§ 23. СЖИГАНИЕ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА

Газообразное топливо наиболее удобно для применения в кузнечных нагревательных печах и обладает многими положительными качествами. К основным преимуществам газового топлива, по сравнению с твердым и даже жидким, относятся следующие:

1. газ легко перемешивается с воздухом, поэтому полностью сжигается при небольшом избытке воздуха. Это обеспечивает высокую температуру горения и уменьшает потери физического тепла с отходящими газами (дымом);
2. при отоплении газом легко регулировать температуру в печи;
3. реакция горения газа происходит очень быстро, поэтому нет необходимости устраивать в печах специальные топки. Газ сжигается непосредственно в рабочем пространстве печи. Этим достигается хорошая отдача тепла горячих газов нагреваемому металлу;
4. газовые печи по своей конструкции отличаются простотой и стоят дешевле, так как нет необходимости устраивать специальные топки для сжигания топлива;
5. газ легко транспортируется от места его производства до места потребления; подача газа осуществляется по специально проложенным трубам — газопроводам;
6. при отоплении печей газом достигаются высокие температуры, так как можно одновременно подогревать и газ, и воздух;
7. газовое отопление позволяет легко устанавливать и автоматически регулировать тепловой режим работы печи;
8. газ способствует более гигиеническим условиям работы печи.

Недостаток газового топлива, в частности генераторного газа, т. е. газа, специально приготовленного из твердого топлива, — его высокая стоимость. Но использование природного газа и этот недостаток исключает. Простота добычи и высокая теплотворная способность этого газа позволяют считать его наиболее дешевым и лучшим газообразным топливом.

Существует несколько способов сжигания газа. Из всех способов, применяемых в кузнечных печах, основными являются следующие: 1) газ и воздух подаются одновременно в горелку с низким давлением; 2) газ поступает в горелку с большим давлением и засасывает воздух из атмосферы; 3) газ и воздух подаются под большим давлением, причем смешиваются до поступления в горелку. Каждый из перечисленных способов имеет свои достоинства и недостатки. В настоящее время наиболее распространен первый способ как наиболее простой; для применения этого способа нужны более простые горелки, а подача воздуха осуществляется вентилятором.

Существует очень много горелок разнообразных конструкций. Остановимся на описании только наиболее распространенных горелок, применяемых в кузнечных печах.

Газовые горелки так же, как и форсунки для жидкого топлива, бывают высокого и низкого давления. Горелки высокого давления работают на газе с давлением от 700 до 2500 мм вод. ст. и выше. Для сжатия газа до таких давлений устраиваются специальные газодувные установки.

На фиг. 32 изображена инжекционная горелка с индивидуальным смесителем, работающая на газе с давлением 1500–1600 мм вод. ст. Применяя эту горелку, работают по второму способу сжигания газа, т. е. газ подается в горелку под высоким давлением, а воздух засасывается из атмосферы. Горелки этого типа иначе называются инжекционными горелками поверхностного или беспламенного горения. Газ поступает в горелку через сопло 3, инжектирует (всасывает) потребный для горения воздух через щель 2, образованную воздушной шайбой 4 и корпусом 5 (смесителя). Воздушная шайба 4 устанавливается на соединительной трубе 1. Количество воздуха, необходимое для горения, регулируется перемещением воздушной шайбы по соединительной трубе. Приближая или отдаляя воздушную шайбу, можно увеличить или уменьшить щель для подсоса воздуха, а тем самым увеличить или уменьшить его количество.

Смеситель 5 представляет собой трубу, где происходит смешение газа с воздухом. Смесь газа и воздуха подается в горелку 6, которая оканчивается носиком или соплом 7. Горючая смесь через носик горелки выходит в тоннель 8, где происходит горение газа. Тоннель выкладывается в стенке печи из фасонного кирпича или формуется из огнеупорной массы 9.

Благодаря тому, что в горелку вводится уже готовая смесь газа и воздуха, горение происходит очень быстро, без видимого пламени. Поэтому инжекционные горелки называются горелками беспламенного горения.

В горелках низкого давления (факельные горелки) газ с воздухом начинают смешиваться в самой горелке и окончательно становятся смесью в рабочем пространстве печи. Воздух и газ к этим горелкам подводятся под небольшим давлением. Давление газа перед горелками должно быть равно 100–300 мм вод. ст., а давление воздуха 150–400 мм вод. ст.

На фиг. 33 показана щелевая горелка. По трубе 1 поступает газ, а по трубе 2 воздух. Сопла труб 1 и 2 и наконечник 3 имеют прямоугольное сечение. Чтобы газ и воздух смешивались лучше, в наконечник 3 вставлен специальный рассекающий конус 4. Горелка при горении дает прямоугольный факел пламени длиной 500–600 мм.

На фиг. 34 изображена широко распространенная горелка с вихревым смешиванием. Эта горелка дает возможность хорошо смешивать газ с воздухом, получать короткий факел пламени и регулировать производительность в большом диапазоне.