Сравнение эффективности газовых горелок разного типа. Одноступенчатые, двухступенчатые и модулируемые горелки для отопительных котлов

Одноступенчатые, двухступенчатые и модулируемые горелки для отопительных котлов. Обзор.

При выборе горелок потребители оказываются перед непростой задачей – какую горелку выбрать . Этот выбор им позволяет сделать небольшое сравнение горелок различных производителей по типу регулирования и уровню автоматизации горелочного устройства.

Мы предлагаем Вам ознакомиться с мнением специалистов нашей компании, основанном на опыте применения комбинированных, жидкотопливных и газовых горелок Weishaupt, Elco, Cib Unigas и Baltur.

Давайте определим основные требования, которые предъявляются к горелкам, в зависимости от области применения. В зависимости от области применения, горелки можно разделить на группы.

Группа 1. Горелки для систем индивидуального отопления (в данную группу мы относим горелки мощностью до 500 – 600 кВт, которые устанавливаются в котельных частных домов, небольших производственных и торгово-административных зданий).

При выборе горелок для данной группы потребителей, необходимо учитывать пожелания покупателя в уровне автоматизации индивидуальной котельной:

· если Вы не предъявляете повышенных технических требований к устанавливаемому оборудованию и желаете иметь надежную котельную, которая не требует больших первоначальных финансовых вложений, то можно остановить свой выбор на горелках с одноступенчатым, двухступенчатым режимами работы ;

· если в результате вы хотите построить систему отопления с высоким уровнем автоматизации, погодозависимым регулированием, а также низким расходом топлива и энергоресурсов, то Вам лучше применить модулируемые горелки или горелки с плавно-двухступенчатым регулированием , которые обеспечат возможность программирования мощности и широкий рабочий диапазон регулирования горелки.

Группа 2. Горелки для систем отопления крупных жилых комплексов (в данную группу мы относим горелки мощностью более 600 кВт для нужд жилищно-коммунального хозяйства, центральное отопление, а также для теплоснабжения крупных производственных и торгово-административных зданий).

· Для данной группы идеально подходят плавно-двухступенчатые или модулируемые горелки. Это обусловлено: большой мощностью котельных, пожеланием заказчика построить котельную с высоким уровнем автоматизации, желанием обеспечить максимально низкий расход топлива и электроэнергии (применить частотное регулирование мощности вентилятора), а также применить оборудование для автоматического регулирования по остаточному кислороду в дымовых газах (кислородное регулирование).

Группа 3. Горелки для применения на технологическом оборудовании (в данную группу можно отнести горелки любой мощности, в зависимости от мощности технологического оборудования).

· Для данной группы предпочтительны модулируемые горелки . Выбор данных горелок определен даже не столько пожеланием заказчика, а технологическими требованиями производства. Например: при некоторых производственных процессах требуется выдерживать строго определенный температурный график и не допустить перепадов температуры, иначе это может привести к нарушению технологического процесса, порче продукции и как результат к значительным финансовым потерям. Горелки со ступенчатым регулированием также могут применяться на технологических установках, но лишь в тех случаях, когда незначительные колебания температуры допустимы и не влекут за собой негативны последствий.

Краткое описание принципа работы горелок с различным типом регулирования .

Одноступенчатые горелки работают лишь в одном диапазоне мощности, работают м тяжелом для котла режиме. При работе одноступенчатых горелок происходит частые включения и отключения горелки, которыми регулирует автоматика котлоагрегата.

Двухступенчатые горелки , как и следует из названия, имеют две ступени мощности. Первая ступень, как правило, обеспечивает 40% мощности, а вторая – 100%. Переход с первой ступени на вторую происходит в зависимости от контролируемого параметра котла (температуры теплоносителя или давления пара), режимы включения/выключения зависят от автоматики котла.

Плавно-двухступенчатые горелки позволяют осуществлять плавный переход с первой ступени на вторую. Это нечто среднее между двухступенчатой и модулируемой горелкой.

Модулируемые горелки нагревают котёл непрерывно, по мере необходимости повышая или снижая мощность. Диапазон изменения режима горения - от 10 до 100% номинальной мощности.

Модулируемые горелки подразделяются на три типа по принципу работы модулирующих устройств:

1. горелки с механической системой модуляции;

2. горелки с пневматической системой модуляции;

3. горелки с электронной модуляцией.

В отличие от горелок с механической и пневматической модуляцией, горелки с электронной модуляцией позволяют обеспечить максимально возможную точность регулирования, поскольку исключаются механические погрешности в работе горелочных устройств.

