Hořáky pro spalování zemního plynu (III)

5.2.2 Blokové hořáky plynových kotlů

Blokové plynové hořáky tvoří zvláštní skupinu hořáků s nuceným přívodem spalovacího vzduchu. Na obr. 8 je znázorněn plynový blokový hořák s regulačními a bezpečnostními armaturami.

Obr. 8
1 - přívod vzduchu, 2 - ventilátor, 3 - el. motor, 4 - vzduchový termostat, 5 - skříň automatiky hořáku, 6 - kabel zapalovací elektrody, 7 - pozorovací otvor, 8 - příruba hlídače plamene, 9 - příruba hořáku, 10 - ústí hořáku, 11 - stabilizátor plamene, 12 - hlídací elektroda,	13 - plynová tryska, 14 - směšovač, 15 - zapalovací elektroda, 16 - plynová regulační klapka, 17 - plynový magnetický ventil, 18 - plynový magnetický ventil, 19 - regulátor tlaku plynu, 20 - uzávěr plynu, 21 - plynový filtr, 22 - plynový termostat, 23 - pohon regulačních klapek, 24 - ústrojí pro seřizování spalovacího poměru

Ve skříni hořáku je uloženo oběžné kolo radiálního ventilátoru, které vytváří přetlak vzduchu, potřebný pro smísení plynného paliva se vzduchem. U přetlakových hořáků dodává ventilátor energii i pro překonání odporů ve spalovacím prostoru spotřebiče. Blokové hořáky jsou určeny především pro otop plynových kotlů malých a středních výkonů, v menší míře se používají i pro jiné spotřebiče (sušárny, pekařské pece, ohřívače vzduchu aj.). Použití blokových hořáků pro technologické ohřevy v průmyslu je omezeno zejména nižšími přípustnými provozními teplotami, které jsou limitovány především konstrukčním uspořádáním ústí hořáku a použitými materiály.

Z hlediska způsobu směšování zemního plynu se vzduchem patří blokové hořáky mezi hořáky bez předmísení plynu se vzduchem. Směšování probíhá až v ústí hořáku při současném spalování vytvořené směsi. Podle způsobu spalování patří blokové hořáky mezi hořáky s volným plamenem.

Podle způsobu řízení výkonu a spalovacího poměru patří blokové hořáky do skupiny hořáků s individuální automatickou regulací výkonu a spalovacího poměru a jsou někdy označovány jako automatické hořáky.

Automatika blokových hořáků je konstruována na bázi mikroprocesorů. Komunikaci automatiky s okolím je možno provádět buď manuálně nebo prostřednictvím nadřazeného počítače, popřípadě dálkovým ovládáním.

Standardní provedení automatiky hořáku umožňuje provádět např.:

• startovací cyklus s provětráváním spalovacího prostoru a kontrolou těsnosti ventilů
• regulaci výkonu hořáku
• regulaci spalovacího poměru
• zobrazení informací o okamžitém provozním stavu hořáku (větrání, kontrola těsnosti ventilů, doba do zapálení plamene, zvyšování a snižování výkonu a pod.)
• zobrazení posledních poruchových stavů hořáku
• zobrazení úrovně ionizačního proudu hlídače plamene
• uzavření sání vzduchu při provozní odstávce pro snížení ztráty výkonu spotřebiče

Blokové hořáky pracují s přetlaky zemního plynu obvykle 2 až 30 kPa. Přetlaky spalovacího vzduchu vyvozené oběžným kolem ventilátoru umožňují použití blokových hořáků i pro přetlaková topeniště (max. přetlak ve spalovacím prostoru je cca 1000 Pa).

Hlídače plamene blokových hořáků jsou obvykle založeny na principu ionizace plamene nebo jsou vybaveny UV sondou, která reaguje na změny charakteru plamene.

Na obr. 9 je znázorněno jedno z konstrukčních provedení ústí blokových hořáků se zapalovací a hlídací elektrodou. Napětí na zapalovací elektrodě je 8 až 10 kV.

