Номер части:
Журнал

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГОРЕЛОЧНОГО УСТРОЙСТВА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ



Науки и перечень статей вошедших в журнал:
Авторы:
DOI:

Горелки типа ГКНД, предназначены для работы на низком с принудительной подачей воздуха давлением до 5000 Па и среднем (от 5000 Па до 0,3 МПа) давлении природного газа, успешно применяются на заводах ХТЗ, ЧТЗ, МТЗ, «ООО УсольМаш» города Усолье-Сибирское [5, с.2].

Газомазутная горелка ГКНД — комбинированное устройство с единой системой воздухопроводов, которое обеспечивает как раздельное сжигание газообразного топлива и жидкого котельного топлива (мазута), так и их комбинированное сжигание.

Горелка, комбинированная газомазутная ГКНД предназначена для использования в системе отопления различных нагревательных устройств в машиностроении, металлургии, производстве строительных материалов, топках электростанций, котельных и т.д. [2]

Конструктивно горелка ГКНД выполнена так, что внутри нее происходит двукратное смесеобразование воздуха и горючего компонента (природного газа или мазута). Кроме того, на входе горючей смеси в горелочный туннель происходит третичное смесеобразование в горящем факеле. За счет перераспределения расхода воздуха, возможно изменять длину факела [4].

При этом, газомазутная горелка ГКНД позволяет быстро переводить работу котла агрегатов с одного вида топлива на другой. При комбинированном сжигании топлива мазут рассматривают как добавку к основному газовому топливу, позволяющую  повысить радиационные свойства (излучательная способность) факела. В этом случае сжигание газообразного и жидкого котельного топлива происходит в различных условиях. Газообразное топливо легче воспламеняется, сжигается с меньшим коэффициентом избытка воздуха, сгорает полнее и быстрее. Жидкое котельное топливо надо предварительно «распыливать», затем смешивать с воздухом, обеспечивая его испарение и горение. Для распыла мазута применяется дутьевой воздух до 5000 Па.  Диапазон рабочего регулирования по производительности: при работе на природном газе составляет 20-160% от номинального параметра. Кроме того, коэффициент избытка воздуха: при работе на природном газе составляет — 1,04, на мазуте соответственно — 1,1.

При одновременном сжигании газообразного и жидкого котельного топлива, горение последнего затягивается, так как газ сгорает (то есть потребляет кислород) в первую очередь. Для малых котлов добавка мазута и совместное с газом сжигание интенсифицируют теплообмен в топке, так как степень черноты факела возрастает примерно в два раза. При добавке газа к мазуту и в процессе их совместного сжигания улучшаются геометрические характеристики комбинированного факела и снижается содержание токсичных и загрязняющих ингредиентов в продуктах сгорания. Расход мазута составляет 25-40%  от всего расхода топлива на агрегат.

При проработке вопроса выбора типа газогорелочных устройств выяснилось, что существующих горелок, работающих на природном газе «пропан-бутан», для промышленных печей в России не существует [5, с. 26, 1]. Поэтому необходимо использовать существующие горелки, с соответствующим расчетом, работающие на другом газовом углеводородном топливе, несколько иного химического состава, в частности природном бытовом газе, имеющими сертификат качества и разрешение на применение Ростехнадзора РФ. Кроме того, эти горелки должны отвечать входным параметрам газовоздушных сетей (давление газа и воздуха, скорости истечения и др.) В результате анализа конструкций таких горелок была выбрана горелка, комбинированная низкого давления (ГКНД), требующая, однако, модернизации газового сопла в части изменения диаметра выходных отверстий, так как теплотворная способность пропан-бутана в 2,5 раза выше чем у природного газа. При определении типоразмера горелки ГКНД исходили из требования обеспечения равномерности нагрева отливок сложной конфигурации типа «рамы» и «балки»[3]. Такое условие реализуется при рассредоточенной установке горелок в боковых стенах печи и наличия элементов двухстороннего нагрева. Для обеспечения качественного двухстороннего теплообмена в рабочем пространстве печи, необходимо горелочные устройства располагать в боковых стенах в два ряда по высоте печи. Первый ряд необходимо располагать вверху для интенсификации теплоотдачи излучением от свода к нагреваемым отливкам. Второй ряд горелок необходимо располагать внизу рабочего пространства таким образом, чтобы поток их продуктов сгорания проходил между столбиками, тем самым интенсивно нагревая нижние и центральные слои отливок. Обе горелки необходимо располагать в одном сечении: одна горелка вверху с одной стороны, другая – внизу с другой стороны печи (рисунок 1).

