27. Типы горелок для жидкого топлива

Для установки в бытовых печах могут быть использованы горелки с газификацией жидкого топлива. Принцип действия этих горелок основан на предварительном нагреве топлива до температуры кипения и последующем полном его испарении. При этом энергия паровой топливной струи используется для инжекции (подсоса) воздуха в горелку. Таким образом, для газификационной горелки не требуется вентилятор, подающий воздух в топку. Это существенное достоинство горелки, однако, для возможности инжекции необходимого объема воздуха необходимо, чтобы топливные пары поступали к соплу горелки под значительным давлением. Значительное избыточное давление в топливном тракте и связанная с ним повышенная пожарная опасность являются специфическим недостатком газификационных горелок.

На рис. 84 показана газификационная горелка для жидкого топлива. На рис. 84, а показана ее общая схема, согласно которой топливо из бака поступает в кожух горелки 2, в котором нагревается до температуры парообразования и испаряется. Образовавшиеся пары, вытекая с высокой скоростью из сопла 3, инжектируют атмосферный воздух в смеситель 4 и далее сгорают в объеме топки.

Рис. 64. Газификационная горелка: а - общая схема: 1 - топливный бак; 2 - кожух горелки; 3 - сопло; 4 - смеситель; б - конструктивная схема: 1 - баллон; 2 - трубопровод для топлива; 3, 5 - игольчатый клапан; 4 - паровая трубка; в - фильтр; 7 - кожух; 8 - смесительная камера; 9 - отражатель; 10 - лоток для розжига; 11 - насос; 12 - сопло; 13 - поддон

Давление в топливной системе (рис. 84, б) создается ручным воздушным насосом, смонтированным в топливном баллоне 1. Нагрев горелки при розжиге производится путем разведения огня в лотке для розжига 10. Для защиты испарителя от загрязнений на входном патрубке устанавливается топливный фильтр 6. Поддон 13 служит для сбора неиспарившихся топливных капель, выпавших из паровой струи.

Для эффективной инжекции воздуха целесообразно повышать давление топлива в системе, однако это вызывает увеличение температуры нагрева топлива, его термическое разложение с образованием смолы и кокса. Твердые отложения загрязняют испаритель и горелка выходит из строя. Для повышения срока службы горелки необходимо снижать давление топлива в испарителе без ухудшения процесса горения. В значительной мере этого можно достичь направляя поток подсасываемого воздуха по касательной. При этом существенно снижаются гидравлические потери в смесителе за счет уменьшения потерь на удар. Как показали экспериментальные работы, применение горелок с таким принципом смесеобразования позволяет понизить давление в системе и значительно уменьшить пиролиз топлива и отложение кокса в испарителе и в отверстии сопла.

Несмотря на указанное улучшение, в газификационных горелках рекомендуется использовать только легкие сорта жидкого топлива - керосин и легкие (зимние) марки дизельного топлива.

Наиболее универсальными горелками для сжигания жидкого топлива в отопительных и отопительно-варочных печах являются испарительные горелки (рис. 85).

Рис. 85. Испарительные горелки: а - открытая: 1 - фланец; 2 - воздухораспределительная колонка; 3 - отражатель; 4 - сетка; 5 - кожух; 6 - подвод топлива; 7 - вход воздуха; 8 - сливная трубка; б - закрытая: 1 - фланец; 2 - топливная трубка; 3 - лопатки; 4 - воздушная трубка; 5, 7 - паровая труба; б - нижняя крышка; 8 - корпус; 9 - камера сгорания; 10 - верхняя крышка; 11 - ребро

В испарительных горелках также, как и в газификационных, осуществляется испарение топлива, но не внутри испарительной камеры, а с открытой поверхности топливного слоя. Поэтому для этих горелок не требуется топливный насос. Ввиду отсутствия избыточного давления температура испарения топлива снижена по сравнению с газификационными горелками, что уменьшает опасность пиролиза и крекинга тяжелых фракций топлива.

Различают испарительные горелки открытого типа, в которых поверхность горящего топливного слоя открыта со стороны топки и испарение осуществляется за счет передачи теплоты излучением от открытого пламени, и горелки закрытого типа, в которых топливный слой отделен от топки и нагревается за счет передачи теплоты через ее стенки.

Испарительные горелки могут работать как с принудительной, так и естественной подачей дутьевого воздуха. На рис. 85, а показана испарительная горелка открытого типа. Она состоит из сосуда цилиндрической формы, внутри которого установлена воздухораспределительная колонка с пламеотражателем. Горелка имеет основание тарельчатой формы, по оси которого проходит воздушный канал. Внутри основания имеются штуцера для подвода и слива переливающегося топлива, а также для подвода топлива к запальной свече. На основание горелки надет перфорированный цилиндр с отверстиями для подачи вторичного воздуха.

На дно горелки топливо подается самотеком из напорного топливного бачка. Воздух от вентилятора (или за счет естественной тяги) попадает в кожух горелки через центральное отверстие в колонке, а затем (меняя направление) - на зеркало горящего топлива. Здесь происходит его смешение с парами топлива и топливовоздушная смесь поднимается в цилиндр, где и происходит горение.

