Запальные горелки

Запальные горелки

Запальная горелка — это вспомогательная горелка для розжига основной. Запальные горелки могут быть переносными (для ручного розжига) и стационарными (для автоматического розжига). Широко применяются для ручного розжига горелок переносные газовые запальные горелки конструкции «Мосгазпроекта». Газовая горелка присоединяется к газопроводу с помощью шланга 7. Газ выходит из сопла S и подсасывает через отверстие S воздух из окружающей среды. Образующаяся газовоздушная смесь поступает в огневой насадок 4 и выходит из него через ряд мелких отверстий, при этом образуются многочисленные небольшие факелы. Запальная горелка через запальное отверстие подводится к устью разжигаемой горелки. Запальное отверстие расположено над основной горелкой или сбоку от нее. Для правильной установки относительно устья разжигаемой горелки на запальной горелке предусмотрен ограничитель.

Стационарные запальные горелки, как правило, являются элементами запально-защитных устройств (ЗЗУ) и предназначены для автоматического и дистанционного розжига горел очных устройств. Посредством этого так называемого электрозапальника осуществляется воспламенение поступающего газа и контроль собственного пламени. В комплект электрозапальника входит трансформатор (или катушка) зажигания и электромагнитный клапан. Электрозапальник имеет трубопровод 1  подачи газа, изолированный высоковольтный центральный электрод S, конец которого загнут так, что между ним и корпусом горелки образуется небольшой зазор порядка 6…8 мм, стабилизатор 7 горения, контрольный электрод .

При подаче тока на трансформатор зажигания между центральным электродом и корпусом возникает высокое напряжение 8…10 кВ, в результате которого вследствие пробоя воздушного зазора образуется искра. Одновременно с включением трансформатора зажигания открывается электромагнитный клапан подачи газа на электрозапальник. Газ поджигается искрой, и таким образом возникает факел. Контроль горения факела осуществляется с помощью контрольного электрода в электрической цепи автомата контроля пламени. При наличии факела эта цепь замкнута, так как при высоких температурах факел электро- проводен. При погасании факела электрическая цепь разрывается, и автомат контроля пламени отключает питание электромагнитного клапана. Подача газа на запальник при этом прекращается.

Блочные автоматизированные горелки котлов

В последние годы наряду с разработками отечественных производителей котельной техники и газогорел очного оборудования (ООО

«Сормово»; ОАО «Старорусприбор»; ООО «Каменский завод газоиспользующего оборудования»; ЗАО НПП «Теплогаз-автоматика»; ООО

«Теплосервис» и др.) появилась продукция большого числа иностранных фирм (Baltur и Ecoflame (Италия), Benton (Швеция), De Ditrich (Франция), Körting, Saacke, Weishaupt (Германия) и др.). Современные горелки, отличаясь большим разнообразием по производительности, эффективности сжигания топлива, экономичности и экологическим характеристикам, обладают высокой степенью автоматизации.

Рассмотрим для примера устройство и принцип работы газовых горелок ведущей мировой фирмы по производству горе л очных устройств Weishaupt. Данная фирма выпускает автоматические блочные газовые, жидкотопливные и комбинированные горелки мощностью 12,5…17 500 кВт, подразделяемые на три типоряда: W, Monarch и WK. Горелки типоряда W, рассчитанные на сжигание газообразного топлива, имеют обозначение WG и выпускаются мощностью 15,5…550 кВт. Мощность комбинированных горелок этого типоряда (для сжигания газообразного и жидкого топлива) 75…300 кВт. Они используются для отопления и подготовки технической воды в технологических установках.

Горелки типоряда Monarch газовые и комбинированные разной модификации имеют мощность 60…10 500 кВт, широко используются на установках централизованного теплоснабжения.

Горелки типоряда WK являются комбинированными, имеют мощность 300…17 500 кВт, используются прежде всего в промышленных котельных для производства теплоносителя в технологических целях.

Рассмотрим некоторые модели газовых горелок.

