.

Эксплуатация баллона из полимерных материалов не вредит окружающей среде, т.к. в материал не добавляют бор

Композитные газовые баллоны бывают двух видов: изготовленные по технологии раздува и путем намотки стекловолокна на оправку. В первом случае колбу изготавливают из полиэтилентерефталата. Далее, производители покрывают сосуд, изготовленный из нитей со стекловолокна, эпоксидной смолой. Емкость вкладывают в полимерный корпус.

При производстве баллонов второго вида применяют специальную оправку. На нее наматывают стекловолокно, затем заготовку пропитывают смолами. Вначале получают две половинки сосуда. После отверждения их склеивают и помещают в плотный полиэтиленовый кожух.

Из-за наличия клапана избыточного давления и плавкой ставки, обладают повышенной безопасностью. В случае пожара происходит срабатывание плавкой вставки. Расплавляясь, она постепенно выпускает газ, при полной управляемости процессом. После срабатывания вставки баллон не подлежит дальнейшей эксплуатации.

Разделение по месту монтажа и назначению

Все существующие газовые баллоны в зависимости от того, где они установлены и для чего предназначены, делят на следующие виды:

Бытовые . Их используют для отопления, кухонных плит, котлов.
Автомобильные . Применяют их на автомобилях, у которых двигатель работает на газообразном топливе.
Туристические . Подходят для мобильных приборов, таких как паяльные лампы, горелки, шашлычницы, обогреватели.
Промышленные . В эту категорию входят емкости, в которых хранят газы, Применяют такие баллоны в металлургии, химической промышленности, на фармацевтических предприятиях.
Медицинские . Их наполняют дыхательными смесями и возят в машинах скорой помощи, используют в больничных палатах для интенсивной терапии и там, где готовят кислородные коктейли. Применяют такие баллоны и спасатели, пожарники.

Есть и универсальные баллоны, которые используют во многих отраслях.Для мобильных газовых приборов выпускают одноразовые картриджи, вмещающие 100 – 450 г газа. Визуально они напоминают аэрозольные спреи.

Особенности классификации по наполнителю

Исходя из состава смеси, баллоны называют пропановыми, бутановыми, водородными, азотными, ацетиленовыми, углекислотными, аргоновыми, кислородными, гелиевыми и т.д. Для каждого из составов свой температурный режим.

Для стандартных условий разница между ними небольшая. Когда же баллон необходим для использования в высокогорных районах или в условиях очень низких температур, этот параметр играет определяющую роль.

Изомер бутана - смесь изобутана с пропаном, хорошо подходит для низких температур. Она безопасна для озонового слоя. И пропан, и бутан для человека очень опасны. Если их вдыхать, неизбежны серьезные последствия для организма. Прямой контакт с жидким бутаном приводит к охлаждению тела до -20⁰.

Бутаном заряжают зажигалки, в кондиционерах и холодильных установках его иногда используют в качестве хладагента. Пропан необходим при производстве растворителей. Для работы с металлом, связанной с его сваркой и резкой, требуется ацетилен. Также его используют при получении взрывчатых веществ, кислоты уксусной, каучука, всевозможных пластмасс, для ракетных двигателей.

Азот использует электронная промышленность, химическая, нефтегазовая, фармацевтика, металлургия. Водород необходим пищевой промышленности, химической. Его используют и в качестве топлива для ракет, при сварке.

Колеса велосипедов, огнетушители накачивают оксидом углерода или углекислым газом. В пищевой промышленности с его применением производят газированные напитки. В виде сухого льда оксид углерода применяют, как хладагент.

Баллоны с углекислым газом присутствуют в заведениях общественного питания, где охлаждают напитки до заданной температуры, делают газировку и продают ее на разлив

В металлургической, металлообрабатывающей промышленности, в процессах, где недопустимо взаимодействие расплавленного потока с кислородом, используют аргон. Применяют его и в медицине для наркоза, с его помощью очищают воздух. Баллоны с гелием необходимы не только для заполнения воздушных шаров, но и для резки, сварки, плавки металла.

Этот газ входит в состав дыхательных смесей, используемых в дайвинге, он может являться хладагентом в научных опытах. Аммиак - сильный растворитель. Так как он очень ядовитый, баллоны с ним нужно транспортировать и хранить очень осторожно. То же самое касается и емкостей с хлором.

Емкости с кислородом можно встретить возле сварочных аппаратов, там, где производят взрывчатые вещества, кислоты, готовят кислородные коктейли. Сжатый воздух, транспортируемый в баллонах, чаще всего применяют в работе пневмоустройств.

Сжиженный природный газ метан применяют как снотворное в медицине, для производства удобрений, в виде топлива. Для человека этот газ безопасен.

Виды баллонов по способу подключения

Разные модели газовых баллонов подключают к приборам посредством четырех стандартов соединений. Самым популярным является резьбовой стандарт, соответствующий всем требованиям безопасности. Изделия имеют резьбу 7/16″. К таким баллонам шланг или горелку крепят путем накручивания.

Следующий стандарт баллона - цанговый . Такой тип подключения называют еще нажимным или зажимным. Баллон с таким типом соединения считается самым дешевым. Здесь роль зажима при подключении выполняет деталь цилиндрической формы. Цанговый баллон можно подключить к оборудованию с резьбой, но для этого понадобится переходник.

Прокалываемый тип баллонов во всем мире самый распространенный. Эти одноразовые баллоны имеют тот недостаток, что отсоединить емкость невозможно до тех пор, пока весь газ не будет использован. Последние модели прокалываемых баллонов с системой SGS этого недостатка лишены.