Разработанные компоновки укладки отливок на специальных столбиках с встроенными направляющими, расположение горелок в боковых стенах печи в два ряда по высоте и выполнение дымовых каналов обеспечат оптимальный радиационно-конвективный режим теплопередачи и качественный равномерный по всему сечению отливок нагрев металла [5, с. 64-65].

Рисунок 1. Расстановка горелок на боковых стенках печи

а) компоновка горелок по длине печи; б) расположение горелок в поперечных сечениях печи

Было принято решение о применении в данном случае горелок ГКНД минимального типоразмера с номинальным расходом природного газа 15 нм3/ч. Это – горелка ГКНД-15 (инд. 1668.00.00.000) [5, с. 26]. Для использования этого типоразмера горелки для сжигания природного газа «пропан-бутан» необходимо при сохранении ее тепловой мощности определить расходную характеристику по газу в связи с более высокой теплотворной способностью пропан — бутана при сохранении расходной характеристики по воздуху и входного давления газа и воздуха, т.е. надо изменить диаметр газовых отверстий газового сопла горелки.

В процессе изучения возможности улучшения работы горелки типа ГКНД было принято решение модернизировать ее конструкцию с целью интенсификации сжигания в ней топлива. Существующая конструкция горелки имела ряд признаков, требующих улучшения: составной формы смеситель, прямоугольные тангенциальные окна, их количество и расположение. Новая конструкция горелки учитывает и исправляет эти недостатки.

Также конструкция горелки имела особенности, которые нужно было изменить: вихревая камера была ступенчатого вида, в которой было расположено всего два ряда тангенциальных щелей.

В усовершенствованной горелке вихревая камера выполнена в виде конуса, за счет этого увеличивается скорость потоков, подаваемого топлива.   Смесеобразование улучшилось, за счет замены двух рядов тангенциальных щелей, со скоростью истечения газа до 10 м/с, на четыре ряда круглых тангенциальных отверстий со скоростью истечения газа до 60 м/c, расположенных более равномерно, на одинаковом расстоянии друг от друга по всей площади конуса. Четырехступенчатое смесеобразование значительно улучшило смешивание топлива с воздухом. Данные конструктивные изменения вихревой камеры горелки приводят к интенсификации смесеобразования, а, следовательно, к увеличению температуры факела и уменьшению его длины.

Изменение длины газового факела является очень важным преимуществом данной конструкции, так как, это необходимо для выбора наиболее оптимального режима теплопередачи в печи. При этом, данная горелка работает на газе низкого давления, очень проста в эксплуатации и менее затратна по сравнению с другими горелками низкого давления.

Горелочное устройство обладает высокими экологическими параметрами по выбросам окислов азота, окислов серы, угарного газа, сажи, снижает количество выбросов в 1,5 — 2 раза.

В данной горелке есть еще пятая ступень смесеобразования, которая обеспечивает более улучшенное смешивание, что приводит к большей интенсификации процесса сжигания топлива.

Рисунок 2. Комбинированная горелка ГКНД:

1 — корпус, 2 — воздушный патрубок, 3 — центральный топливоподающий узел, 4 — отверстия для выхода газа, 5 — смеситель, 6 — тангенциальные окна, 7 – сопло, 8 – кольцевой канал.

Модернизированная горелка имеет корпус 1 (рисунок 2) с воздушным патрубком 2 и центральным топливоподающим узлом 3 с отверстиями для выхода газа 4, установленным в смесителе 5, выполненном в виде единого конусного участка, что равномерно увеличивает скорость топливо воздушных потоков в объеме смесителя 5, улучшая их смешивание. Смеситель 5 выполнен с сужением в сторону выходного сопла под углом наклона α, равным 3-5°. Значение угла наклона α менее 3° приводит к тому, что интенсификация процесса сжигания топлива не произойдет вследствие избытка топливной и недостатка воздушной составляющей в топливовоздушной смеси, что не позволит проходить реакции горения. Значение угла наклона α более 5° приводит к тому, что интенсификация процесса сжигания топлива также не произойдет вследствие избытка воздушной и недостатка топливной составляющей в топливовоздушной смеси, что не позволит проходить реакции горения. Смеситель 5 снабжен четырьмя рядами круглых тангенциальных окон 6, равномерно расположенных в шахматном порядке по длине конуса и выполненных в виде цилиндрических отверстий на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности сечения конуса, что обеспечивает скорость тангенциальных потоков не менее 60 м/с и четырехступенчатое смесеобразование топливовоздушной смеси для интенсификации процесса сжигания топлива за счёт рассредоточения потока воздуха на более мелкие струи, а, следовательно, значительного сокращения пути смешивания топлива с воздухом.