Газовые горелки WG 5  имеют мощность 12,5…50 кВт и работают на сетевом природном и сжиженном газе. Основными элементами горелки являются корпус 1, пламенная труба S, вентилятор 5 с электродвигателем 10, микропроцессорный менеджер горения 11, электронный прибор 1S зажигания. На линии подачи газа к горелке установлен шаровой кран 8, реле 7 давления газа, многофункциональный газовый мультиблок S.

Природный газ с давлением 1…5 кПа (100…500 мм вод. ст.) посту- пает к горелке через шаровой кран, реле давления, контролирующее минимальное давление газа, и многофункциональный газовый мультиблок, осуществляющий регулирование количества подаваемого газа и обеспечивающий контроль безопасности работы горелки. Газ по присоединительному каналу, а далее по трубопроводу поступает в пламенную трубу S.

На конической части пламенной трубы находится подпорная шайба 3 для смешивания поступающих под давлением газа и воздуха. Регулировочным винтом 13 можно менять положение подпорной шайбы и таким образом изменять количество поступающего воздуха. Поджиг смеси газа и воздуха происходит посредством электрода зажигания. Искра зажигания возникает между электродом и подпорной шайбой при включении электронного прибора зажигания. Контроль пламени осуществляется при помощи ионизационного электрода 4, омываемого пламенем.

Колесом вентилятора 5, приводимым в действие электродвигателем горелки, воздух для сжигания газа всасывается через решетку специальной всасывающей камеры. Через корпус регулятора с воздушной заслонкой воздух поступает к колесу вентилятора и далее под давлением подается в пламенную трубу горелки.

Помимо подпорной шайбы 3, используемой для смешивания газа с воздухом и регулирования расхода воздуха на напорной стороне, для изменения количества подаваемого воздуха со стороны всасывания предусмотрена воздушная заслонка, имеющая указатель ее положения. Воздушная заслонка в горелках некоторых модификаций приводится в движение с помощью электрического сервопривода.

Подача газа регулируется с помощью многофункционального газового мультиблока , основными элементами которого являются магнитные катушки 1 с магнитными клапанами S и регулировочный диск 8.

При подведении напряжения на магнитные катушки 1 оба магнитных клапана S открываются, и газ, пройдя грязеуловитель , поступает в мультиблок. Давление газа на выходе устанавливается винтом 3 регулирования давления газа. Через регулировочный канал 7 по соединительному каналу S газ поступает в полость под мембрану 3 регулятора давления газа. Растущее давление на выходе воздействует через обратную линию 5 на мембрану 4 привода регулятора давления. Если давление на выходе выше давления, установленного на регуляторе, то мембрана 4 приподнимется и откроет соединительный

канал. При этом давление под мембраной 3 регулятора давления газа снизится, регулировочный диск 8 уменьшит размер проходного сечения, и давление газа на выходе снизится.

При работе горелки осуществляется постоянный контроль наличия пламени и минимального давления газа с помощью реле давления газа, а также давления воздуха с помощью реле давления воздуха. Соответствующие приборы контроля посылают сигналы состояния работы менеджеру горения. Микропроцессорный менеджер горения самостоятельно проверяет и управляет всеми функциями горелки.

Включение горелки в работу осуществляется в строгой последовательности. Термостат (регулятор температуры) посылает менеджеру горения команду на включение горелки. При этом запускается электродвигатель горелки и вентилятор начинает нагнетать воздух в камеру сгорания при условии замыкания контакта реле давления газа, подтверждающего наличие давления газа. В начале продувки срабатывает реле давления воздуха. После продувки начинается цикл двухсекундного зажигания. После появления искры магнитные запорные клапаны в многофункциональном газовом мультиблоке получают от менеджера горения команду на открывание. Запорные клапаны открываются и начинается подача газа в смесительное устройство. За подпорной шайбой газ и воздух смешиваются и смесь поджигается электродом зажигания. Образующееся пламя контролируется ионизационным электродом. Сообщение о состоянии пламени поступает на менеджер горения.

Автоматические газовые горелки WG 30–40 имеют мощность 40…550 кВт и предназначены для сжигания природного и сжижен- ного газа с давлением 1,5…30 кПа. Основными элементами горелки являются корпус S (рис. 3.15), пламенная труба 4, электродвигатель 1S вентилятора, электронный прибор 1 зажигания, панель 3 управления, менеджер 13 горения, сервопривод 11 газового дросселя, сервопривод 10 воздушной заслонки.

Газ к горелке поступает через шаровой кран, газовый фильтр , двойной магнитный клапан 7 с реле 8 давления газа, регулятор S давления газа, соединительный патрубок 5. Вентилятор, приводимый в движение электродвигателем 1S, подает воздух для сжигания газа. Через решетку в кожухе горелки воздух проходит в канал забора воздуха и воздушную заслонку и далее поступает в пла- менную трубу 4, Подпорная шайба, установленная в конической части пламенной трубы, служит для смешивания газа и воздуха, а также для регулирования количества подаваемого воздуха на напорной стороне. Регулирование количества воздуха со стороны всасывания происходит при помощи воздушной заслонки, управляемой сервоприводом 10. Воспламенение газовоздушной смеси происходит от искры зажигания, образующейся между электродом зажигания и подпорной шайбой.

Управление работой горелки и контроль безопасности выполняет менеджер горения. С помощью менеджера горения осуществляется также контроль герметичности двойных магнитных клапанов, элект- ронносвязанное управление соотношением топливо — воздух по заданным характеристикам, управление сервоприводами. Через менеджер горения осуществляется связь горелки с персональным компьютером, на котором отображается последовательность работы и настройка параметров.

Управление работой горелки может осуществляться с панели 3 управления горелки. Расположенный на панели жидкокристаллический дисплей выполняет следующие функции:

• индикация работы горелки с заданной мощностью;
• поддержание информационного режима, с помощью которого можно установить время работы, число пусков горелки, расход топлива и др.;
• обеспечение сервисного режима с указанием заданных значений параметров работы горелки и индикацией сообщений о неисправностях;
• указание режима параметров — необходимость установки (или без) контроля герметичности магнитных клапанов; положение воздушной заслонки при останове горелки; время послеостановочной продувки топки; включение индикатора неисправностей.

Газовые горелки типоряда Monarch имеют мощность 60…10 500 кВт и предназначены для работы на природном и сжиженном газе с давле- нием до 30 кПа. Горелка имеет корпус 4 , электродвигатель 1 вентилятора и сам вентилятор 3, пламенную трубу 5, механизм 1S связанного регулирования подачи газа и воздуха. На газовой линии к горелке установлены последовательно по ходу газа шаровой кран 3, газовый фильтр 10, манометр 8, регулятор давления 11, магнитный клапан S, реле 1S давления газа, устройство 13 контроля герметичности магнитного клапана, соединительный патрубок 14. Из соединитель- ного трубопровода газ поступает в газовый дроссель, связанный тягой с механизмом связанного регулирования газа и воздуха, и далее по центральной трубе направляется в пламенную трубу 5.

Подпорная шайба может иметь несколько вариантов исполнения.

В стандартном исполнении подпорная шайба выполняется из двух частей, одной — плоской 5  с отверстиями для прохода воздуха и другой — конической S с продольными отверстиями. В цен- тре подпорной шайбы установлены два электрода S зажигания, расположенные на расстоянии 3 мм один от другого. В подпорной шайбе в исполнении LN , обеспечивающем пониженные выбросы вредных оксидов азота, газ выходит через мелкие отверстия на газовом распределителе 3 перпендикулярно направлению движения воздуха, который выходит через отверстия, расположенные между подпорной шайбой 4 и конической частью пламенной трубы. Контроль наличия пламени проводится с помощью ионизационного электрода 1 или ультрафиолетового датчика пламени.