Ценовые преимущества и недостатки

Конечно, модулируемые горелки дороже ступенчатых моделей, однако они имеют перед ними целый ряд преимуществ. Механизм плавного регулирования мощности позволяет свести цикличность включения-выключения котлов к минимуму, что значительно снижает механические напряжения на стенках и в узлах котла, а значит, продлевает его «жизнь». Экономия топлива при этом составляет не менее 5%, а при грамотной настройке можно добиться 15% и выше . И, наконец, установка модулируемых горелок не требует замены дорогостоящих котлов, если они исправно функционируют, при этом повышая КПД котла.

На фоне недостатков ступенчатых горелок достоинства модулируемых горелок очевидны. Единственным фактором, заставляющим руководителей сделать выбор в пользу ступенчатых моделей, является их более низкая цена. Но экономия такого рода обманчива: не лучше ли единовременно потратить большую сумму на более совершенные, экономичные и экологичные горелки? Тем более, что затраты окупятся в ближайшие несколько лет!

Многие покупатели понимают выгоду использования модулируемых горелок, и теперь им остаётся только выбрать необходимые модели. К каким же производителям лучше обратиться? Даже при поверхностном изучении цен на импортные и отечественные горелки, видно, что разница весьма значительна. Некоторые модели зарубежных производителей дороже продукции российского производства более чем в два раза.

Детальный анализ рынка производителей горелок показывает, что российское оборудование значительно уступает импортным аналогам по уровню автоматизации. Для того, чтоб добиться высокого уровня автоматизации горелок российского производства, необходимо вложить не мало денежных средств на приобретение необходимых систем автоматики и работ по монтажу и наладке оборудования. По результатам всех работ получается, что стоимость дооборудованных горелок российского производства близка к стоимости импортных горелок. Но при этом, Вы не будете иметь стопроцентной гарантии, что доукомплектованная российская горелка обеспечит Вам необходимый результат

Заключение наших специалистов

Правильный выбор горелки - важный этап при строительстве или модернизации котельной. От того, насколько ответственно Вы подошли к этому вопросу, зависит дальнейшая работа отопительного оборудования. Стабильная работа горелки, соответствие экологическим нормам, более длительный срок службы котлов и возможность полной автоматизации работы теплоэнергетической установки говорят о значительных преимуществах применения в котельных модулируемых горелок. А если выгода от их эксплуатации очевидна, не воспользоваться ею - просто неразумно.

Горелки Weishaupt / Германия, Elco / Германия, Cib Unigas / Италия,Baltur / Италиязарекомендовали себя как надежное и качественное оборудование. Выбирая эти горелки, Вы получаете уверенность и выгоду! В свою очередь мы готовы обеспечить для Вас приемлемые цены и кратчайшие сроки поставки оборудования.

Сердце любого газового котла – это горелка с установленным над ней теплообменником. Горелка обеспечивает сгорание газового топлива, генерируя тепло. В свою очередь, тепло поглощается теплообменником и отправляется в отопительную систему. Именно горелкам и будет посвящен текущий обзор.

Мы расскажем, что представляет собой газовая горелка для твердотопливного котла, а также дадим информацию о разновидностях горелок для газовых котлов.

Что представляет собой газовая горелка

Газовая горелка – это один из важнейших узлов любого котла. Она отвечает за создание устойчивого пламени. Именно здесь происходит сжигание подающегося топлива. Полученное тепло поднимается вверх, к теплообменнику, где практически полностью переходит в теплоноситель. Продукты сгорания вместе с остатками тепла тем или иным образом удаляются в атмосферу.

Устройство газовой горелки для котла предельно простое – оно включает в себя несколько основных узлов:

Низкое выделение окислов азота и угарных газов при горении делает котел почти безупречным в экологическом отношении.

Форсунку – отсюда выбрасывается газ;
Систему розжига – обеспечивает поджигание газа;
Систему автоматики – контролирует температуру;
Датчик наличия пламени – контролирует наличие огня.

Упрощенно говоря, все выглядит именно так. А чем отличаются друг от друга те или иные виды газовых горелок в различных моделях котлов, вы узнаете чуть позже.

Современная газовая горелка для котла отопления – это устройство, к которому предъявляются определенные требования. В первую очередь важна бесшумность работы. Сразу вспоминаются некоторые модели советских проточных водонагревателей, где пламя шумело с силой урагана. Современные образцы горят сравнительно тихо (также уделяется внимание тихому розжигу, без хлопков и взрывов). Дополнительное влияние на уровень шума оказывает конструкция камер сгорания.

