Для осуществления процесса горения необходимо наличие трех основных факторов: воздуха, топлива и первичного источника энергии. В небольших горелках для начала горения можно использовать прямое запальное устройство, но в более крупных горелках и системах, требующих более высокой безопасности, используется горелка меньшего размера, которую называют запальная горелка или запальник.
Запальная горелка — это независимая горелка, которая отвечает за создание начального пламени для зажигания основной горелки. В некоторых источниках её также называют запальник, и в зависимости от области применения его конструкция может быть постоянно включена или активна только при запуске. Запальная горелка должна иметь отдельный механизм зажигания и может работать двумя способами: непрерывный запальник (Continuous Pilot), который горит непрерывно, и прерывистый запальник (Intermittent Pilot), который активируется только при запуске горелки. В ситуациях, когда безопасность имеет первостепенное значение, предпочтительным является использование постоянных запалов.
Помимо независимой системы зажигания, запальная горелка может также иметь отдельную систему обнаружения пламени, но эта функция не является обязательной и может использоваться или не использоваться в зависимости от потребностей системы сгорания. Создавая устойчивое пламя, запальная горелка или запальник вызывает контролируемое воспламенение топливовоздушной смеси в главной горелке, обеспечивая безопасность процесса горения. Правильное проектирование, использование стандартного оборудования и надлежащее обслуживание этой системы оказывают значительное влияние на повышение производительности и снижение эксплуатационных рисков в различных отраслях промышленности.
Типы запальных горелок
Запальные горелки или запальники делятся на две основные категории в зависимости от способа смешивания топлива и воздуха:
Запальная горелка с предварительным смешиванием (Premix Pilot Burner)
В горелках такого типа газ выходит через небольшое отверстие с высокой скоростью, и в результате создания струи топлива, воздух для горения всасывается через отверстия, встроенные в корпус горелки, и смешивается с газом. Затем запальное устройство воспламеняет эту смесь и создает устойчивое пламя.
В некоторых случаях, часть газа может смешиваться с воздухом для горения на выходе из горелки. Но в любом случае этот метод предварительного смешивания помогает создать стабильное и равномерное пламя для зажигания основной горелки.
Поскольку в этой системе топливо и воздух смешиваются перед сгоранием внутри запальной камеры, существует вероятность обратного удара пламени в запальную камеру (Flashback). По этой причине в этих горелках используются стабилизаторы пламени (Flame Holders), которые предотвращают возврат пламени и повреждение оборудования.
Запальники с предварительным смешиванием компании Raadman могут обеспечить потребность горелки в постоянном или непостоянном запале в соответствии со стандартами API 535 и API 560 различной мощности и длины.
Обычная запальная горелка (Nozzle Mix Pilot Burner)
В этом типе запальника, смешивание топлива и воздуха происходит внутри зоны горения запальной горелки. В этой системе воздух подается с помощью сжатого воздуха или вентилятора, а в месте горения топливо и воздух смешиваются и после воспламенения образуется пламя.
Обычная запальная горелка используется для более высоких мощностей, и в некоторых случаях её мощность достигает одного мегаватта. Эта особенность делает данный тип горелки хорошим вариантом для основных горелок высокой мощности, поскольку обеспечивает достаточную начальную энергию для зажигания основной горелки.
Запальная горелка Rааdman изготавливается и проектируется мощностью до 800 кВт различных размеров и мощностей для всех типов горелок.
Компоненты запальной системы промышленных горелок
Запальная горелка или запальник, являясь отправной точкой процесса горения в горелке, имеет различные компоненты, каждый из которых играет эффективную роль в создании и поддержании пламени. Далее вы узнаете о различных компонентах запальной системы горелки.
Воздушно-топливный смеситель
В горелках с предварительным смешиванием для полного смешивания топлива и воздуха используется смеситель. Этот смеситель состоит из небольшого газового отверстия, из которого при выходе топлива воздух из окружающей среды всасывается в запал и смешивается с топливом за счет высокой скорости газовой струи. В результате этого процесса образуется однородная горючая смесь, которая после воспламенения дает устойчивое пламя.
Голова сгорания (Combustion Head)
Голова сгорания включает в себя стабилизатор пламени, а также топливные и воздушные форсунки. В обычных горелках, использующих сжатый воздух или вентилятор подачи воздуха, эта секция отвечает за смешивание топлива и воздуха в месте сгорания.
Стабилизатор пламени в запальных горелках играет две ключевые роли:
1- Стабилизация пламени с правильным распределением потока газа и воздуха.
2- Предотвращение обратного удара пламени (Flashback) в горелках с предварительным смешиванием.
Запальное устройство
Запальное устройство является одним из важнейших компонентов запальной горелки, отвечающим за обеспечение начальной энергии, необходимой для сгорания. Эта система состоит из двух основных частей:
Трансформатор зажигания (Ignition Transformer)
Трансформатор зажигания отвечает за преобразование входного электрического напряжения (обычно 220 или 110 вольт) в очень высокое напряжение (несколько тысяч вольт). Это увеличение напряжения создает достаточную разность потенциалов между искровым электродом и другой проводящей поверхностью.
