ИНЖЕКЦИОННЫЕ ГОРЕЛКИ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

В инжекционных горелках газовоздушная смесь образуется за счет энергии струи газа, подсасывающей воздух из окружающей среды внутрь горелки. Само слово «инжекция» подразумевает подачу, впрыскивание, всасывание жидкости или газа внутрь какого-то устройства. Вспомнить хотя бы инжектирование жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания путем принудительного впрыска.

Инжекционные горелки могут работать на газе низкого или среднего давления. Первые сжигают газ диффузионно-кинетическим способом, вторые — кинетическим. Для справки: в газопроводах природного газа и СУГ низкое давление — до 500 даПа (50 мбар), среднее — свыше 500 даПа до 0,3 МПа.

Атмосферные горелки

У инжекционных горелок низкого давления к фронту горения через горелку поступает только часть необходимого воздуха, который именуется первичным (рис. 1). Такие горелки инжектируют не весь необходимый для горения воздух, обычно от 40 % до 60 %. Остальной воздух, называемый вторичным, поступает к пламени из окружающего пространства. Объем первичного воздуха характеризуется коэффициентом инжекции. Это отношение количества первичного воздуха к количеству воздуха для полного сгорания газа. Как указывалось ранее (S-2184), для полного сгорания 1 м3 природного газа необходимо около 10 м3 воздуха. Если через горелку проходит 5 м3 воздуха, то коэффициент инжекции составит 5/10 = 0,5.

Рис. 1. Принцип работы атмосферной горелки

Источник:  https://gidotopleniya.ru/images/wp-content/uploads/2018/11/gorelki-gazovye-dlya-kotlov-11.jpg.

Конструкция атмосферной горелки

Основные детали атмосферной горелки: сопло, смеситель, коллектор и регулятор первичного воздуха (рис. 2). Истекая из сопла, газ приобретает кинетическую энергию, необходимую для подсасывания первичного воздуха. В результате перед входом в смеситель возникает разрежение, куда устремляется окислитель.

Рис. 2. Инжекционная горелка низкого давления

В смесителе газ и воздух смешиваются, в коллектор поступает частично готовая газовоздушная смесь. Здесь происходит ее распределение по выходным отверстиям. Регулятор первичного воздуха представляет собой вращающийся диск, который может перемещаться по резьбе на сопле «от горелки — к горелке». Он изменяет количество первичного воздуха, поступающего в горелку. Чем ближе диск к смесителю, тем меньше воздуха в него поступает. И наоборот, отодвигая диск, увеличиваем подачу воздуха. Кстати, у большинства современных горелок такие регуляторы отсутствуют.

Форма коллектора (огневого насадка) и расположение на нем отверстий весьма разнообразные. Существуют горелки: круглые, прямоугольные, со скругленными краями, из отдельных труб (секций). Конструкция определяется формой и размерами топки (огневой камеры) газоиспользующего оборудования, назначением горелки. Например, верхние горелки газовой плиты круглые, так как большая часть посуды имеет круглое днище.

Рис. 3. Огневой насадок современной трубчатой горелки

Источник:  http://stroi-ka.ru/image/catalog/products/protherm/0020033270-Gorelochnie-trubi.jpg.

В горелках современных котлов газовоздушная смесь выходит через щели, выполненные вместо круглых отверстий в коллекторе. Насадок (коллектор) горелки изготавливается из нержавеющей стали, щели прорезаются лазером (рис. 3).

Горелки газовой плиты

Самое большое число горелок установлено на газовых плитах, которых только в России более 40 миллионов. На каждой с учетом духового шкафа от 3 до 5 горелок. Итого: почти 200 миллионов устройств, предназначенных для приготовления или разогрева пищи. Мощность каждой горелки не велика — около 2 кВт. Коэффициент полезного действия тоже мал — около 60 %. Сравните с КПД котла — 91 %. Причин две: нет огневой камеры (топки), в которой происходит горение, а также мала поверхность теплообмена посуды. Конечно, можно сделать кастрюлю с развитой поверхностью теплообмена, но потом замучишься ее мыть. В результате много тепла идет не на нагрев пищи, а уходит в помещение.

Рис. 4. Горелка повышенной мощности (WOK)

Источник:  https://technomixshop.ru/upload/iblock/bb5/bb56ccb00890b56ab926520da467e9de.jpeg.

В настоящее время часто используются WOK-горелки с двумя (рис. 4) или даже тремя рядами отверстий. Мощность увеличивается до 4 кВт. Интересный факт: в России согласно ГОСТ 33998-2016 «Приборы газовые бытовые для приготовления пищи. Общие технические требования, методы испытаний и рациональное использование энергии» подобные горелки именуются многокольцевыми.

Рис. 5. Горелка газовой плиты

Источник:  https://eti.su/images/articles/gorelki_gaza/gorelki_gaza.003.jpg.

На рисунке 5 изображена горелка стола газовой плиты, которая изготавливается из алюминиевого сплава. Газ после выхода из сопла 1 попадает в смеситель 2, где образуется газовоздушная смесь. Вторичный воздух подводится к огневым каналам 4 головки 3 из атмосферы. На крышке 5 по окружности сформирован буртик. Он создает верхнее стабилизирующее пламя, что обеспечивает передачу горения от одного выходного отверстия к другому.

Горелка не имеет регулятора подачи первичного воздуха. При увеличении давления газа в сети за пределы устойчивой работы горелки возможен частичный отрыв. В этом случае необходимо уменьшать подачу газа на горелку с помощью крана.

Горелки водонагревателей

В газовых водонагревателях, проточных и емкостных, применяются атмосферные горелки мощностью более 7 кВт. Максимальная тепловая производительность ограничена и обычно не превышает 100 кВт. Причина в том, что огневые насадки (коллектора) подвергаются в топке воздействию высоких температур и выходят из строя. Получение большей тепловой мощности возможно, только когда в топке находится факел без каких-либо конструкционных деталей горелки.

На сегодняшний день в водонагревателях применяют различные по конструкции горелки: круглой формы, трубчатые, секционные. Их форма определяется прежде всего конфигурацией топки (огневой камеры).

Рис. 6. Секционная горелка Polidoro

Источник:  http://polidoro.su/polidoro_np/.

В секционных горелках газ подается в огневые насадки через несколько сопел. Общий поток газа разбивается на несколько струй, что улучшает смешивание газа и воздуха. Конструкция горелок Polidoro (рис. 6) позволяет легко адаптировать их к различным прямоугольным теплообменникам. Для изменения тепловой мощности меняют количество огневых насадков, которых может быть от 5 до 20.

Достоинства атмосферных горелок

Инжекционные горелки низкого давления имеют ряд положительных качеств:

• простая конструкции, не нужны механизмы для подачи воздуха и регулирования горения;

• устойчивая работа при изменении нагрузки.

К достоинствам атмосферных горелок также относится свойство саморегулирования, когда обеспечивается постоянная пропорция между объемом проходящего через горелку газа и количеством инжектируемого воздуха. К недостаткам инжекционных горелок низкого давления можно отнести высокий коэффициент избытка воздуха, который доходит до 1,3, что объясняется сложностью образования газовоздушной смеси в топке.