Для нормальной работы горелки требуется точная установка ее в горизонтальной плоскости, при эксплуатации необходимо постоянно наблюдать за тем, чтобы не было переполнения горелки топливом, так как перелив его может послужить причиной возникновения пожара.

В меньшей степени подвержены этим недостаткам горелки закрытого типа. Их особенностью является то, что зеркало испарения топлива перекрыто крышкой, защищающей его от топочного объема. Горелка (рис. 85, б) состоит из корпуса 8, камеры сгорания 9, образованной двумя усеченными конусами, диффузора с ребрами 3 для завихрения воздуха, воздушного патрубка 4 с фланцем для крепления вентилятора, трубки подвода топлива 2, паровых труб 5 и 7, нижней 6 и верхней 10 крышек корпуса и ребер 11 для передачи теплоты из камеры сгорания в испаритель.

Работает горелка следующим образом. При пуске топливо подается в запальную форсунку, откуда эжектируется завихренной ребрами струей воздуха, распиливается и выбрасывается в камеру сгорания, где воспламеняется электросвечой или факелом.

После достижения устойчивого горения открывается кран рабочего топлива и обеспечивается подача топлива в испаритель. Поскольку через стенки камеры сгорания передается теплота, температура в испарителе достигает 300 - 400°С, что достаточно для испарения жидкого топлива. Топливные пары через патрубки 5, 7 и кольцевой канал попадают в камеру сгорания, где воспламеняются от факела пускового топлива. После выхода на рабочий режим подачу топлива в запальную форсунку прекращают. Закрытая горелка может работать только с дутьевым вентилятором низкого давления.

Система подачи топлива в испарительную горелку действует следующим образом. Топливо самотеком поступает в горелку из топливного бака, расположенного выше ее. При таком способе питания требуется прецизионное регулирование поступления топлива в горелку, так как при нечеткой работе регулирующих вентилей возможен перелив (переполнение) ее топливом, что представляет опасность в пожарном отношении. Это явление тем более вероятно, что испарительные горелки работают с очень небольшими расходами топлива, составляющими 0,5 - 1,5 кг/ч.

Поэтому для испарительных горелок применяют специальную систему подачи топлива из бака через поплавковую камеру, в которой устанавливается дозатор (рис. 86). Когда поплавковая камера пуста, поплавок 5 находится в нижней ее точке. По мере заполнения поплавковой камеры топливом из бака по плавок всплывает и с помощью клапана 2 перекрывает поступление топлива в камеру из бака. При снижении уровня топлива в камере поплавок опускается, клапан 2 открывает проход и камера вновь заполняется топливом из бака. Из поплавковой камеры топливо по каналам А и Б поступает в промежуточный колодец Г. Игольчатым клапаном 4 можно перекрыть доступ горючего из поплавковой камеры в промежуточный колодец с помощью рычага 3 вручную.

Рис. 86. Дозатор подачи жидкого топлива в горелку: 1 - терморегулятор; 2 - клапан; 3 - рычаг; 4 - игольчатый клапан; 5 - поплавок; 6 - датчик; 7 - жиклер; 8 - капельница

При открытом игольчатом клапане 4 топливо из промежуточного колодца поступает в колодец терморегулятора Д. Терморегулятор 1 служит для регулирования подачи топлива (нагрузки) на горелку при ее использовании, например для отопления жилых и общественных помещений.

При низких температурах (до (5°С) игольчатый клапан терморегулятора полностью открыт и топливо из колодца Д через канал Л поступает в колодец К и далее через капельницу 8 по трубопроводу подачи топлива поступает в горелку. Система отопления при этом работает с большим расходом топлива (1,5 кг/ч).

По мере нагревания окружающего воздуха в помещении терморегулятор начинает расширяться и своим нижним концом давит на клапан 2. При температуре 25°С клапан 2 полностью перекрывает проход и топливо из промежуточного колодца к капельнице проходит через жиклер 7 с малым расходом. Таким образом устанавливается определенный режим работы системы отопления, поддерживающей температуру воздуха в отапливаемом помещении в пределах 20 - 25°С.

В случае срыва пламени в горелке топливо из горелки по трубопроводу поступает в сливной бачок. При заполнении топливом на ³/₄ бачок опрокидывается и через систему рычагов перекрывает шариковым клапаном подачу топлива из бака в поплавковую камеру.

Если по какой-либо причине бачок не опрокинется, то топливо из него по аварийной трубке будет отводиться в специальный резервуар, вместимость которого не менее вместимости расходного топливного бака.

Розжиг описанной выше горелки осуществляется вручную с помощью огневого факела, а это довольно продолжительная и малоудобная операция. Поэтому в некоторых испарительных горелках предусматривают специальные пусковые горелки. Примером такого рода является горелка, разработанная в ЦНИИЭП инженерного оборудования (рис. 87). Устройство состоит из основной горелки и вспомогательной, служащей для обогрева испарителя топлива основной горелки. Испарительное устройство включает в себя три U-образные топливные трубки, обогреваемые вспомогательной горелкой. Питание горелки осуществляется из топливного бака по трубопроводу 1 через поплавковую камеру 4 и патрубок 5. Поплавок поддерживает постоянный уровень топлива в сепараторе пара 2. Горелка снабжается дутьевым вентилятором низкого давления. Запуск вспомогательной горелки производится включением электроиспарителя 6; образовавшиеся топливные пары из сепаратора 2 направляются к соплу 9; топливовоздушная смесь сгорает в смесителе 8 и обогревает U-образные трубки испарителя. После разогрева этих трубок количество паров увеличивается и большая их часть идет через перегреватель 15 к соплу 13 основной горелки, в смесителе 14 которой и происходит сгорание основной массы топлива.

