АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ПУЛЬСАЦИОННЫХ ГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВ

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлена классификация газовых горелок. Описан принцип работы пропорциональной и импульсной горелок. Приведено их сравнение по отличительным признакам. И рассмотрены преимущества частотно-модулируемого (импульсного) горения по сравнению с амплитудно-моделируемыми (пропорциональными) горением. Приведены графические характеристики работы частотного и амплитудного модуляторов.

Ключевые слова: импульсные (частотно-модулируемые) горелки, пропорциональные (амплитудно-моделируемые) горелки.

При развитии в России малой энергетике все шире применяются автономные системы теплоснабжения основной частью которой являются котлы малой и средней мощности, основные преимущества по сравнению с централизованными системами теплоснабжения является: высокий уровень регулируемость и автоматизация в соответствии с потребностями потребителя; удобство технического обслуживания; высокая энергетическая эффективность и, как следствие, экономия газа и значительное сокращение вредных выбросов в атмосферу; низкие капитальные затраты и отнесение их на счет владельцев квартир; удобство оплаты потребленных теплоресурсов по показаниям счетчика.

Высокая энергоэффективность теплогенераторов может быть достигнута за счет использования качественных систем подачи, сгорания и самодействующих систем контроля для правильной его организации необходимо владеть разноплановой информацией по построение кинетических схем химического взаимодействия окислителя и топлива, и дальнейшего процесса горения, что заставляет использовать современное горелочное оборудование.

Современный рынок горелочного оборудования широко представлен многими фирмами из различных стран мира, такие как:

Weishaupt выпускающие оборудование для отопительных систем, работающих на жидком или газообразном топливе, а также в комбинированном режиме.

Saacke фирма специализируется на производстве и поставке горелочных устройств, котельных установок и воздухонагревателей различной мощности. Немецкая фирма Saacke с 30-х годов прошлого века специализировалась на производстве отопительного оборудования и завоевала признание во многих странах мира. Основу ассортиментного ряда компании составляют газовые горелки Saackе, пользующиеся огромной популярностью у российских потребителей.

Giersch сегодня известна во всем мире как производитель малоотходных высококачественных горелок для обогревательного оборудования. Компания входит в состав концерна Enertech Group и ежегодно продает свыше 200 тыс. единиц продукции на рынках более 50 стран.

Dreizler компания-производитель промышленных высокотехнологичных горелок. За время ее успешной работы было выпущено более миллиона атмосферных горелок премиум-класса и 60000 дутьевых горелочных устройств. Вся горелочная техника проходит тщательную проверку на предприятии и сертифицируется во многих странах.

Buderus оборудование немецкого производителя, которая создает надежную систему отопления. Большой выбор газовых горелок Buderus позволяет приобрести оптимальный вариант, обеспечивающий высокую производительность работы котлов различных типов. Предлагаемые немецкой компанией изделия отвечают всем отечественным и зарубежным требованиям к качеству и безопасности эксплуатации [3, c. 7].

С учетом представленного ранее материала, можно говорить об актуальности данной темы. Для более полного раскрытия необходимо рассмотреть классификацию горелочного оборудования.

Горелка – устройство, обеспечивающее устойчивое сгорание топлива и возможность регулирования процесса горения. Обеспечивает испарение (для жидкого топлива), смешивание с воздухом или другим окислителем, формирование факела и распределение пламени.

Рисунок 1. Классификация горелок

В данной статье рассмотрим одну из наиболее эффективных горелок повышающая эффективности подготовки топлива и подачи его в топочную камеру представленных на мировом рынке данного оборудования – импульсные горелки [1, c. 7], [2 c. 7].

Преимущества импульсных (частотно-модулируемых) горелок по сравнению с другими и в том числе пропорциональными (амплитудно-моделируемыми).

К преимуществам импульсного горения относятся:

• более точное и гибкое управление основным процессом горения, в связи с применением компьютерной техники
• более тщательный контроль за количеством подаваемых в область горения топлива и окислителя
• более тонкая регулировка температуры горения, за счет использования данных с термодатчика
• более равномерное распределение температур в камере сгорания
• возможность работы не только в режиме нагрева, но и охлаждения, что позволяет осуществлять быстрое понижение температуры
• экономичность топлива до 20-25% (в зависимости от его вида) и электроэнергии
• экологичность процесса сжигания
• возможность индивидуального управления горелками

Для более наглядного сравнения частотно- и амплитудно-модулируемых горелок рассмотрим их принцип действия.