Скорость тангенциальных потоков менее 60 м/с не обеспечивает необходимую тангенциальность воздушных потоков и, следовательно, интенсификацию процесса сжигания топлива, так как не происходит рассредоточения потока воздуха на мелкие струи и сокращения пути смешивания топлива с воздухом. Между выходным соплом 7 и корпусом 1 образован кольцевой канал 8 для выхода воздуха, что обеспечивает еще более улучшенное смешивание топливовоздушных потоков, образуя пятую ступень смесеобразования, что приводит к еще большей интенсификации процесса сжигания топлива.

Устройство работает следующим образом: топливо, пройдя через отверстия для выхода газа 4, попадает в смеситель 5, выполненный в виде единого конусного участка с сужением в сторону выходного сопла под углом наклона α, равным 3-5°, который снабжен четырьмя рядами круглых тангенциальных окон 6, равномерно расположенных в шахматном порядке по длине конуса и выполненных в виде цилиндрических отверстий на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности сечения конуса, где происходит его четырехступенчатое смешивание с закрученными воздушными потоками, поступающими через тангенциальные окна 6. Четырехступенчатое смешивание обеспечивает необходимую интенсификацию процесса сжигания топлива за счёт увеличения скорости топливовоздушных потоков, а также рассредоточения потока воздуха на более мелкие струи, а, следовательно, значительного сокращения пути смешивания топлива с воздухом. Последняя пятая ступень смешивания обеспечивается подачей воздуха на сопло 7 из кольцевого канала 8, обеспечивающей еще более улучшенное смешивание топливовоздушных потоков, приводящее к еще большей интенсификации процесса сжигания топлива.

В данном материале представлены преимущества модернизированных горелок в типовой конструкции печи нормализации с целью оптимизации теплообменного процесса в рабочем пространстве, для получения требуемой равномерности температур нагрева отливок, не превышающей ±50C.

Список литературы:

  1. Горелки для котлов [электронный ресурс] — Режим доступа. – URL: https://www.ruskotel.com/gorelki-dlya-kotlov/ (дата обращ. 29.05.15)
  1. Пат. 114514 РФ, МПК Т724 138/11. Газомазутная горелка / А. В. Пожарский, В. А. Гулевский, Ю. А. Мухин, Е. Д. Пожарский; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет». – 2011148827 / 02; заявл. 10.2011; опубл. 27.03.2012. Бюл. №30.
  2. Пожарский, А. В., Гулевский В. А. Совершенствование системы обогрева камерной печи с выкатным подом типа СДО при термообработке стальных отливок сложной конфигурации // Заготовительное производство в машиностроении – 2008. – №7. — С. 49-51.
  3. Пожарский Е. Д., Пожарский А. В. Модернизация газомазутных горелочных устройств типа ГКНД для сжигания природного газа пропан — бутан // XV Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области: тезисы докладов / Волгоград. гос. техн. ун-т; редкол.: В. И. Лысак (отв. ред.) [и др.]. – Волгоград: ИУНЛ, 2011.
  4. Результаты НИР (ОКР) №8/822-07 госрегистрации У-98383 Модернизация, изготовление и поставка горелок типа ГКНД-15 для печи нормализации стального литья, ОАО «ПО Усольмаш», 2008. – С. 101.
    СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГОРЕЛОЧНОГО УСТРОЙСТВА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
    Разработана конструкция вихревой камеры для горелочного устройства низкого давления, имеющая четыре ряда круглых тангенциальных отверстий со скоростью истечения газа до 60 м/c, с улучшенным процессом смесеобразования.
    Written by: Гулевский Виктор Александрович, Соколов Андрей Андреевич, Сусина Екатерина Юрьевна, Мещерякова Ирина Анатольевна
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 03/13/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.05.2015_05(14)
    Available in: Ebook
Записи созданы 6765

Похожие записи

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх