Горелка — это устройство, предназначенное для образования смеси топлива с воздухом, подачи ее к выходному отверстию, воспламенения и поддержания устойчивого фронта горения — факела. Стабильность и надежность функционирования отопительного оборудования и системы отопления в целом находятся в прямой зависимости от устойчивой и безопасной работы горелочного устройства, его технических характеристик и параметров поддерживаемого пламени.

Газовые горелки

В зависимости от типа потребляемого топлива горелки подразделяются на газовые, жидкотопливные и комбинированные горелочные устройства.

Атмосферные горелки

Атмосферные горелки обеспечивают постоянный режим горения, а, следовательно, не предусматривают регулировку топливного агрегата по мощности. Они не оснащаются вентилятором для подачи воздуха.

Конструкция атмосферной горелки представляет собой набор полых стержней. В эжектор подается природный газ. Благодаря созданию в нем пониженного давления происходит подсос воздуха из окружающей среды и образование топливно-воздушной смеси. Через сопловые отверстия на верхней поверхности полых стержней смесь поступает в камеру сгорания. Ее воспламенение обеспечивает электрод зажигания. Как видим, процесс горения в атмосферных горелках осуществляется благодаря образованию большого количества дробных факелов. Пламя располагается на небольшом расстоянии от стержней, что исключает их нагрев и быстрый износ.

В атмосферных горелках с полным предварительным смешиванием газа и воздуха происходит кинетическое горение. Его сущность заключается в том, что образовавшееся пламя поддерживается передачей тепла от сгоревшей порции смеси к новой, которая поступила для поддержания процесса горения. В основе передачи пламени лежат тепловые и цепные механизмы распространения процесса горения.

К преимуществам атмосферных горелок относятся:

• простое конструкторское решение;
• бесшумность работы;
• надежность, прочность и долговечность;
• низкая стоимость.

Атмосферные горелки изготовляют встроенными в корпус отопительного агрегата. Их стоимость включена в стоимость котла. Они используются в отопительном оборудовании настенного и напольного исполнения.

Вентиляторные горелки

Вентиляторные горелки обеспечивают два уровня процесса горения, что позволяет регулировать мощность отопительного агрегата в зависимости от потребностей в тепле. Подача воздуха в горелку осуществляется вентилятором в принудительном режиме. Они применяются в отопительных котлах с закрытой камерой сгорания. С помощью вентилятора происходит регулирование необходимого для процесса горения воздуха. Кроме этого, вентилятор должен преодолевать сопротивление камеры сгорания и дымохода, обеспечивая надежный отход продуктов сгорания через дымовой канал. В вентиляторной горелке образование топливно-воздушной смеси происходит после выхода из горелочного устройства.

Нормированная подача воздуха при ступенчатом регулировании процесса горения производится за счет изменения положения воздушной заслонки сервоприводом. Отключение горелки сопровождается полным закрытием воздушной заслонки, чтобы избежать тепловых потерь, связанных с охлаждением отопительного агрегата.

В современных горелочных устройствах для повышения КПД горелки и уменьшения уровня шума применяются вентиляторы с особой конструкцией лопастей. В случае отклонения параметров вентилятора от заданных, его работа блокируется.

Современные горелки выполняются в блочном исполнении.

Процесс горения, осуществляемый с помощью вентиляторной горелки, называется диффузионным горением. Скорость процесса горения зависит от скорости протекания процесса диффузии.

По характеру воздушного потока, который подается для смешивания с потоком природного газа вентиляторные горелки подразделяются на прямоточные и вихревые.

Автоматизированные блочные горелки выпускаются отдельным блоком и оснащены автоматикой, которая обеспечивает безопасность работы горелочного устройства. Автоматика АБГ контролирует давление газа на входе, стабилизирует давление на выходе при перепадах входного давления, регулирует расход газа на различных уровнях процесса горения. Система управления АБГ обеспечивает отключение горелки при обнаружении отклонений от заданных параметров горелки.

Модулированные горелки

Модулированные горелки обеспечивают плавное регулирование мощности и осуществляют стабильное функционирование горелочного устройства в произвольной промежуточной точке диапазона мощностей. Они состоят из горелочного устройства с электронным блоком микропроцессорного управления, системы датчиков, обеспечивающих функционирование исполнительных устройств.

Подача воздуха производится в принудительном режиме с помощью встроенного вентилятора.

Автоматика современной горелки предусматривает возможность раздельной регулировки подачи газа и воздуха для создания оптимального процентного соотношения составных частей смеси, обеспечивающей процесс горения. Для этой цели используются управляемые воздушные заслонки. Диапазон изменения мощности модулированных горелок варьируется от 30% до 50%.

Вентиляторные и модулированные горелки не входят в комплект поставки отопительного агрегата и поставляются отдельно.

Устройство и принцип действия горелок на жидком топливе

Горелки на жидком топливе подразделяются на горелки без подогрева и горелки со встроенным подогревом.