Obr. 9

5.3 Hořáky technologických spotřebičů

5.3.1 Vířivé hořáky

Vířivé hořáky se v současné době používají pro otop pecí bez větších nároků na rovnoměrnost ohřevu. Směšování plynu se vzduchem probíhá na velmi krátké dráze při násobku stechiometrického objemu spalovacího vzduchu n = 1,1 až 1,15. Nejčastěji používané jsou hořáky s plynovými a vzduchovými tryskami, uspořádanými podle obr. 10, kdy otvory vzduchových trysek jsou skloněny k ose hořáku a tangenciálně natočeny.

Pro nové technologie tepelného zpracování ocelí vyžadující vysokou rovnoměrnost teploty v pracovním prostoru pece nejsou vířivé hořáky vhodné.

Obr. 10

1 - plynové těleso hořáku 2 - vzduchové těleso hořáku 3 - plynová tryska 4 - vzduchová tryska 5 - hořáková deska 6 - hořáková tvarovka 7 - spalovací kanál 8 - zapalovací otvor 9 - pozorovací otvor

5.3.2 Injektorové hořáky

Středotlaké injektorové hořáky se používají výhradně pro průmyslové ohřevy, zvláště pro otop průmyslových pecí.

Hlavním nedostatkem injektorových hořáků, který v současnosti vede k postupnému omezování jejich vývoje a používání pro otop plynových pecí, je skutečnost, že standardní injektorové hořáky neumožňují spalování zemního plynu s předehřátým spalovacím vzduchem.

Nejrozšířenějšími typy injektorových hořáků, používaných pro otop tavicích, ohřívacích, žíhacích, kalicích a sušicích pecí, jsou injektorové hořáky podle obr. 11. Dalším typem injektorových hořáků jsou hořáky s kovovým ústím bez spalovacího kanálu, tzv. "hořáky s volným plamenem" (obr. 12).

Obr. 11

1 - difuzor, 2 - plynová tryska, 3 - těleso trysky, 4 - vzduchový regulační kotouč, 5 - ústí hořáku, 6 - koleno, 7 - plynová odbočka

Obr. 12

5.3.3 Impulzní hořáky

Rozvoj technologií tepelného zpracování kovů preferuje konvekční způsob sdílení tepla v pracovním prostoru pecí, respektující potřebu rovnoměrné teploty v celém objemu vsázky, požadované rychlosti ohřevu a přesnosti teploty, při ekonomickém využití plynného paliva.

Tyto podmínky zajišťuje ohřev vsázky v pecích s impulzními hořáky a automatickým řízením teplotních parametrů pece. Impulzní hořáky pracují s vysokými výstupními rychlostmi spalin z ústí spalovacího kanálu (80 až 120 m.s^-1), jejichž dynamickým účinkem vzniká v pracovním prostoru teplotně a tlakově homogenní prostředí. Na obr. 13 je impulzní hořák s tvarovkou zhotovenou z rekrystalizovaného karbidu křemíku. Hořáky s touto tvarovkou mohou spalovat plynná paliva se vzduchem předehřátým až na teplotu 600 °C, při teplotě ve spalovacím kanálu až 2000 °C.

Obr. 13

5.3.4 Rekuperační hořáky

Princip rekuperačních hořáků spočívá v tom, že ohřev spalovacího vzduchu je na rozdíl od klasických rekuperátorů, které ohřívají spalovací vzduch centrálně pro všechny hořáky pece, decentralizován do většího počtu malých vysoce účinných rekuperátorů. Teploty spalovacího vzduchu ohřátého v regeneračních hořácích dosahují hodnot až 650 °C a úspory zemního plynu jsou až 35%.

Na obr. 14 je znázorněn rekuperační hořák zabudovaný do stěny plynové pece, sestávající z těchto částí:

• plynového tělesa s regulačními a měřicími armaturami
• vzduchového tělesa s regulačními a měřicími armaturami
• rekuperátoru
• ejektoru pro odsávání spalin
• plynové a vzduchové trubky s tryskami
• tvarovky spalovacího kanálu
• zapalovací a hlídací elektrody

Obr. 14

Na obr. 15 je znázorněn řez komorovou pecí s rekuperačními hořáky. Rekuperační hořák v tomto uspořádání plní funkci impulzního hořáku, rekuperátoru a odtahu spalin z pracovního prostoru pece. Z obrázku je zřejmá i hlavní výhoda rekuperačních hořáků oproti klasickým rekuperátorům, které bývají umístěny v odtazích spalin za pecí, tj. minimální tepelné ztráty jak na straně spalin, které vstupují do rekuperátoru přímo z pracovního prostoru pece, tak na straně vzduchu, který se ohřívá bezprostředně před vstupem do spalovacího kanálu.