Большой срок службы – если вспомнить старые газовые агрегаты, то они служили довольно долго (в те времена все делалось на века). Сегодня таких технологий уже нет, поэтому горелки в котлах часто ломаются. Выход один – покупать агрегаты от проверенных брендов, где используются нормальные по качеству комплектующие. Что касается всякого китайского барахла от непонятных производителей, то здесь все очевидно – брать не стоит.

То же самое касается дешевых котлов российского производства – в них нередко устанавливаются недолговечные горелки.

Полное сгорание газа – еще одно важное требование. Горелка для газового котла должна сжигать топливо полностью, с минимальным выделением угарного газа и прочих сопутствующих компонентов. Впрочем, тут все зависит не только от нее – на качество сгорания оказывают влияние и остальные узлы. Нельзя забывать и о надлежащем отводе газа, для чего нужно иметь в своем распоряжении чистый дымоход с хорошей тягой.

Что касается принципа работы газовой горелки, то он прост:

В горелке сжигаемый газ соединяется с воздухом. При высокой температуре происходит химическая реакция с образованием углекислого газа и воды.

Котел фиксирует несоответствие температуры в отопительном контуре с заданными пользователями параметрами;
Открывается газовый клапан, в горелку начинает поступать газ;
В это же время срабатывает система розжига;
Газ поджигается, образуется пламя.

В это же самое время начинает работает контроль наличия пламени – если огонь вдруг потухнет, автоматика перекроет подачу голубого топлива. Как только температура в системе отопления достигнет заданного предела, подача газа будет перекрыта.

Реализация контроля наличия пламени реализуется в газовых горелках по-разному. Где-то стоит простой термоэлемент, а продвинутые котлы с автоматикой на базе электроники наделяются системами ионизационного контроля.

Классификация газовых горелок

Долгое время на рынке царствовали самые простые котлы, лишенные сложной электроники и продвинутой автоматики. Они нуждались в полноценных дымоходах и должны были устанавливаться в помещениях с хорошей вентиляцией. Сегодня в продаже присутствуют агрегаты, которые могут эксплуатироваться практически в любых условиях. Наравне с ними продаются и традиционные модели. Все они отличаются конструкцией газовых горелок.

Атмосферные газовые горелки

Применение газовых горелок атмосферного типа значительно упрощает конструкцию отопительного оборудования. Они работают за счет естественного притока кислорода, а для удаления продуктов сгорания задействуются полноценные дымоходы. Так как кислород забирается из помещения, то в нем должна быть хорошая вентиляция. Давайте рассмотрим основные достоинства атмосферных котлов:

Простота конструкции – оказывает прямое влияние на стоимость оборудования;
Низкий уровень шума – здесь отсутствуют дополнительные вентиляторы, гудит только пламя;
Более высокая надежность – здесь срабатывает вполне понятная закономерность, что оборудование с минимумом деталей ломается гораздо меньше и реже;
Энергонезависимость – благодаря этому оборудование может работать в зданиях, в которых отсутствует электрификация.

Есть и некоторые недостатки:

Не самый высокий КПД – с этим недостатком приходится мириться. Более совершенные газовые котлы с закрытыми горелками более экономичны и эффективны;
Необходимость в наличии полноценного дымохода, выходящего на крышу – в строящихся домах это дополнительные расходы;
Установка котла с атмосферной газовой горелкой должна осуществляться в специально отведенном помещении, где есть вентиляция и окошко – иногда следовать данным требованиям проблематично.

Также необходимо отметить возможность неполного сгорания газового топлива.

«Турбированные» горелки

Мы вплотную подошли к самому современному отопительному оборудованию, оснащаемому газовыми горелками закрытого типа. Такие котлы нередко называют «турбированными». Они оснащаются компактными дымоходами, нередко выходящими прямо за противоположную стенку. Это очень удобно, особенно, когда здание находится на стадии строительства – не нужно мучиться с обустройством дымохода и вентиляционных каналов.

Отопительный котел с закрытой камерой сгорания – это отопительный агрегат, в котором газовая горелка заключена в специальную камеру. Кислород сюда поступает извне, через специальный коаксиальный дымоход. Через него же удаляются продукты сгорания. Управляет всеми потоками мощный вентилятор с автоматически регулируемыми оборотами. При желании, «турбированный» котел можно смонтировать в абсолютно герметичном помещении, лишенном вентиляции и окон.