Рис. 87. Горелка для печей разработки ЦНИИЭП инженерного оборудования: 1, 3 - топливные трубопроводы; 2 - сепаратор пара; 4 - поплавковая камера; 5 - патрубок; 6 - электроиспаритель; 7 - испарительные трубки; 8 - смеситель; 9, 13 - сопло; 10 - вентилятор; 11 - заслонка; 12 - воздушная камера; 14 - смеситель основной горелки; 15 - перегреватель; 16 - паровая камера; 17 - циркуляционная линия

Подача жидкого топлива к горелке осуществляется самотеком из бака вместимостью 30 л, размещенного выше горелки (рис. 88). Жидкое топливо через горловину 1 заливается в топливный бак 2. Через вентиль 3 топливо из бака поступает в блок автоматики, состоящий из клапана запальника 4 и клапана горелки 5, откуда по трубопроводу 6 подается в электроиспаритель 10, а дальше на вспомогательную пусковую горелку 9. На основную горелку 8 топливо поступает по трубопроводу 7. В основную горелку топливо подается с помощью автоматического клапана, действующего по импульсу от термоэлемента, регулирующего в заданных пределах нагрузку на горелку. Второй электромагнитный клапан, действующий по импульсу от термопары, обеспечивает безопасную работу агрегата, закрывая подачу топлива на обе горелки в случае погасания пламени на основной горелке.

Рис. 88. Схема подачи топлива в горелку: 1 - заливочная горловина; 2 - бак; 3 - вентиль; 4, 5 - клапаны запальника и горелки; 6, 7 - трубопроводы для топлива; 8 - основная горелка; 9 - вспомогательная горелка; 10 - электроиспаритель

На рис. 89 показана схема монтажа испарительных и газификационных горелок в отопительной печи. При монтаже демонтируют колосники к зольниковые дверки. В образовавшийся проем вмуровывают переходной фланец так, чтобы его торец оказался заподлицо с плоскостью печи, а нижняя точка его отстояла от пола на расстоянии не менее 150 мм. Розжиг производится через специальное смотровое отверстие на фланце электроискровой зажигалкой с длинной ручкой (не менее 300 мм).

Рис. 89. Схема монтажа горелок в печь: 1 - топливник; 2 - горелка; 3 - топливный бак

Горелочное устройство модели ГУЖ-8 (рис. 90) используется в теплоемких отопительных и отопительно-варочных печах при переводе их с твердого топлива на жидкое. В нем можно выделить три основных узла: горелку 3, блок управления 2 и топливный бак 1 (вместимостью 15 л). Горелка испарительного типа состоит из корпуса, двух смесительных колец и рассекателя воздуха. В блок управления входят двухскоростной вентилятор и дозатор, который автоматически поддерживает заданный расход топлива независимо от изменения уровня его в баке. Последний с помощью проушин крепится на стену. Монтаж горелочного устройства в печи прост и не требует специальных материалов и инструментов. Для розжига необходимо включить вентилятор, затем, открыв выпускной клапан дозатора, подать топливо в горелку и поджечь его через конфорку горящим тампоном, Масса горелки - 19 кг. На рис. 90 также показана установка устройства ГУЖ-8 в топливнике печи.

Рис. 90. Горелочное устройство ГУЖ-8: 1 - топливный бак; 2 - блок управления; 3 - горелка; 4 - пламерассекатель; 5 - проем; 6 - вентилятор; 7 - поплавковое устройство; 8 - топливопровод; 9 - корпус печи

При эксплуатации бытовых печей, работающих на жидком топливе, необходимо соблюдать следующие меры пожарной безопасности.

Топливный бак должен быть герметично закрыт и иметь пароотводную трубку, сообщающуюся с атмосферой через дыхательный и огнепреграждающий клапаны (при температуре вспышки топлива ниже 45°С), Бак должен иметь трубу для аварийного перелива топлива в основной топливный бак, находящийся за пределами помещения. Трубопровод от бака к форсунке должен быть цельнометаллическим, сварным (для керосина) или фланцевым (для более тяжелого топлива); на нем должно быть не менее двух вентилей: один перед форсункой, другой у топливного бака. Запрещается использование бензина как самостоятельно, так и для добавления к основному топливу.

При эксплуатации (перед розжигом горелки) проверяется количество топлива в расходном баке. Бак следует периодически промывать, не допускать попадания воды в топливо. При случайном разливе топлива необходимо посыпать его сухим песком и удалить. В том случае, если, горелка работает с вентилятором, перед розжигом необходимо продуть топку печи воздухом.