Принцип действия жидкотопливных горелок основан на распылении жидкого топлива под большим давление, смешением его с воздухом и подачей смеси в топочную камеру. Распыление жидкого топлива производится с помощью форсунки. Функцию создания заданной величины давления топлива на пути к форсунке обеспечивает топливный насос. Распыленное топливо и необходимое для процесса горения количество топлива образуют капельно-воздушную смесь. Она подается в камеру сгорания, где происходит воспламенение и дальнейшее поддержание процесса горения.

В горелках со встроенным подогревом распыленное топливо испаряется и, смешиваясь с воздухом, образует газообразную топливно-воздушную смесь, горение которой происходит более эффективно. Для первичного подогрева жидкого топлива и поддержания его постоянной температуры используется электрическое устройство, размещенное перед форсункой горелки.

Отрицательным моментом использования горелки без подогрева топлива является процесс образования сажи, которая оседает на стенках топочной камеры и сопровождается снижением КПД отопительного агрегата и существенным увеличением потребления топлива.

Использование предварительного подогрева топлива:

• практически снимает проблему образования сажи, особенно в момент запуска холодного отопительного котла;
• продлевает срок службы форсунки;
• снижает чувствительность горелочного устройства к качеству подаваемого топлива;
• обеспечивает наиболее полное сгорание топливно-воздушной смеси;
• способствует уменьшению количества токсичных веществ в отходящих газах.

Устройство комбинированных горелок

Конструкция комбинированных горелок предусматривает использование нескольких видов топлива. Комбинированная горелка представляет собой устройство, которое механически соединило газовое горелочное устройство и горелку на жидком топливе в одном корпусе.

Стоимость комбинированных горелок очень высока и превышает стоимость суммы горелок, рассчитанных на работу с одним видом топлива.

Внимание! Потенциальный покупатель отопительной техники должен помнить, что все отопительные агрегаты и узлы к ним имеют различные варианты конструкторских решений и индивидуальные особенности. Приобретая отопительное оборудование необходимо обратить особое внимание на рекомендации производителя по выбору типа горелочного устройства и не пренебрегать услугами специалистов в области климатического оборудования. Выполнение этого условия обеспечит экономное сжигание топлива, высокий КПД отопительного агрегата, устойчивую, а, главное, безопасную работу отопительной системы в целом.

Требования, выдвигаемые к горелочным устройствам

К горелочным устройствам выдвигаются конструкторские, технологические и экологические требования.

К конструкторским требованиям относятся: простота конструкции и монтажа, удобство обслуживания и эксплуатации, обеспечение минимального уровня шума и отсутствие вибраций.

При использовании комбинированных горелок или рассчитанных на работу с несколькими видами топлива, конструкция горелочного устройства должна обеспечивать быстрое, надежное и простое переключение режимов эксплуатации.

Технологические требования к горелкам заключаются в необходимости обеспечения:

• дозированного поступления воздуха для поддержания процесса горения с полным сжиганием газа. Процесс горения при недостатке воздуха сопровождается образованием угарного газа, созданием взрывоопасной ситуации, снижением КПД горелочного устройства. Во избежание опасных условий процесса горения при недостаточном количестве воздуха, настройку горелки производят таким образом, чтобы в нее поступало необходимое количество воздуха, определенное теоретическим или опытным (с помощью измерения количества вредных веществ в дымовых газах) путями с минимальным его избытком. Главным условием полного сгорания газа является достижение полного и равномерного смешения природного газа и воздуха.
• стабильного процесса горения при регулировании мощности отопительного оборудования;
  надежности воспламенения и стабильности процесса горения. Автоматика горелок обеспечивает защитное их отключение при условии, что поджог горелочного устройства не произошел в течение трех секунд для горелок с мощностью более 50 кВт и 5 секунд – с мощностью до 50 кВт.
• минимального уровня шума и отсутствия вибраций. Помимо конструкторских погрешностей вибрацию горелки может вызвать неправильная ее настройка или ошибки в процессе проектирования или монтажа дымоходного канала, что приводит к резонансным явлениям в газовом канале. Вибрация горелки, сопровождающаяся перепадами давления в системе подачи газа, негативно сказывается на процессе горения.

Необходимость содержания минимального количества токсичных оксидов азота и углерода в дымовых газах — экологическое требование к горелочным устройствам. Современные горелки оснащаются усовершенствованными устройствами смешивания, обеспечивающими низкое содержание вредных веществ в отходящих газах. Направленное движение сжигаемого газа по центральному каналу и воздуха по периферийному обеспечивает возникновение активной рециркуляции продуктов сгорания. В результате процесса рециркуляции образуются две зоны: зона, содержащая смесь воздуха и продуктов горения и зона, вмещающая смесь природного газа с продуктами сгорания. Границы последней входят во фронт пламени. Такое устройство смешивания приводит к уменьшению вредных веществ в составе отходящих газов, выбрасываемых в атмосферу.