Здесь есть возможность блокировать утечку газа при отсоединении от горелки и отключить не полностью опустошенную емкость. Применяют их для паяльных, осветительных ламп, портативных плит.

Чаще всего газовые горелки рассчитаны на резьбу, но если в наличии баллон цанговый, использовать его можно, приобретя недорогой переходник

Клапанное подключение - это тот вид, который используют в основном в Европе. Соединение простое и надежное с высокой степенью защиты от утечек.

Расшифровка маркировки баллонов

Правильно прочитав маркировку, можно получить полную информацию о газовом баллоне. Если это пропановый баллон, то его паспорт - в районе вентиля, на металлическом кружке.

В паспорте баллона с пропаном указано: рабочее давление в МПа, испытательное давление в тех же единицах, объем емкости по факту в л, заводской №, дата изготовления в виде «MM.ГГ.АА», где первые символы обозначают месяц, вторые - год, третьи - год предстоящей аттестации.

Далее следует вес пустого баллона в кг, масса заполненного баллона. Последней строкой идут буквенные обозначения «R-АА». «R» - клеймо участка переаттестации или завода. Сочетание символов «АА» раскрывает информацию о годе, до которого эта аттестация будет действительной.

Решение о пригодности баллона нужно принимать только после полной расшифровки всех данных о нем. Если на нем обнаружены дефекты, то его опорожняют и отправляют в ремонт

Маркировка кислородного баллона имеет свой порядок и состоит из четырех строк. В первой есть данные о производителе, а также номер емкости. Во второй - дата выпуска и рекомендуемая дата проверки. В третьей - гидравлическое и рабочее давление. В четвертой - объем газа и масса баллона без вентиля и колпака.

Покупая баллон, следует обратить внимание, как на него нанесена информация. На корпусе ее не наносят краской, а выбивают, а затем покрывают специальным бесцветным лаком с целью защиты от коррозии. Часто последняя строка содержит клеймо предприятия-изготовителя.

Особенности окраски газовых баллонов

Баллоны со сжатым газом в России и за рубежом окрашивают по-разному. При этом каждому виду газа соответствует не только определенный цвет корпуса, но и окрас полосы, надписи.

В таблице указаны идентификационные цвета баллонов с некоторыми видами газов, а также цвет надписей и полосы.

Газ	Окрас баллона	Надпись	Полоса
Аммиак	Желтый	Черный	Коричневый
Азот	Черный	Желтый	Коричневый
Аргон технический и чистый	Черный, серый соответственно	Синий/Зеленый	Синий/Зеленый
Ацетилен	Белый	Красный	Зеленый
Бутилен	Красный	Желтый	Черный
Бутан	Красный	Белый	Черный
Водород	Темно-зеленый	Красный	Черный
Воздух сжатый	Черный	Белый	Черный
Гелий	Коричневый	Белый	Черный
Кислород	Голубой	Черный	Черный
Сероводород	Белый	Красный	Красный
Углекислота	Черный	Желтый	Желтый

Закись азота закачивают в серый баллон с черной надписью и такой же полосой. Защитного цвета баллон с фосгеном имеет желтую надпись и желтую полосу, а такого же цвета баллон, но с черной надписью и зеленой полосой содержит хлор. Алюминиевая окраска баллона, черная надпись на нем и две полосы желтого цвета указывают на то, что он наполнен фреоном-22.

Для сернистого ангидрида предназначен баллон черного цвета с белой полосой и желтой надписью. Этилен заключают в фиолетовый баллон с красной надписью и полосой зеленого цвета. Для остальных горючих газов предназначены красные сосуды с белой надписью, зеленой полосой. Негорючие газы обозначены желтой надписью на черном фоне корпуса и зеленой полосой.

Виды неисправностей баллонов и их устранение

Все существующие у газовых баллонов неисправности делят на два вида: подлежащие устранению и не подлежащие.

К первому виду относят:

некорректную работу вентиля баллона и манометра;
повреждение башмака или его смещение;
повреждение резьбового соединения;
утечка газа;
во многих местах облупившаяся окраска корпуса.

Второй вид неисправностей - значительно поврежденная поверхность корпуса в виде вмятин, трещин, вздутия, отсутствие маркировки. В этом случае баллон отбраковывают. Решение о возможности или невозможности ремонта принимает специалист с соответствующей квалификацией.

При ремонте газовых баллонов часто производят простую замену дефектных элементов. Иногда требуется внутренняя промывка емкости и проверка на наличие коррозии изнутри. Периодическая проверка включает все эти работы, а по ее окончании выдают сертификат.

Газовый баллон на фото подлежит ремонту. Его необходимо покрасить и заменить вентиль. Первую работу можно выполнить самостоятельно, а вторую следует доверить специалисту

В домашних условиях этого делать не следует. Все, что можно сделать самому, - покрасить корпус баллона. Делать это нужно крайне осторожно, чтобы не закрасить надписи и не повредить маркировку. Все остальные неисправности может устранить только специализированная мастерская или завод-изготовитель.

Выводы и полезное видео по теме

Видео о правильном использовании и освидетельствовании газовых баллонов. Советы от специалиста:

О композитных баллонах со сжиженным газом:

Газовый баллон - вещь в хозяйстве полезная. Чтобы его эксплуатация не привела к нежелательным последствиям, нужно как следует изучить вопрос. А главное, придерживаться элементарных правил безопасности.