Газовые горелки

Устройства, обеспечивающие сжигание газа в целях получения теплоты, называют газовыми горелками.

Газ — главный альтернативный по отношению к электричес­кой энергии энергоноситель. Основное преимущество газообразного топлива перед электричеством — дешевизна вырабатываемой теплоты. Единица теплоты, полученной в результате сжигания газа, в 7…13 раз дешевле, чем при использовании электрической энергии.

Однако газ взрывоопасен и, вытесняя из воздуха кислород, образует удушающие смеси, а продукты сгорания при неправильной эксплуатации могут содержать токсический оксид углерода (СО — угарный газ). Кроме того, для подвода газа используют технически сложные и дорогостоящие магистральные газопроводы, хранилища и системы газоснабжения. Персонал, обслуживающий газовое оборудование, проходит обязательное обучение правилам эксплуатации, а система газоснабжения контролируется газовой инспекцией Госгортехнадзора РФ.

2.1 Конструкции газовых горелок.

На предприятиях общественного питания и торговли применяют в основном инжекционные газо­вые горелки. В этих устройствах предварительно перемешиваются газ и необходимый для горения воздух. Воздух подается в специальный смеситель за счет кинетической энергии мощной высоко­скоростной струи газа, вытекающего через специальное отвер­стие малого сечения («сопло»).

Принципиальная схема инжекционных факельных горелок:

а — конфорочных; б — трубчатых;

1 — газопровод; 2 — пробковый газовый кран; 3 — сопло; 4 — регулятор первичного воздуха; 5 — инжектор-смеситель; 6 — насадка; 7 — огневые отверстия

 

Наиболее распространены инжекционные факельные горелки, обеспечивающие образование газовоздушной горючей смеси внутри горелки: но в состав смеси входит лишь 30...70 % воздуха, необходимого для полного сжигания. Из смесителя горючая смесь поступает в специальную камеру — «насадку», которая равномерно распределяет смесь по множеству огневых отверстий. По форме насадки разнообразны: кольцевые, трубчатые, щелевые (и т.д.).

При малых давлениях газа факел может проникнуть внутрь горелки — наступает «проскок» пламени. В отдельных случаях, если имеет место неполное сгорание, характеризующееся высоким коптящим факелом или отрывом пламени, следует отрегулировать положение регулятора первичного воздуха и добиться устойчивого горения прозрачного голубого факела.

2.2 Инфракрасные (ИК) газовые горелки

Их называют беспламенными или, что более правильно, микрофакельными. Они обеспечивают высококачественное сжигание газа вследствие ин-жекции всего воздуха, необходимого для горения. Газ сгорает в огневых отверстиях малого диаметра 0,8... 1,5 мм. При этом факел состоит лишь из внутреннего конуса; он прозрачен и практически не виден. Теплота нагреваемым предметам передается излучением, так как огневые каналы находятся внутри керамических плиток, температура которых может достигать 850... 1000 °С. Такие горелки широко применяют в газовых грилях, а также в плитах.

Инжекционные горелки инфракрасного излучения:

а — принципиальная схема устройства; б — керамические плитки-излучатели; в — ИК-горелки типа «звездочка»;

г — открытая ИК-горелка из 8 плиток;

1 — рефлектор; 2 — керамические плитки-излучатели; 3 — насадка; 4 — огневые каналы; 5 — инжектор-смеситель; 6 — отверстия для первичного воздуха; 7 — сопло; 8 — сетка-стабилизатор горения

 

2.3 Система безопасности газовых горелок.

Образующиеся при горении газовоздушные смеси представляют собой серьезную опас­ность для обслуживающего персонала, так как они могут привес­ти к пожару или взрыву в производственных помещениях. По этой причине промышленные газовые горелки подключают к системе газоснабжения посредством специальных систем безопасности.

Для этой цели иногда применяет систему электромагнитного действия, в которой для контроля за наличием пламени используют термопару. Нагретый от факела горелки спай термопары служит источником слабого электрического тока, который, проходя по катушке электромагнита, обеспечивает проход газа к горелке. В случае загасания горелки спай термопары остывает, электромагнит обесточивается и закрывает проход газа к горелке.

Более надежна и эффективна автоматика безопасности (АБ) пневмоимпульсного действия. Для контроля за факелом в этой системе используют металлический стержень, удлиняющийся при нагреве и укорачивающийся при отключении горелки и последующем охлаждении. Подача газа отключается специальным блоком, состоящим из двух частей (главного клапана-отсекателя и реле-инвертора), объем каждой из которых разделен гибкой герметичной мембраной. Мембрана приходит в движение в том случае, если создается перепад давлений на ее поверхностях. В этом случае она открывает или закрывает соответствующие отверстия (сопла).

При допусковым положении (а) газ, проте­кая по специальным каналам, заполняет пространства В и Б, а также канал под главным клапаном-отсекателем (пространства, заполненные газом, заштрихованы.) При этом давление над мембраной в полости Б и под клапаном одинаковы и на клапан действует лишь сила тяжести. В результате клапан-отсекатель остается закрытым, а доступ газа к газовой горелке исключается.

При пусковом положении (б) нажимают на кнопку «Пуск» и газ в дополнение к предыдущему случаю заполняет полость А. При этом газ идет к запальнику, который воспламеняют. Одновременно газ по импульсной трубке поступает в направлении к полости Д и к датчику пламени. Последний в первый момент открыт, и газ вытекает через специальное отверстие в атмосферу. Полость Г имеет специальный канал (линия эвакуации), через который она соединена напрямую с атмосферой. В этом случае давление в полостях Д и Г равно атмосферному и мембрана реле-инвертора не испытывает силовых воздействий. Клапан этого реле находится под действием пружины и занимает верхнее положение. При этом давление в полостях А и Б одинаково, мембрана клапана не испытывает пневматических усилий, а главный клапан-отсекатель закрыт.

Под действием термического расширения стали, из которой сделан датчик пламени, его пластина удлиняется, и датчик плот­но закрывает канал защиты. В результате давление газа в канале защиты и в полости Д повышается (в). Поскольку под мембраной реле-инвертора в полости давление атмосферное, то на мембрану действует сила, перемещающая клапан реле-инвер­тора вниз.

В результате верхнее сопло полости В открывается, а нижнее закрывается. Через открытое верхнее отверстие остатки газа из по­лости Б через пространства В и Г выходят в атмосферу, и в поло­сти Б давление понижается до атмосферного.

Поскольку в полости А давление повышенное, равное давле­нию газа в сети, то на мембрану главного клапана действует сила, направленная вверх, которая поднимает главный клапан и открывает основной доступ газа к горелке. В этот момент можно отпустить кнопку «Стоп» и открыть кран газовой горелки.

В случае загасания горелки и запальника пластина датчика пламени укорачивается и канал защиты открывается. В полости Д реле-инвертора давление падает до атмосферного.

Последовательность срабатывания блока АБ на отключение:

а — допусковое положение; б — положение при нажатии на кнопку «Пуск»; в — положение при срабатывании датчика пламени (на схеме заштрихованы полости, заполненные газом)