Hořáky pro spalování zemního plynu (II)
3. Ejekční hořáky
Ejekční hořáky jsou hořáky, u nichž se spalovací vzduch nasává do směšovače ejekčním účinkem zemního plynu, vytékajícího z trysky. Tyto hořáky tedy ke své funkci nepotřebují zdroj spalovacího vzduchu.
Nízkotlaké ejekční hořáky, nazývané také atmosférické hořáky, jsou součástí převážné většiny domácích plynových spotřebičů, ale používají se i pro nejrůznější ohřevy v průmyslu. Atmosférické hořáky nasávají do směšovače pouze část celkového potřebného množství spalovacího vzduchu (n < 1). Zbylá část spalovacího vzduchu se přivádí do plamene hořáku tahem spotřebiče.
Středotlaké ejekční hořáky (injektorové hořáky) se používají převážně pro otop plynových pecí v různých průmyslových odvětvích. Injektorové hořáky nasávají díky vyššímu tlaku plynného paliva do směšovače veškerý potřebný spalovací vzduch (n > 1).
Mezi ejekční hořáky patří i hořáky s proudovými směšovači, u nichž je aktivním (sacím) médiem spalovací vzduch, který svým ejekčním účinkem nasává do směšovače plynné palivo.
3.1 Konstrukce ejekčních hořáků
Na obr. 1 je znázorněno funkční schema ejekčního hořáku. Zemní plyn s přetlakem Δp1 vytéká z plynové trysky rychlostí w1p a vytváří ve směšovači podtlak (Δp2 < 0). Spalovací vzduch je vlivem tohoto podtlaku nasáván z okolního prostředí (Δpv = 0) do směšovače.
Obr. 1
3.1.1 Plynové trysky ejekčních hořáků
Plynová tryska je část plynového hořáku, ve které se tlaková energie zemního plynu přeměňuje na energii kinetickou. V tab. 1 jsou uvedena různá provedení trysek plynových hořáků, s hodnotami rychlostních součinitelů trysek, které vyjadřují účinnost přeměny tlakové energie zemního plynu na výtokovou rychlost plynu z trysky.
| Tvar plynové trysky | l/D1 | Rychlostní součinitel plynové trysky φ | Tvar plynové trysky | l/D1 | Rychlostní součinitel plynové trysky φ |
 |
R1=R2=D1 | 0,97 |  |
1,5 | 0,9 |
 |
1,5 | 0,94 |  |
1,5 | 0,89 |
 |
1,5 | 0,92 |  |
1,5 | 0,87 |
 |
1,5 | 0,91 |  |
1,5 | 0,82 |
 |
1,5 | 0,905 |  |
0,5 | 0,75 |
Tab. 1
V tabulce 2 jsou uvedeny průměry plynových trysek D1 [mm] plynových hořáků v závislosti na výkonu hořáku PH a na přetlaku tranzitního zemního plynu Δp1 (při φ=0,92)
| Výkon hořáku PH [kW] |
Přetlak tranzitního zemního plynu Δp1 |
||||||
| 1,5 | 1,8 | 2,0 | 2,5 | 4,0 | 5,0 | 100 | |
| 1 | 0,8 | 0,75 | 0,7 | 0,65 | 0,6 | 0,55 | 0,25 |
| 2 | 1,1 | 1,05 | 1,0 | 0,95 | 0,9 | 0,8 | 0,4 |