Коаксиальный дымоход представляет собой эдакую конструкцию «труба в трубе». Он служит для забора наружного воздуха и для удаления продуктов сгорания. Выводится такой дымоход в произвольной точке ближайшей стены, но не ближе полуметра к ближайшим окнам (могут предъявляться и более строгие требования).

Достоинства газовых котлов с закрытыми горелками:

Возможность монтажа в любых помещениях – на кухнях, в подвалах, в ванных комнатах (хоть в спальне);
Повышенная безопасность – газ горит в изолированной камере. Даже если он потухнет, а автоматика на это не отреагирует, газовоздушная смесь будет удалена за пределы квартиры/дома;
Повышенный КПД – газовые котлы с закрытыми горелками действительно более эффективны, но это относится далеко не ко всем моделям;
Более эффективное управление температурой – для этого здесь применяется система регулировки частоты вращения вала вентилятора;
Высокая экологическая чистота – топливо сгорает практически полностью.

К сожалению, не обошлось и без недостатков:

За повышенную безопасность и увелинный КПД придется заплатить высоким уровнем шума и возросшими счетами за обслуживание.

Повышенная сложность – газовые горелки для котлов отопления обладают более сложной конструкцией, что затрудняет проведение ремонтных работ;
Чуть сниженная надежность – чем больше деталей, тем ниже надежность системы (особенно часто подводят самые дешевые образцы и китайские модели);
Высокая цена – для того чтобы купить «турбированный» котел, придется выложить круглую сумму (они стоят на 10-15% дороже своих атмосферных аналогов);
Повышенный уровень шума – установленный в системе вентилятор издает гул (уровень шума зависит от конкретной модели);
Отсутствие энергонезависимости – при отключении света оборудование остановит свою работу. Проблема решается установкой источника бесперебойного питания.

Несмотря на это, использование данных котлов для обогрева домов и квартир становится определенной тенденцией.

Горелками закрытого типа оснащаются так называемые конденсационные котлы, которые отличаются повышенным КПД за счет отбора тепла из продуктов сгорания.

Прочие различия

Рассмотрим разделение газовых горелок по типу розжига. Самый простой вариант – с горящим запальником (фитилем). При срабатывании автоматики, фитиль поджигает газ и котел начинает греть теплоноситель. Минусов здесь два – повышенное потребление газа и низкая безопасность (запальник может потухнуть). Первичный розжиг осуществляется спичками или с помощью пьезоэлемента, дающего искру.

Природный газ из магистрали дает ровное горение, не образуя излишней копоти на стенках дымоходной трубы.

Электронный розжиг горелки предусматривает наличие в газовом котле высоковольтного преобразователя. Энергия берется от батареек или электрической сети. Первый вариант применяется в энергонезависимых котлах, в которых отсутствует электронная автоматика. Второй вариант актуален для сложных агрегатов с электроникой на борту. Вместе с таким розжигом часто ставятся модули ионизационного контроля наличия пламени.

Также существует дележка по виду используемого топлива. Природный газ, поставляемый из магистрали, более чистый, он подается с оптимальным давлением (случаи скачков давления в обе стороны мы не рассматриваем). Пламя в котле получается чистым, без копоти. Оборудование подключается к сети без переделок. Существуют горелки, умеющие работать на пропане – для этого нужна настройка системы и установка жиклера. Пламя от горения пропана отдает желтым цветом, наблюдается повышенное отложение копоти на дымоходе.

Жиклеры позволяют нормализовать давление пропана до приемлемого значения – они поставляются в комплекте или приобретаются отдельно.

Газовые горелки для универсальных котлов

Газовая горелка для твердотопливного котла отопления представляет собой довольно сложный агрегат. Она создана для перевода отопительного оборудования с одного вида топлива на другое. То есть, вы можете приобрести твердотопливный (универсальный) агрегат для работы на дровах, а при появлении газовой магистрали перевести его на работу с природным газом.

Обслуживание даже самой простой газовой горелки лучше всего доверить мастеру - услуги специалиста выйдут дешевле чем покупка нового агрегата.

Автоматическая газовая горелка для котла на твердом топливе построена по вентиляторной схеме. Сюда подается газ, смешивается с воздухом, после чего готовая топливно-воздушная смесь отправляется в форсунку. Здесь она поджигается, образуя высокотемпературный факел пламени. На борту горелки имеются мощный вентилятор, система автоматики, редуктор и газовый фильтр. Для работы агрегата требуется электроэнергия. Само изделие имеет модульную конструкцию (съемную).