Obr. 15

5.3.5 Regenerační hořáky

Regenerační hořáky podobně jako hořáky rekuperační decentralizují ohřev vzduchu do regenerátorů jednotlivých hořáků pece. Na obr. 16 je funkční schéma dvojice regeneračních hořáků a způsob jejich reverzace.

Obr. 16

Regenerační hořáky v uspořádání podle obr. 16 se používají pro pece s pracovní teplotou až 1500 °C (sklářské tavicí pece, pece pro tavení oceli, pece pro výpal keramiky aj.). Teploty předehřátého vzduchu dosahují hodnot až 1000 °C. Úspory zemního plynu ve srovnání se studeným spalovacím vzduchem jsou 55 až 60%.

5.3.6 Sálavé trubky

Sálavé trubky se používají pro ohřev a tepelné zpracování speciálních ocelí a barevných kovů v prostředí neutrálních nebo aktivních atmosfér, kde zdrojem sálavého tepla jsou sálavé trubky.

Sálavé trubky jsou plynové hořáky se spalováním plynovzdušné směsi v uzavřeném prostoru a používají se pro nepřímý ohřev v případech, kdy styk vsázky se spalinami je z technologických důvodů nežádoucí. Teplo, vyvinuté spalováním plynovzdušné směsi, se přenáší na stěnu trubky a z jejího vnějšího povrchu se teplo přenáší sáláním na povrch vsázky. Spaliny jsou po využití v rekuperátoru odváděny do komína.

Vzhledem k tomu, že pláště sálavých trubek se dosud zhotovují převážně ze žáruvzdorných ocelí, je používání sálavých trubek omezeno na zařízení s teplotami do 1100 °C, tedy pro pece určené k tepelnému zpracování kovů s řízenými atmosférami v pracovním prostoru.

Na obr. 17 jsou uvedena různá konstrukční provedení sálavých trubek. Nejrozšířenějším typem sálavých trubek jsou plášťové sálavé trubky.

Obr. 17

1 - plášť sálavé trubky 2 - rekuperátor 3 - tvarovka hořáku SiC 4 - spalovací trubice

5.4 Speciální plynové hořáky

Z velkého počtu typů speciálních hořáků pro spalování zemního plynu jsou vybrány následující hořáky, používané v nejrůznějších oborech lidské činnosti:

5.4.1 Ruční hořáky

Ruční hořáky se používají pro nejrůznější ohřevy v průmyslu, řemeslnických provozovnách, zdravotnictví a službách a pro rekreační účely a domácí práce, jako jsou např.:

• pájení a tvarování zlatnických výrobků
• tavení zubních kovů
• letování karoserií v autoopravnách
• opravy autobaterií a chladičů
• kalení drobných součástí
• průmyslovou i domácí výrobu vánočních ozdob a figurek
• výrobu neonových reklam
• opalování srsti na jatkách
• letování cínem i mosazí aj.

Na obr. 18 je ruční hořák malého výkonu (0,5 až 1 kW) pro spalování zemního plynu. Hořák pracuje s přetlakem plynu 1,8 až 3 kPa a s přetlakem spalovacího vzduchu 3 kPa.

Obr. 18 - 1 - stabilizátor plamene, 2 - ústí hořáku, 3 - rukojeť s regulačními orgány

5.4.2 Laboratorní a sklářské kahany

K laboratorním ohřevům slouží laboratorní kahany konstruované na principu atmosférických hořáků. Na obr. 19 je znázorněn laboratorní kahan typu Mekker.

Obr. 19

Pro ruční tvarování užitkového a chemického skla jsou používány sklářské kahany s přídavným tlakovým vzduchem a kyslíkem.

