Газовые горелки для котлов отопления: устройство, версии и критерии выбора

Несмотря на внешнюю простоту устройства, газовые горелки для котлов остаются наиболее важным и сложным элементом конструкции. Компании-разработчики, которым удавалось создать более экономичное и гибкое, чем у конкурентов, горелочное устройство, делали наиболее продаваемые модели газовых котлов.

Версии газовых горелок

Сжигать газ в котле можно несколькими способами. Например, поставить форсунку, из которой горящий факел будет бить по теплообменнику или стенке бака с водой. Толку от такого нагрева немного, КПД низкий, так как плохое перемешивание с воздухом приводит к неполному сгоранию газа.

Часть метана или пропана бесполезно улетает в атмосферу. Часть подвергается пиролизу с выделением сажи, оседающей на нагреваемой поверхности. В конечном итоге теплообменник прогорит, а продукты горения будут содержать большое количество угарного газа.

Главные секреты газовой горелки котла

Чтобы добиться полного сгорания газа и высокого КПД, современную газовую горелку для котла отопления конструируют по схеме:

1. Перед сжиганием газ предварительно смешивают с воздухом по определенной пропорции.
2. Смесь подают внутрь корпуса газовой горелки, где она перемешивается и нагревается, после чего газо-воздушный поток выбрасывают через щели в стенке горелки.

Соотношение метана и воздуха на входе, как правило, составляет 1:5 или 1:6. Чтобы газо-воздушная смесь быстро и в полном объеме сгорела, необходимо как минимум соотношение 1:9,5-1:10. Оставшиеся 3,5 куба воздуха газовая горелка получает за счет естественного (вторичного) притока воздуха благодаря тяге дымохода или работе вентилятора.

Бытовой метан горит медленно. Если предварительно не разбавлять его первичным воздухом, то фронт пламени получится 60-70 см. Мало того, высота пламени газовой горелки будет постоянно меняться в зависимости от давления газа магистрали и тяги дымохода.

Соответственно КПД передачи лучистой и конвекционной энергии теплообменнику будет непостоянным, примерно от 60% до 80%. Также будет меняться глубина прогорания метана. Часть газового потока, не получившего необходимого количества воздуха, будет просто выброшена внутрь дымохода.

Все газовые горелки, используемые в котлах отопления, работают либо по принципу инжекции, либо за счет принудительной подачи (подсоса) воздуха с помощью вентилятора.

Атмосферные ГГ

Наиболее распространенный тип горелок, используются во многих напольных и в половине настенных газовых котлов. Практически все атмосферные горелки – это устройства инжекционного типа. Газ под давлением выбрасывается из форсунки внутрь корпуса. Газовая струя увлекает с собой определенное количество воздуха, смешивается с ним и превращается в горючую смесь.

Качество атмосферных горелок заключается в том, что независимо от колебаний давления газа, соотношение газ-воздух остается постоянным для данного положения регулировочного штока.

Конструктивно ГГ состоит из четырех основных частей:

• корпуса в виде трубы или алюминиевого коллектора;
• инжекционного диффузора-конфузора;
• газовой форсунки, распыляющей газ;
• центрального тела (регулировочного штока).

Для напольных котлов обычно используется пакет из двух-трех газовых горелок, собранных на панели. На торце каждой установлена газовая форсунка, распыляющая газ внутрь. Регулировка газовой горелки котла выполняется с помощью иглы – штока, установленной внутри форсунки.

На поверхности верхней части корпуса выполнены отверстия, круглые или щели.

Это сделано специально, для того, чтобы равномерно распределить и выровнять фронт горения.

Такая схема дает возможность сжигать большие объемы газо-воздушной смеси с минимальным шумом. Например, котел 20 кВт будет потреблять не менее 2 кубов газа и еще 11-12 м³ первичного воздуха. В час через две-три форсунки должно пройти не менее 13-14 кубов газовоздушной смеси. Если попытаться сжечь газ факелом, то шум будет, как от пробитого колеса автомобиля.

В мощных газовых котлах часто используются трубчатые горелки с «расческами» – пластинчатыми насадками на верхней части корпуса.

Такое решение дает возможность сократить длину корпуса, уменьшить на порядок шум и дополнительно стабилизировать фронт горения. Кроме того, наличие пластинчатой насадки обеспечивает нормальное сгорание газо-воздушных смесей с соотношением газ-воздух 1:7 даже при низком качестве газового топлива. Горелка получается с высоким КПД.

Горелочное устройство похожей схемы используется в настенных газовых котлах индивидуального отопления. Единственное отличие – вместо нескольких трубчатых корпусов установлен общий алюминиевый коллектор с одной форсункой.