В пропорциональных горелках для регулирования количества тепла применяется варьирование количеством подаваемого воздуха в область сжигания. Этот процесс осуществляется при помощи контроллера, который в свою очередь регулирует степень открытия/закрытия дроссельной заслонки. При её полном открытии осуществляется подвод максимального количества тепла, а при необходимости меньшего количества теплоты заслонка прикрывается. Но главным недостатком регулирования является невозможность её полного закрытия, что осуществимо в импульсных горелках. Контроль за подачей газа в горелку происходит при помощи газового регулятора, который реагирует на изменение выходного давления воздуха за дроссельной заслонкой. Высокая точность соотношения топлива и воздуха наблюдается в режимах «большого» и «малого» горения, т.е. в крайних положениях дроссельной заслонки. Однако в промежуточных режимах точность не столь высока. В силу того, что необходимое количество тепла находится чаще всего в промежутке от максимума до минимума, газо-воздушная смесь большую часть времени имеет неблагоприятный состав. Еще одним минусом пропорциональных систем является то, что при их работе в режиме «малого» горения достигается значение не больше чем одна шестая от режима «большого» горения. Это затрудняет применение амплитудно-модулируемых горелок в установках требующих большие перепады подводимого тепла или высокую точность регулировки температуры. Чаще всего на несколько подобных горелок идет общий газовый регулятор и пневмоклапан. Это является дополнительным недостатком, так как протяженность трубопровода до каждой горелки индивидуальна, соответственно потоки газо-воздушной смеси, подводимые к горелке не одинаковы. Вследствие этого работа горелок несколько отличается друг от друга. При необходимости устранения данной проблемы придется устанавливать индивидуальные газорегуляторы.

Большинство недостатков пропорциональных горелок у импульсных горелок отсутствуют.

Импульсные горелки работают в двух режимах, при которых по истечению заданного времени идет переключение на режим «большого» и «малого» горения, переход происходит циклически либо происходит полное отключение устройств. Данные циклы повторяются многократно в течение всего времени при работе горелок в данных режимах. За управление горелкой в режимах перехода отвечает процессорный контролер. Также контролер может управлять каждой горелкой по отдельности, что дает гибкость и высокую точность управления процессом горения.

В традиционных системах сжигания данные горелки, могу работать в диапазонах между «большим» и «малым» горением. К данным видам сжигания относят пропорциональное либо импульсное сжигание. Но при использовании импульсного сжигания есть возможность использования охлаждающего режима. При этом происходит полное закрытие газового электромагнитного клапана, и регулировка осуществляется только за счёт воздушного пневмоклапана. Если взять в пример обычные горелки в некотором количестве, то они разжигаются и контролируются строго в паре. В наше время есть множество систем, которые могут обеспечивать хорошее и гибкое управление. Это верное утверждение, но горение можно контролировать намного точнее и получить максимально высокие характеристики благодаря использованию амплитудно- или частотно-модулируемых горелок. В результате применения данного типа горелок можно достичь значительной выгоды. [4, c. 7]

Произведем графическое сравнение принципа действия амплитудного и частотного модуляторов.

Рисунок 2. а) частотный сигнал;  б) амплитудно-модулируемый сигнал; в) частотно-модулируемый сигнал

Вывод: В ходе изучения импульсного сжигания было найдено множество преимуществ. Таких как экономичность, облегченность и точность управлением технологического процесса. Что означает окупаемость и эффективность при использовании данного оборудования.

Список литературы:

1. Фролов С.М. Импульсное дотационное горение: новое поколение энергетических установок// Энергетика.-2008-с.44-45.
2. Фролов С. М. Перспективы использования детонационного сжигания топлива в энергетике и на транспорте // Тяжелое машиностроение. – 2003. – № 9. – C. 18.
3. Wünning J.A., Wünning J.G. Progress in Energy and Combustion Sciences, 1997, v. 23, p. 81—94.
4. http://ustic.com.ua/impulsnoe-upravlenie-gorelkami.html (дата обращения: 03.11.2017).