На пути от диффузионных к микродиффузионным горелкам серии МДГГ СНТ  к  квазикинетическим горелкам серии КП  и о перспективах развития горелочных устройств.

к.т.н. В.М.Подгорецкий, технический директор, Инженерный центр "Промгазаппарат", г. Киев

На рынке Украины присутствует достаточно большое разнообразие горелочных устройств европейских и украинских производителей. Особенность украинских производителей в том, что представленные на рынке марки горелок МДГГ, КП, СНГ (СНТ, ВРАД-СНТ) по физике процесса являются подобными устройствами.
Мы с уважением относимся ко всем нашим конкурентам и благодарны им за признание того факта, что « Промгазаппарат» впервые сконструировал и начал промышленный выпуск горелок серии МДГГ.
Объединяющим началом всех украинских производителей является то, что мы являемся последователями выдающегося ученого-практика Крыжановского Владимира Николаевича, который всесторонне исследовал и впервые создал методики расчета микродиффузионного процесса горения топлива.
В.Н. Крыжановский до 2005г работал на нашем предприятии.Под его руководством была создана серия горелок МДГГ производительностью от 250 кВт до 4 МВт, создана инженерная школа, определены методологические аспекты проектирования и оптимизации горелочных устройств.
Монография « Феноменологические основы контроверзной теории горения «, изданная его сыном Крыжановским Ю.В., является прекрасным памятником научного познания и искусства инженерной реализации, а также ответом всем «новоявленным авторам» и « патентоносителям» где находится первоисточник знаний и открытий.

Характеристика основных существующих видов горения (технологий сжигания) газа

Существует два основных вида горения:

1) кинетическое горение
2) диффузионное горение, заявления о каких либо других технологиях, способах можно трактовать как промежуточные, смещенные либо в сторону кинетического либо диффузионного горения.

Кинетическое горение (ламинарное и турбулентное), т.е. горение предварительно подготовленной смеси горючих газов с воздухом, позволяет обеспечить максимальную интенсивность процесса и наиболее эффективно использовать топливо. Техническая сложность создания горелочных устройств реализующих кинетический способ горения связан с опасностью возможного проскока пламени в область смешения газа с воздухом, кроме того, такие горелки часто обладают узким диапазоном допустимого изменения коэффициента избытка воздуха, срывных характеристик.
Диффузионным является горение, когда объёмы газа и воздуха на выходе из горелки не перемешаны. В этом случае горение может происходить лишь на границе их раздела и продолжаться по мере их смешения. В связи с этим для диффузионно горящих систем, масштабы пространства занятого как смешением, так и горением на порядок больше кинетического.

Рассматривая эти два процесса с точки зрения интенсивности теплообмена со стенками камеры сгорания (топки) очевидным и экспериментально доказанным является тот факт, что теплоотдача при кинетическом процессе выше, чем при диффузионном.

Поиск механизма горения объединяющий лучшие (с точки зрения качества процесса и эксплуатации) свойства как кинетического, так и диффузионного горения нашел свое отражение в микродиффузинном процессе, при этом методологические аспекты проектирования горелочных устройств изложены в работах В.Н Крыжановского.
Наиболее удачной топологической схемой такой горелки является плоский пилон с системой газораздаточный струй, которые устанавливаются в прямоугольном воздушном канале.

Данная топологическая схема наблюдается во всех горелках типа МДГГ, КП, СНГ (СНТ, ВРАД-СНТ)

КП                                                                     МДГГ

Внешней отличительной особенностью является большее число пилонов-стабилизаторов в горелках МДГГ, КП относительно СНГ (СНТ). Появление дополнительных пламяперебрасывающих планок в горелках СНГ (СНТ) указывает на неравномерное поля потока набегающего воздуха и как следствие срыва пламени.
Вопрос выравнивания поля скоростей набегающего потока воздуха, равномерности распределения газовых струй, количество пилонов их геометрии, газовых отверстий являются определяющими при проектировании горелок.
При переходе от серии горелок МДГГ к серии КП (Квазікінетичний пальник) мы преследовали цель приблизиться к кинетическому процессу горению (см. рис 1) как наиболее эффективному, сохранив при этом стабильность процесса горения присущее горелкам МДГГ.
Данная задача была решена за счет нового аэродинамического профиля пилонов горелки, их вертикального расположения, что позволило выровнять неравномерное поле скоростей формируемое вентиляторным колесом (поворотным каналом). Улучшена система газораспределения. Большое внимание уделено точности изготовления проточной части горелки, за счет применения лазерного раскроя металла, автоматической сварки.

Для поддержания точности процесса в блочных горелках применяется:

- синхронный безколлекторный двигатель с управляемой частотой вращения вентиляторного колеса с обратной связью по датчику Холла. (при управлении частным преобразователем обратной связи нет) Новая аэродинамическая схема вентиляторного колеса. Снижение расхода электроэнергии в 2 раза.
- газовая заслонка управляется шаговым двигателем Dungs с точностью позиционирования не хуже 0,3 град
- уникальный ультрафиолетовый фотодатчик позволяет однозначно контролировать только пламя газового факела, при этом исследования, которые проводит компания, в будущем позволят оптически определять уровень эмиссии продуктов горения в дымовых газах.

Микропроцессорный блок «ВЕГА» и его программного обеспечение позволяет параллельно плавно управлять приводами (в отличие от МДГГ - дискретно) причем с синхронизацией скорости вращения приводов.
Горелки КП комплектуются моноблочной газовой арматурой фирмы DUNGS, которая включает в себя сдвоенные клапана, стабилизатор давления, фильтр, блок контроля герметичности, датчики контроля давления газа.
Блок автоматического управления «ВЕГА» выпускается в трех базовых вариантах. («Классик» - базовое блочное исполнение. «Мини» - сокращённое блочное исполнение. «Модуль» - щитовое исполнение, для автоматизации сложного технологического оборудования) Автоматика «ВЕГА» предполагает управление помимо газовой горелки всем технологическим оборудованием (теплогенераторы, водогрейная котельная, паровая котельная, печь, зерносушки и т.д). БАУ «ВЕГА» имеет интерфейсы RS232 и RS485 (протокол Modbus-RTU), возможность подлючения GSM-модема, что позволяет интегрировать систему управления в любую промышленную сеть и/или управлять системой управления с диспетчерского пункта.
Использование горелок типа КП, позволяет снизить расход газа до 5-10 % по сравнению с существующими в настоящее время горелками других типов.

В настоящее время ПО «Промгазаппарат» на основе лазерной технологии раскроя металла, ведет разработку кинетических горелок, которые позволят при абсолютном качестве сжигания топлива минимизировать камеру сгорания тепловых агрегатов. Создавать водогрейные котлы мощностью 1 МВт в конструктиве с размером не более 1 м.куб

СРАВНИТЕ ТЕХНИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ

Горелки МДГГ-400 на ДЕВР-10-13 (Экофакел)        Горелки СНГ на ДКВР -10-13 (СНТ)

Горелки МДГГ на ДКВР-10-13 (Экофакел)            Горелки МДГГ (1.2 котел) КП-800Б-Е (3 котел) ПО"Промгазаппарат"

Горелки КП-630Б-Е на ДКВР-10-13 (водогрейный режим) - ПО"Промгазаппарат"

Горелки МДГГ-160В на ТВГ (1999г.)                      Горелки МДГГ-160Б (2010г.)

ПО"Промгазаппарат"

Новое поколение горелок КП-125Б взамен серии МДГГ на ТВГ ( 2012 г) ПО»ПРОМГАЗАППАРАТ»