Для котлов индивидуального отопления такая схема горелки выгодна. Горелочное устройство зажигается периодически, по команде системы управления котлом. В первые секунды открытия газового клапана в горелку поступает обедненная газо-воздушная смесь. Только благодаря ее конструкции она сгорает с высокой эффективностью и практически без потерь газа.

Каждая такая ГГ имеет корпус из тонколистовой нержавеющей стали. Причем в брендовых горелках расположение и размер щелей рассчитывается и оптимизируется под определенные параметры топки. Корпус сваривается лазерным лучом. Кромки щелей и особенно швы полируются до зеркального блеска, чтобы уменьшить нагрев металла во время работы. Полировка позволяет уменьшить потери на трение газо-воздушного потока о стенки.

Некоторые компании изготавливают корпусы горелочных устройств литьем из жаростойкого чугуна, с последующим нанесением защитного покрытия из алюминия. Их легко отличить по характерному алюминиевому матовому блеску.

Горелки часто комплектуются специальными дифузор-конфузорными насадками, улучшающими сжатие потока внутри корпуса.

Вентиляторные ГГ

У атмосферных горелочных устройств есть один недостаток – для обеспечения требуемой тепловой мощности газового котла длина корпуса и габариты топки получаются большими. Поэтому многие компании-производители устанавливают на котлы индивидуального отопления вентиляторные горелки. Как правило, горелочное устройство объединяется с теплообменником в единый блок цилиндрической формы.

Вентиляторные горелки массово используются в газовых котельных установках центрального отопления.

Основа устройства – центробежный вентилятор со смесительной и жаровой камерой. В первой газ, благодаря высокой скорости движения воздушного потока, успевает хорошо перемешаться с воздухом. Соотношение воздуха и газа близко к оптимальным 1:10. Во второй камере сжатая смесь дообогащается воздухом и сгорает на специальном устройстве – стабилизаторе фронта горения.

Вентиляторные горелки обеспечивают более широкий диапазон регулирования мощности газового котла. Они менее чувствительны к загрязнениям. Отсутствует такое явление, как проскок пламени.

Единственными недостатками считают повышенную шумность и зависимость от электроснабжения.

Диффузионно-кинетические ГГ в котле

Относительно новый тип горелочных устройств с повышенной эффективностью теплопередачи энергии сгорания газа в контур отопления. Увеличение КПД достигается двумя способами – разгоном и изменением состава газо-воздушной смеси.

В диффузионно-кинетической горелке улучшено качество смесеобразования за счет вихревой камеры, в которой сжатый воздух смешивается с газом и раскручивается на лопатках – завихрителях до состояния вихря.

Габариты горелки и газового котла уменьшаются, а вместо длинного факела в топке горит компактная «корона», равномерно обтекающая поверхность теплообменника.

Чтобы увеличить скорость сжигания топлива, воздух и газ могут подогреваться до температуры 200-250 ^оС.

Диффузионно-кинетические горелочные устройства используются преимущественно в мощных котлах отопления, где, помимо газа, может сжигаться котельное топливо (очищенная солярка), уголь или мазут.

В отдельных моделях диффузионных ГГ непосредственно в газо-воздушную смесь добавляются теплый водяной пар или распыленная вода.

Что это дает:

1. В продуктах горения газо-воздушной смеси повышается количество водяного пара. При высокой температуре газ сгорает полностью до углекислого газа и воды. Помимо газового топлива, в горелку могут подаваться пары дизельного топлива, пропан-бутана или даже угольной пыли.
2. Увеличивается теплопроводность дымовых газов. Соответственно, больше тепла передается на стенки теплообменника.
3. Водяные пары поглощают большую часть лучистой тепловой энергии, которая в обычных газовых котлах терялась на термоизоляции топочной камеры.

В бытовых газовых котлах диффузионные и диффузионно-кинетические горелки применяются ограниченно. Это сложное устройство. Для его работы требуется автоматика и электронные блоки управления.

Наиболее простую версию диффузионной горелки можно встретить в конденсационных газовых котлах. В этом случае добавление паров воды увеличивает общий КПД отопительного оборудования. Система сложная, поэтому настройку и чистку горелки газового котла выполняет мастер, специализирующийся на данном типе аппаратов.

Комбинированные версии

Современные газовые котлы все чаще делают по универсальной схеме, с возможностью сжигать дрова или уголь. А если вместо стандартного газового горелочного устройства поставить горелку комбинированного типа, то, помимо антрацита, можно сжигать менее калорийный тощий уголь.

Такие устройства часто изготавливают своими руками. Используются преимущественно для «подсветки» или подогрева угольной массы, особенно, если топливо, загруженное в котел отопления, содержит много влаги или слишком загрязнено породой.