Запальный электрод (Ignition Electrode)
Запальный электрод обычно изготавливается из жаропрочных сплавов, таких как никель, вольфрам или специальная керамика, и размещается вблизи другой металлической поверхности (обычно корпуса горелки). При подаче высокого напряжения от трансформатора к электроду создается сильная разность потенциалов, вызывающая электрический разряд в воздушном зазоре между электродом и его противоположной поверхностью. Этот разряд выглядит как мощная искра и обеспечивает энергию, необходимую для ионизации топливно-воздушной смеси и начала сгорания.
Система обнаружения пламени
Система обнаружения пламени в запальных горелках проектируется по-разному в зависимости от области применения и чувствительности системы сгорания. Эта система играет важную роль в обеспечении надлежащих характеристик сгорания и повышении безопасности.
1. Использование датчика обнаружения пламени основной горелки
В некоторых запальниках, обнаружение пламени осуществляется независимо. Это означает, что тот же датчик обнаружения пламени используется и для запальной горелки, что и для основной горелки. При использовании этого метода, когда зажигается пламя запальной горелки, система обнаружения пламени основной горелки идентифицирует его и отправляет необходимую обратную связь на контроллер. После подтверждения наличия пламени контроллер подает команду на открытие газовых клапанов главных горелок. Когда зажигается основная горелка, запальная горелка выключается, и с этого момента датчик контроля пламени контролирует только пламя основной горелки.
2. Использование независимой системы обнаружения пламени в запальной горелке
В некоторых других запальных горелках система обнаружения пламени полностью независима от основной горелки. В этой системе обычно используется ионизационный стержень (Ionization Rod), который может обнаружить наличие пламени посредством ионизации продуктов сгорания. В этом случае система обнаружения пламени запальной горелки отдельно отправляет информацию на контроллер и позволяет системе сгорания продолжать работу.
Линия подачи топлива на запальную горелку
В запальниках в основном используется газообразное топливо, такое как природный газ (NG) или сжиженный нефтяной газ (LPG). Выбор и конструкция топливопровода для запальной горелки аналогичны таковым для промышленных газовых горелок, но ввиду меньшей мощности запала и высокой чувствительности его работы особое значение приобретает точный контроль давления и расхода топлива.
Основные компоненты газовой рампы запальной горелки
Стандартная линия подачи топлива к запальной горелке включает в себя следующее оборудование:
Газовый фильтр (Gas Filter): для удаления твердых частиц и примесей из потока газа, предотвращения закупорки топливного тракта и продления срока службы другого оборудования.
Регулятор давления (Pressure Regulator): для снижения и регулировки давления газа на входе в соответствии с потребностями запальной горелки, поскольку чрезмерное давление или колебания давления могут нарушить работу запальной горелки.
Предохранительный запорный клапан (Safety Shut—off Valve): для быстрого перекрытия потока газа в случае утечки, внезапного погасания пламени или возникновения небезопасных условий в системе сгорания.
Модулирующий клапан (Modulating Valve): для точного регулирования расхода входящего газа и создания подходящих условий для стабильного и оптимального сгорания.
В статье «Различные типы газовых регуляторов и лучшие бренды» дается всестороннее и полное описание регуляторов газовых рамп. Для получения более подробной информации рекомендуем прочитать эту статью.
Система подачи принудительного воздуха в запальную горелку
В зависимости от требуемого давления воздуха в запальной горелке для подачи воздуха для горения используется один из двух способов:
Вентилятор (Blower): В ситуациях, когда высокое давление воздуха не требуется, для подачи воздуха используется нагнетательный вентилятор. Этот метод обычно используется в запальных горелках средней и малой мощности и позволяет регулировать поток воздуха для стабильного горения.
Сжатый воздух (Compressed Air): В случаях, когда для горения требуется более высокое давление воздуха, используется система сжатого воздуха, подаваемая компрессором. Этот метод особенно применим к запальным горелкам, работающим в особых промышленных условиях или средах с высокими требованиями к безопасности.
Важность и эффективность системы запальной горелки для повышения безопасности и эффективности процесса горения
Система запальной горелки в промышленных горелках не только является ключевым фактором безопасности и повышения производительности горелок, но и вносит значительный вклад в оптимизацию процесса сгорания и снижение эксплуатационных расходов. Создавая первичное пламя, запальная горелка предотвращает такие проблемы, как неполное сгорание и нестабильное зажигание, тем самым делая процесс зажигания основной горелки безопасным и эффективным. Кроме того, точное управление расходом газа и воздуха в запальной системе повышает эффективность сгорания и снижает потребление энергии, что в конечном итоге приводит к экономии средств. За счет снижения износа и нагрузки на компоненты горелки срок службы оборудования увеличивается, а необходимость в ремонте и техническом обслуживании сводится к минимуму.
Используя передовые технологии, запальная горелка Rааdman обеспечивает надежную и безопасную работу при различных температурах и условиях, гарантируя надлежащее сгорание газа и воздуха в промышленных системах.