Рассмотрим основные элементы, установленные на газовой линии. Приведен газовый фильтр, который имеет корпус 3, крышку (на рисунке не показана), входной 1 и выходной S патрубки. Сменный фильтрующий элемент 4 задерживает частицы грязи и предохраняет таким образом следующие за ним детали от загрязнения и повреждения. В крышке и корпусе имеются патрубки 5 для подключения манометров.

Регулятор давления газа  обеспечивает заданное значение давления газа на входе в горелку. Необходимую величину давления создают с помощью винта S регулирования и подбором необходимой пружины 1, которая оказывает давление на рабочую мембрану 3. Верхняя полость над рабочей мембраной сообщается с атмосферой через отверстие 7. Под рабочей мембраной находится дифференциальная мембрана 4. В образованную при этом полость вводится импульсная трубка S, через которую подводится импульс давления газа за регулятором.

Принцип работы регулятора давления заключается в следующем. Выходящий из регулятора газ оказывает давление на рабочую мембрану 3 через импульсную трубку S.

Рабочая мембрана перемещается вверх до тех пор, пока давление на мембрану и сила сжатия пружины не уравновесятся. При повышении давления газа за регулятором рабочая мембрана поднимается вверх и вместе с ней поднимается регулирующий клапан 5. Расход газа при этом уменьшается и давление газа под рабочей мембраной снижается. Пружина опускает рабочую мембрану и регулирующий клапан, и дав- ление газа восстанавливается на заданном уровне.

Реле давления газа  настраивают на контролирование максимального и минимального давления газа. Поступающий из ма- гистрали газ оказывает давление на мембрану S реле давления газа до тех пор, пока не замкнутся контакты S реле. Это является сигналом достаточности давления газа. При снижении давления на мембрану контакты размыкаются, что означает снижение давления газа ниже необходимого. С помощью регулировочной шайбы 5 можно изменять степень сжатия пружины 4. Таким образом регулируется момент сра- батывания реле давления газа.

Двойной магнитный газовый клапан  обеспечивает прекращение подачи газа при регулировочных или аварийных остановках горелки. В целях повышения безопасности работы магнитного клапа- на в его конструкции предусмотрены два встроенных в один корпус магнитных клапана 5. Регулирование расхода газа производится с помощью дросселя 1, установленного в верхней части магнитного газового клапана.

Датчик автоматического контроля герметичности монтируется на двойном магнитном клапане и работает по принципу нарастания давления. Он начинает работать при запросе на выработку теплоты перед включением горелки. Контроль герметичности проводится перед каждым пуском горелки. При негерметичности двойного магнитного клапана подача газк прекращается, на дисплее появляется индикация —«неисправность».

При контроле герметичности внутренний насос датчика увеличивает давление газа на участке испытания между магнитными клапанами на 2 кПа (200 мм вод. ст.) сверх установленного давления на входе.

Встроенное реле дифференциального давления контролирует участок испытания на герметичность. По достижении уровня контрольного давления насос выключается. При достаточной герметичности участка испытания через 26 с контакты размыкаются и у автомата горения загорается желтая сигнальная лампа. Если при выявленной во время проверки негерметичности на участке испытания давление не повышается на 2 кПа, то датчик автоматического контроля герметичности переходит в режим блокировки и при этом загорается красная сигнальная лампа. Регулирование тепловой мощности горелок фирмы Weishaupt возможно несколькими способами, использование которых зависит от вида топлива, типоразмера горелок и конкретных условий организации процесса.

Одноступенчатое регулирование   является наиболее простым способом и применяется в горелках WG 5 путем периодичес- кого включения и отключения горелки. При включении на горелку подается максимальное количество газа, т.е. она работает в режиме большой нагрузки.

Двухступенчатое регулирование применяется в некоторых разновидностях горелок WG 10 путем мгновенного включения горелки на малую или на большую мощность.