На этапе розжига газовые форсунки формируют внутри котла мощный тепловой поток, разогревающий уголь до 600-700 ^оС. После того, как часть засыпки выгорела, и появилась первая зола, газ перекрывают, а через горелки продолжают дозированно подавать воздух.

Газовая горелка для твердотопливного котла позволяет снизить расходы на отопление на 30-40%. В основном за счет более низкой стоимости угольного топлива и глубокого его выгорания.

Комбинированные горелки промышленного изготовления рассчитаны на совместное сжигание газа с соляркой или котельным топливом (мазутом). Это вязкая, тяжелая смесь отходов переработки нефти. Сжигать ее в топке котла капельным способом, как это делается в масляных и солярочных печах, сложно, поэтому приходится использовать подсветку газовой горелкой.

Версии с одной ступенью

Самые простые одноступенчатые устройства представляют собой две коаксиальные камеры – наружную и внутреннюю. Наружная выполнена по форме кольцевого коллектора с газовыми форсунками, расположенными по периметру. Эта часть горелки необходима для сжигания газа внутри топки котла.

Внутренняя камера представляет собой патрубок для подвода воздуха, внутри которого установлена форсунка для разбрызгивания котельного топлива в воздушный поток. Первой зажигается газовая горелка, после чего воздух выдавливает мазут и разбивает его внутри воздушного потока на облако мелких капель. Соприкасаясь с раскаленным фронтом горения газа, мазут испаряется и сгорает, выделяя дополнительное тепло.

В конструкции любой комбинированной горелки имеется одна или несколько задвижек, с помощью которых можно регулировать приток воздуха и влиять на экономичность работы котла.

Аналогично устроены солярочные и угольные одноступенчатые горелки со стабилизированным фронтом горения.

Промышленные комбинированные горелочные устройства могут быть сложными. Помимо газового и жидкого топлива, которое подогревается, во фронт горения подается вода и пар. Это делает работу котла более эффективной, так как система по принципу работы становится похожей на диффузионную горелку.

Горелочные устройства большой мощности предназначены для работы в непрерывном режиме, на одном уровне мощности, при постоянном расходе всех видов топлива.

Вариации с двумя ступенями

Схема сжигания тяжелых углеводородов при относительно высоком КПД обладает одним недостатком – дымовые газы содержат много несгоревшего котельного топлива, продукты его пиролиза и угарного газа. Для промышленного оборудования это не столь важно. Но для домашнего газового котла может быть причиной скопления сажи, смолы, кокса. Чистить такой агрегат сложно, потребуется много сил и времени.

Поэтому в маломощных котельных установках используются двухступенчатые комбинированные горелки, работающие на газу и солярке, с вентиляторным наддувом воздуха. Основное отличие в том, что дизельное топливо нагревается и испаряется в дополнительном контуре за счет горячих продуктов горения или неполного сжигания газа.

Модулируемые варианты

Некоторые модели горелочных устройств позволяют ступенчато регулировать тепловую мощность газового котла. Обычно за счет отключения подачи газа в одной или двух из трех горелочных труб. В результате котел может работать на 30% или 60% мощности.

Способ не слишком удобный, поэтому в тех газовых котлах, где необходимо точно регулировать мощность системы отопления, устанавливают модулируемые горелочные системы. Аппарат сложный, в его состав входят:

• датчики;
• электронные блоки управления;
• серводвигатель.

С их помощью точно регулируется расход газа через форсунку и объем воздуха, поступающего в зону горения. Электроника контролирует соотношение газ-воздух в пропорции, позволяющей сжигать газ в виде факела, без дополнительного подсоса воздушных потоков или его подогрева.

Способы обозначения ГГ

Информация об основных требованиях, предъявляемых к горелочным устройствам, изложена в ГОСТ 16569-86 «Устройства газогорелочные для отопительных бытовых печей. Технические условия» и ГОСТ 21204-83 «Горелки газовые промышленные..».

В обозначения обязательно включаются буквенные индексы, касающиеся используемого топлива, конструктивных особенностей. Также указывается мощность и особенности устройства горелки.

Итоги

Газовые горелки для котлов, при всем многообразии конструкций, работают по единому принципу. Отличия лишь по схемам формирования факела или фронта горения. Большинство моделей простые в настройке и не требуют вмешательства в работу, кроме периодической очистки.

Котел не набирает температуру. Регулировка пламени основной горелки. EUROSIT 630: видео.

Расскажите о своем опыте подбора и установки горелочных устройств. Какие проблемы возникали в процессе эксплуатации и как они решались? Добавьте материал к себе в закладки, чтобы не потерять.