5.4.3 Přenosné hořáky

Přenosné hořáky se používají pro nejrůznější technologické ohřevy v průmyslu, jako jsou např.:

• ohřevy pánví
• ohřevy zápustek
• sušení forem
• předehřev licích žlábků
• zapalování koksu v kuplovnách aj.

Přenosné hořáky jsou obvykle řešeny jako ejekční nízkotlaké nebo středotlaké hořáky, případně jako hořáky s tlakovým ejekčním vzduchem.

Na obr. 20 je znázorněn hořák pro odstraňování izolace starých plynovodních trub před jejich zpracováním na kovový odpad.
Hořák je k plynovému potrubí připojen hadicí a protahuje se potrubím. Po zahřátí stěn se izolační vrstvy mechanicky odstraňují.

Obr. 20 - 1 - směšovač hořáku, 2 - plynová tryska, 3 - trubková ústí hořáku,
4 - stabilizátory plamene, 5 - regulace vzduchu,
6 - uzavírací kohouty, 7 - vodicí kroužky

Na obr. 21 je znázorněno sušení velkých zemních forem ve slévárně oceli. Pro sušení se používají přenosné hořáky, jejichž ústí se umístí nad vtokový otvor zemní formy. Velká výtoková rychlost spalin umožňuje proudění spalin dutinami formy a její dokonalé vysušení.

Obr. 21

Na obr. 22 je znázorněn řez kruhovou pecí pro výpal červených cihel a krytiny s tzv. "postupným ohněm". V těchto pecích se původně spaloval uhelný prach, který se sypal do pece otvory v klenbě. Pro plynofikaci pecí byly použity přenosné středotlaké injektorové hořáky.

Hořáky jsou na plynové potrubí napojeny hadicemi s rychlospojkami a "postupného ohně" se dociluje přenášením hořáků do jednotlivých komor kruhové pece.

Obr. 22

Obr. 22 (ŘEZ A-A)

5.4.4 Hořáky pro plynové lampy a plynové pochodně

Na obr. 23 je znázorněno funkční schéma hořáku plynové lampy se žárovými punčoškami, určené pro osvětlení ulic a prostranství.
Plynové lampy s těmito hořáky osvětlují např. Michalskou ulici na Starém Městě v Praze (obr. 24) a prostranství před budovou Transgas a.s. v Limuzské ulici v Praze - Malešicích (obr. 25).

	Obr. 23 1 - rozdělovač směsi 2 - držák punčošky 3 - žárová punčoška 4 - trubka přívodu směsi 5 - vzduchový regulační kroužek 6 - směšovač hlavního držáku s plynovou tryskou 7 - elektromagnetický ventil 8 - uzavírací kohout 9 - vahadlo 10 - ovládací táhla 11 - usměrňovač spalin 12 - pučoška zapalovacího hořáku 13 - směšovač zapalovacího hořáku s plynovou tryskou 14 - trubka přívodu plynu zapalovacího hořáku
Obr. 24: Plynové lampy v Michalské ulici	Obr. 25: Plynové lampy před budovou Transgas a.s.

Ruční rozžíhání a zhasínání se provádí prostřednictvím vahadel s táhly. Dálkové ovládání je u tohoto typu lamp řešeno tak, že při večerním rozsvícení pouličních elektrických lamp se otevře elektromagnetický ventil hořáku a žárové punčošky se zapálí od trvale hořícího zapalovacího hořáčku.

Obr. 26 znázorňuje sousoší Ladislava Šalouna "Práce a věda", umístěné u vjezdu do areálu Pražské plynárenské a.s. v Praze Michli.

Sousoší, které je umístěno ve výšce 14 m nad úrovní nádvoří, bylo v r. 1997 restaurováno. Do sousoší byla instalována plynová pochodeň spalující zemní plyn. Na obr. 27 je znázorněno funkční schéma hořáku s elektrickým zapalováním a ionizačním hlídačem plamene. Ovládání pochodně je umístěno v podstavci sousoší.

Obr. 27 1 - uzavírací orgán 2 - magnetický ventil 3 - skříňka hlídače plamene a zapalovací soustavy 4 - PET hadice v tělese sousoší 5 - zapalovací transformátor 6 - pochodňový hořák 7 - pilotní hořák

Obr. 26