| 3 | 1,35 | 1,3 | 1,25 | 1,2 | 1,1 | 1,0 | 0,5 |
| 4 | 1,6 | 1,55 | 1,5 | 1,4 | 1,25 | 1,2 | 0,55 |
| 5 | 1,75 | 1,7 | 1,6 | 1,5 | 1,4 | 1,3 | 0,6 |
| 6 | 1,9 | 1,85 | 1,8 | 1,7 | 1,5 | 1,4 | 0,65 |
| 7 | 2,1 | 2,0 | 1,9 | 1,8 | 1,6 | 1,5 | 0,75 |
| 8 | 2,2 | 2,15 | 2,1 | 1,95 | 1,75 | 1,6 | 0,8 |
| 9 | 2,3 | 2,25 | 2,2 | 2,1 | 1,8 | 1,7 | 0,85 |
| 10 | 2,5 | 2,4 | 2,3 | 2,2 | 1,95 | 1,8 | 0,9 |
| 12 | 2,7 | 2,65 | 2,5 | 2,4 | 2,15 | 2,0 | 0,95 |
| 14 | 2,9 | 2,8 | 2,7 | 2,6 | 2,3 | 2,2 | 1,05 |
| 16 | 3,15 | 3,05 | 2,9 | 2,75 | 2,5 | 2,3 | 1,1 |
| 18 | 3,35 | 3,25 | 3,1 | 2,95 | 2,6 | 2,5 | 1,2 |
| 20 | 3,5 | 3,35 | 3,2 | 3,1 | 2,8 | 2,6 | 1,25 |
| 22 | 3,7 | 3,6 | 3,4 | 3,25 | 2,9 | 2,7 | 1,3 |
| 24 | 3,85 | 3,7 | 3,6 | 3,4 | 3,0 | 2,8 | 1,35 |
| 26 | 4,0 | 3,9 | 3,7 | 3,55 | 3,15 | 3,0 | 1,4 |
| 28 | 4,15 | 4,0 | 3,8 | 3,7 | 3,3 | 3,1 | 1,45 |
| 30 | 4,3 | 4,1 | 4,0 | 3,8 | 3,4 | 3,2 | 1,5 |
| 32 | 4,4 | 4,2 | 4,1 | 3,9 | 3,5 | 3,3 | 1,55 |
| 34 | 4,5 | 4,3 | 4,2 | 4,0 | 3,6 | 3,4 | 1,6 |
| 36 | 4,7 | 4,5 | 4,4 | 4,1 | 3,7 | 3,5 | 1,65 |
| 38 | 4,8 | 4,6 | 4,5 | 4,2 | 3,8 | 3,6 | 1,7 |
| 40 | 4,9 | 4,7 | 4,6 | 4,3 | 3,9 | 3,7 | 1,75 |
| 42 | 5,0 | 4,8 | 4,7 | 4,5 | 4,0 | 3,8 | 1,8 |
| 44 | 5,2 | 4,9 | 4,8 | 4,6 | 4,1 | 3,9 | 1,85 |
| 46 | 5,3 | 5,0 | 4,9 | 4,7 | 4,2 | 3,95 | 1,9 |
| 48 | 5,4 | 5,2 | 5,0 | 4,8 | 4,25 | 4,0 | 1,95 |
| 50 | 5,5 | 5,3 | 5,1 | 4,9 | 4,3 | 4,1 | 2,0 |
Tab. 2
Pro stanovení průměrů plynových trysek, případně výkonu hořáků PH, je také možno použít nomogramu na obr. 2. Nomogram je konstruován pro tranzitní zemní plyn a rychlostní součinitel plynové trysky φ = 0,92.
Obr. 2
Příklad 4
Stanovit výkon nízkotlakého atmosférického hořáku s přetlakem zemního plynu Δp 1 = 1,8 kPa a průměrem plynové trysky D1 = 2 mm.
Řešení:
Hodnota přetlaku Δp1 = 1,8 kPa na škále tlaků plynu se spojí s hodnotou průměru plynové trysky D1 = 2,0 mm. Na škále výkonů se odečte výkon hořáku PH = 7 kW. (Srovnej s tab. 2)
4. Hořáky s nuceným přívodem spalovacího vzduchu
Hořáky s nuceným přívodem spalovacího vzduchu tvoří druhou hlavní skupinu plynových hořáků a používají se převážně pro technologické ohřevy v průmyslových pecích (hořáky se společným ventilátorem) nebo jako zdroj tepla pro energetické kotle (blokové s vestavěným ventilátorem a hořáky velkých energetických bloků). Hořáky s nuceným přívodem vzduchu pracují s nízkým přetlakem zemního plynu (Δp1p < 5 kPa) a s přetlakem spalovacího vzduchu Δp1v = 1 až 5 kPa.