Типичный пример – газовая горелка для котла Купер. Сам котел является пеллетным, но к нему можно подключить сменную горелку и перевести его на природный или сжиженный газ.

За эффективную работу котла в первую очередь отвечают газовые горелки для котлов отопления.

Конструкцию и свойства горелки нужно изучить перед покупкой агрегата: от этого зависит будущий расход топлива, возможность регулировки интенсивности пламени, уровень автоматизации работы котла ().

Принцип работы и требования

Процесс идет с выделением тепловой энергии. Энергия разогревает теплоноситель в следующем рабочем узле – теплообменнике. Продукты сгорания тем или иным способом отводятся на улицу.

Каким требованиям должна соответствовать горелка:

простая конструкция, надежность;
долгий эксплуатационный срок;
низкий уровень шума;
легкость переключения с одного топлива на другое (если она предусмотрена в конструкции котла);
низкое выделение окислов азота и угарных газов при горении делает котел почти безупречным в экологическом отношении. Разумеется, дымоход и вытяжка должны быть устроены грамотно.

Классификация по способу подачи воздуха

Этот способ зависит от конструкции топки.

Топка может быть открытой и закрытой.

В первом случае забор воздуха осуществляется прямо из комнаты, а газы сгорания уходят через стандартный дымоход.

Второй вариант предполагает, что и забор воздуха, и отвод дыма осуществляются посредством коаксиальных трубок, проходящих через сквозные отверстия в стене.

Низкотемпературная горелка

В открытых топках используются газовые атмосферные горелки для котлов отопления.

Принцип работы простой: газ поступает к фитилю через эжектор, воздух затягивается из помещения котельной.

Розжиг осуществляется небольшими низкотемпературными язычками пламени. Этот тип может использоваться в любых , от примитивных агрегатов старой конструкции до современных продвинутых моделей.

Кроме простоты, дешевизны и универсальности у атмосферных горелок есть еще один плюс: низкий уровень шума.

Возможности применения эжекторных горелок

Если у вас хватило средств на покупку комбинированного котла – вам повезло: две автономных топки, можно легко переключаться с дровяного на газовое и наоборот (). Но универсальные/комбинированные котлы – не бюджетный вариант.

Допустим, у вас уже есть дровяной котел, и вы хотите переделать его в газовый – больше возможностей для автоматизации, меньше проблем с подвозом горючего. Газовые горелки для твердотопливных котлов отопления обычно атмосферные: устройство простое, ломаться практически нечему.

Газовые горелки для котлов отопления своими руками работают по тому же принципу. Для использования такого устройства не требуется кардинальным образом переделывать весь отопительный агрегат.

Если вы, например, переоборудуете дровяной котел в газовый, для установки горелки можно использовать зольник, а для контроля и регулировки подключить снаружи автоматику.

Газовые горелки для старых котлов отопления российского производства тоже рекомендуется приобретать атмосферного типа: конструктивные особенности этих агрегатов не позволяют сделать топливные камеры полностью герметичными, и, следовательно, достаточно эффективными.

Некоторые твердотопливные котлы (например, пиролизные модели) уже оснащены газовыми горелками для розжига.

Вентиляторная горелка (наддувная)

В закрытых топках свободное поступление воздуха к фитилю невозможно, поэтому прибегают к искусственному нагнетанию. Топка включает в себя встроенный вентилятор, который нагоняет воздух в камеру принудительно.

Эта горелка не так универсальна, как предыдущая, но у нее есть другое преимущество: легче интегрируется в полностью автоматизированную систему управления котлом ().

Мультиблок горелки вентиляторной включает в себя следующие части:

газовый фильтр;
регулятор давления;
регулятор расхода;
редуктор;
реле для выключения и принудительного включения горелки при падении/повышении давления;
реле вентилятора (выключает горелку при остановке двигателя вентилятора).

Желательно, чтобы в системе присутствовал бесперебойник на случай внезапного отключения электричества.

Минусы этого типа горелок – дороговизна и сложность. Котлы под них нужно переделывать целиком, не для всех агрегатов они подходят.

Классификация по виду горючего

Газовый котел может работать на природном (магистральном) газе метане или на сжиженном из баллонов (пропан-бутан). На сегодняшний день разница в стоимости незначительна.

Поскольку в загородных условиях не всегда есть возможность подключиться к магистрали, вам, скорее всего, потребуется пропан бутановая газовая горелка в котел отопления.