При плавном двухступенчатом регулировании  малая и большая нагрузки устанавливаются в пределах заданного диапазона регулирования. Включение горелки осуществляется при минимальной тепловой мощности, соответствующей нагрузке зажигания. Регулирование мощности проводят плавно от малой нагрузки до большой в зависимости от теплопотребления. Внезапная подача большого расхода топлива или внезапное отключение горелки при таком способе регулирования невозможны. Плавный двухступенчатый способ регулирования применяется для всех типов горелок фирмы Weishaupt (кроме WG 5).

Наиболее качественное ведение процесса достигается при модулируемом регулировании тепловой мощности горелки . При этом способе регулирования горелки работают плавно в соответствии с запросом на тепло-потребление в любой точке диапазона регулирования. Способ модулируемого регулирования используется на всех горелках фирмы Weishaupt (кроме WG 5). Включение горелки проводится при нагрузке зажигания, при которой в камеру сгорания поступает небольшое количество газа. По истечении определенного времени включается режим малой нагрузки. Отключение горелки возможно только в момент работы на малой нагрузке.

Частотное регулирование расхода воздуха, поступающего в горел- ку, возможно путем изменения частоты вращения электродвигателя вентилятора горелки. Расход воздуха можно регулировать, изменяя аэродинамическое сопротивление воздушного тракта при перемещении воздушной заслонки с помощью сервопривода. Однако такой способ регулирования весьма неэкономичен, он связан с повышенным расходом электроэнергии на привод вентилятора. При регулировании расхода воздуха способом изменения частоты вращения электродвигателя вентилятора достигаются снижение потребления электроэнергии, а также уменьшение уровня шума от вентилятора.

Данные преимущества объясняются тем, что потребляемая электрическая мощность электродвигателя вентилятора прямо пропорциональна частоте его вращения, т.е. при уменьшении частоты вращения снижается и потребляемая электрическая мощность. Уменьшение уровня шума связано как непосредственно с уменьшением скорости вращения вентилятора, так и с тем, что через заслонки поток воздуха проходит с меньшей скоростью.

Частота вращения электродвигателя вентилятора изменяется с помощью специального устройства называемого инвертором. Инвертор состоит из частотного преобразователя и импульсного датчика. По команде менеджера горения инвертор изменяет частоту и величину напряжения, подаваемого на электродвигатель, тем самым изменяя скорость его вращения, а следовательно, и расход подаваемого на горе- ние воздуха. Экономия, которую можно достичь с помощью инвертора, составляет приблизительно 40% потребляемой вентилятором электроэнергии.

Кислородное регулирование работы горелок является современным методом точного дозирования топлива и воздуха. Для организации оптимальных условий сжигания топлива на каждом режиме необходимо подавать определенное количество воздуха. Требуемый расход воздуха зависит от его температуры, теплоты сгорания топлива, расхода, температуры и давления топлива, тяги и аэродинамического сопротивления камеры сгорания. В таких условиях для управления процессом горения расход воздуха необходимо менять, добиваясь поддержания оптимального содержания кислорода в дымовых газах. Для получения этой информации используется зонд, устанавливаемый в дымоходе котла, а также газоанализатор, соединенный шиной с менеджером горения.

Менеджер горения определяет разницу между измеренным коли- чеством кислорода и номинальным заданным значением и устанавли- вает необходимую корректировку количества воздуха, подаваемого к горелке. В системах сжигания газов без контроля содержания 0₂ в дымовых газах для обеспечения работы в условиях возможных откло- нений от оптимального режима заведомо подают большое количество избыточного воздуха, что влияет на показатели работы горелок: увели- ченные теплопотери, снижение КПД котельного агрегата.

Горелки фирмы Weishaupt оснащены электронным связанным регулированием и цифровым менеджером горения, так как современная техника обеспечивает точное дозирование топлива и воздуха, рабочие параметры можно легко восстановить при последней наладке режимов горения. Функции горелки настраивают при помощи блока управления и индикации, имеющего тестовый режим. Блок управления соединен с менеджером горения системой информационных шин. Информация о текущем состоянии технологических процессов и оборудования передается по локальной сети на диспетчерский пункт, где отображается в реальном времени на мониторе персонального компьютера.