Рассмотрим наиболее типичные варианты требования к процессу горения и горелки, факелу, процессу сгорания газового топлива.
1.Необходимо сгорание в коротком прозрачном факеле в ограниченном объеме. Такие требования к процессу горения и горелки могут быть предъявлены при сжигании газа в ряде нагревательных или термических печей, контактных и погружных теплообменниках, устройствах для местного нагрева и т. п. Требования к процессу горения и горелки могут быть выполнены в случае сжигания хорошо подготовленной газовоздушной смеси при наличии многочисленных высокотемпературных очагов зажигания.
Очевидно, для создания таких условий сгорания должны быть применены кинетические горелки инжекционного или дутьевого (смесительного) типа и стабилизация процесса сгорания за счет туннеля, огнеупорной насадки или наброски. Практически полное сгорание газа может быть достигнуто при значениях коэффициента избытка воздуха 1,05-1,10 при тепловых напряжениях до нескольких сотен Мвт/м3. Такая организация процесса практически позволяет обойтись без специальной топки, совершенно необходимой при сжигании других видов топлива.
2. Желателен факел умеренной длины и светимости, хорошо заполняющий топку. Такие требования к факелу обычно предъявляются при переводе существующего котлоагрегата на газовое топливо. Нужные условия горения могут быть выполнены в случае применения фронтальных горелок незавершенного предварительного смешения, т. е. горелок с небольшим объемом смесительной камеры, работающих с принудительной подачей воздуха.
Для того чтобы факел был коротким и с большим углом раскрытия, можно применять горелки с закрученным потоком воздуха и смеси. Применение вентиляторного дутья позволит выбрать горелки с большими выходными скоростями и, следовательно, с большой глубиной регулирования производительности даже при работе на подогретом воздухе.
Возможно другое решение поставленной задачи: применение щелевых диффузионных горелок, подовых или настенных, также обеспечивающих хорошее заполнение топки и работу с малыми значениями коэффициента избытка воздуха при большой глубине регулирования.
3. Необходимо сгорание в сажистом светящемся факеле максимальной длины. Такие требования к сгоранию предъявляются при газовом отоплении вращающихся (цементных, керамзитовых), а также некоторых металлургических печей (например, мартеновских).
Сажистый факел большой протяженности может быть получен при диффузионном сжигании газа в случае раздельной подачи газа и воздуха параллельными струями, вытекающими с относительно малыми скоростями. При такой организации смесеобразования и горения возможна работа с подогревом воздуха до температуры, превышающей температуру самовоспламенения.
4. В случае - необходимости организовать сжигание газового топлива таким образом, чтобы максимально увеличить отдачу тепла за счет радиации, можно применять горелки с излучающими насадками. Такими насадками могут служить огнеупорные плитки с огневыми каналами, пористая керамика, жаростойкие металлические сетки или блоки в виде рефлекторов. Подобные горелочные устройства обеспечивают отдачу более 50% тепла за счет излучения и позволяют сжигать газ без химического недожога с коэффициентом избытка воздуха 1,03-1,06 при большой глубине регулирования и с огромными тепловыми напряжениями объема сгорания.
5. В ряде случаев, особенно при переводе на газ некоторых существующих печей и котлов (в частности секционных отопительных), необходимо создать примерно такие же условия в топке, как и при сжигании другого топлива, на котором установка успешно работала ранее. В большинстве случаев газовое топливо позволяет имитировать условия сжигания другого топлива. Например, организация сгорания в сажистом диффузионном факеле позволяет получить его геометрические и теплообменные характеристики близкими к характеристикам мазутного факела. Сжигание в малосветящемся факеле в случае применения горелок незавершенного предварительного смешения создает условия в топке, близкие к условиям при сжигании пылевидного топлива. Наконец, применение подово-щелевых горелок в известной степени позволяет имитировать слоевой процесс горения.
Приведенные примеры не являются готовыми рецептами для выбора тех или иных газовых горелок и не охватывают всего многообразия приемов сжигания газового топлива, а лишь подчеркивают возможность организации процесса сгорания, наиболее выгодного для заданной промышленной установки.