Конструктивно эти котлы одинаковы, есть свои нюансы у горелок. Горелки под природный и жидкий газ отличаются конструкцией форсунок. Многие агрегаты комплектуются форсунками под оба вида топлива.

Благодаря этому газовые горелки для котлов отопления на пропане легко перенастроить на работу с магистральным газом и наоборот.

Классификация по типу розжига

Розжиг у котлов может быть электронный и пьезо. Пьезорозжиг осуществляется единожды, дальше запальник постоянно горит, независимо от подачи газа. Электронный – зависит. Срабатывает при открытии подающего клапана: топливо зажигается от электростатической искры.

Более экономичным считается второй вариант. Он же продлевает срок службы горелки. Но это способ энергозависимый: при частых и продолжительных перебоях в электросети котел будет простаивать.

Как выбрать горелку

При выборе имеют значение следующие характеристики: диапазон, мощность и способ регулировки. Мощность должна быть больше, чем аналогичный показатель у камеры сгорания: это позволит в дальнейшем регулировать работу котла в большом диапазоне.

Регулировка различается по числу ступеней мощности. Может быть одна или две ступени, а также модулируемая регулировка (плавная по всему диапазону).

Среди марок особым спросом пользуются немецкие (Buderus, Vaillant), итальянские (Lamborghini), словацкие (Protherm). Газовые горелки для российского производства представлены продукцией фирм Жуковский машиностроительный завод, Лемаркс, Конорд.

Следует также отметить газовые горелки для котлов отопления Вакула. Предприятие специализируется на изготовлении автоматики для горелок.

Особенности газовых горелок с автоматикой для котлов отопления производства Вакула :

пьезоэлектрический розжиг;
регулировка температуры теплоносителя – от 40 до 90?;
регулировка подачи газа к запалу;
регулировка газового потока;
возможность работы при пониженном давлении газа;
автоматическое отключение при обратной тяге или внезапном прекращении подачи газа.

Газовые горелки для напольных котлов отопления бывают всех типов: атмосферные и наддувные, электронные и с пьезоэлектрическим розжигом.

Какой тип розжига лучше – зависит от того, хотите вы сделать систему полностью автоматизированной или предпочитаете ручное регулирование и энергонезависимое оборудование.

Выбор между атмосферной и вентиляторной горелкой во многом определяется мощностью. Напольный котел с атмосферной горелкой выдает от 10 до 80 кВт или больше.

Мощность котла с наддувной горелкой достигает нескольких тысяч кВт. Нужно ли переплачивать большие деньги за котел с такими характеристиками – решать вам.

Если Вы собираетесь добавить в систему отопления теплый пол, то смотрите .

Видео газовые горелки для котлов отопления. Переделка.

Жизнь вдали от экватора диктует свои законы. Вслед за понижением уличной температуры остывают и дома внутри. В этом обзоре рассмотрим вариант решения проблемы путём выбора лучших газовых обогревателей — от портативных (для палатки) до конвекторов для дома или дачи, которые могут заменить газовый котел.

Виды газовых обогревателей

Газовые конвекторы

Такие обогреватели могут иметь закрытую и открытую камеру сгорания. Модели закрытого типа для сжигания газа забирают воздух с улицы и выводят продукты сгорания туда же по специальной трубе, проложенной сквозь стену. Они неплохо подходят для дома или дачи и способны стать альтернативой газовому котлу. Модели с открытой камерой горения не очень подходят для жилых помещений или требуют использования вертикального дымохода.

Каталитические газовые обогреватели

Приборы такого типа работают за счёт окисления веществ на поверхности катализатора, при котором выделяется большое количество тепла. Процесс происходит практически бесшумно и без пламени. Каталитический метод сжигания более надёжен, эффективен и безопасен по сравнению с применяемым у обычных инфракрасных обогревателей.

Керамические газовые обогреватели

По аналогии с электрическими собратьями такие обогреватели работают за счёт направленного теплового излучения и греют не воздух, а поверхности стен, предметов, а также присутствующих в помещении людей. Только в качестве источника нагрева выступает газовая горелка. Использование керамических пластин позволяет добиться полного сгорания топлива и исключить вредные выбросы.

Тепловые газовые пушки

Имеют цилиндрическую форму и работают по принципу тепловентилятора, в котором роль нагревательного элемента выполняет газовый тепловой генератор. Работают от баллонного газа, а мощность обычно регулируется редуктором.

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.