Zdrojem spalovacího vzduchu je obvykle radiální ventilátor. Spalovací vzduch je do hořáků přiváděn buď studený nebo předehřátý v rekuperátoru, případně v regenerátoru. Do této skupiny hořáků patří i rekuperační a regenerační hořáky, které mají výměník pro ohřev spalovacího vzduchu teplem spalin, odcházejících z pracovního prostoru pecí, vestavěný v tělese hořáku.
Podle způsobu směšování zemního plynu a vzduchu, podle tvaru a charakteru plamene se hořáky s nuceným přívodem spalovacího vzduchu dělí na tyto základní typy:
- polovířivé hořáky se středně dlouhým plamenem
- vířivé hořáky s krátkým plamenem
- impulzní hořáky s vysokou rychlostí spalin
- sálavé hořáky
- sálavé trubky se spalováním v uzavřeném prostoru
5. Přehled hlavních typů hořáků pro spalování zemního plynu
5.1 Hořáky domácích spotřebičů
Domácí spotřebiče a spotřebiče v podnicích veřejného stravování, výrobnách potravin, komunálních službách, zdravotnických zařízeních apod. jsou vybaveny převážně nízkotlakými atmosférickými hořáky (viz Plynové spotřebiče (I),(II) a (III)).
5.1.1 Vařidlový hořák plynového sporáku
Obr. 3
Vařidlový hořák je atmosférický plynový hořák, používaný jako topný prvek plynových sporáků a vařičů.
Primární spalovací vzduch je do hořáku nasáván ejekčním účinkem plynného paliva a jeho množství se seřizuje regulačním šroubem (obr. 3). Sekundární spalovací vzduch je přiveden do plamene hořáku v oblasti ústí hořáku, které je z důvodu snadného čistění provedeno jako snímatelné.
Vařidlové hořáky moderních plynových sporáků jsou vybaveny zapalovacími elektrodami a případně i pojistkami plamene.
Plynové sporáky jsou obvykle vybaveny čtyřmi vařidlovými hořáky různých výkonů.
Parametry vařidlových hořáků sporáků MORA pro spalování tranzitního zemního plynu, od roku výroby 1987:
| Hořák | Ø trysky [mm] |
Hodinová spotřeba [m3.h-1] |
Výkon hořáku [kW] |
| 1x malý | 0,75 | 0,096 | 0,90 |
| 2x střední | 1,0 | 0,175 | 1,6 |
| 1x velký | 1,3 | 0,280 | 2,6 |
5.1.2 Troubový hořák plynového sporáku
Troubový hořák je atmosférický plynový hořák, určený k otopu pečicí trouby plynového sporáku.
Primární spalovací vzduch je do hořáku nasáván ejekčním účinkem plynného paliva a jeho množství se seřizuje regulačním šroubem (obr. 4). Sekundární vzduch je přiveden do plamene v oblasti ústí hořáku.
 |
 |
| Obr. 4: 1 - regulační šroub primárního vzduchu, 2 - zapalovací trubka 3 - troubový hořák |
Obr. 5: 1 - troubový hořák 2 - čidlo pojistky plamene |
Troubové hořáky plynových sporáků jsou vybaveny dvoucestným plynovým termostatem a termoelektrickou pojistkou plamene (obr. 5).
Parametry troubového hořáku sporáku MORA od r. výroby 1987:
| Průměr trysky [mm] |
Hodinová spotřeba [m3.h-1] |
Výkon hořáku [kW] |
| 1,4 | 0,34 | 3,2 |
5.2 Hořáky plynových kotlů
5.2.1 Atmosférické hořáky
Na obr. 6 je znázorněn atmosférický hořák, používaný pro otop teplovodních kotlů ústředního vytápění.
Ústí hořáku je tvořeno perforovanou planžetou, zhotovenou ze žáruvzdorného plechu tloušťky cca 0,1 mm, s velkým počtem štěrbinových otvorů se šířkou 0,4 až 0,6 mm. Jednotlivé hořáky se sestavují do skupin podle požadovaného výkonu spotřebiče.
Obr. 6
Obr. 7 znázorňuje skupinový atmosférický hořák teplovodního kotle s devíti atmosférickými hořáky podle obr. 6 a s regulačními a zabezpečovacími armaturami s celkovým výkonem 120 kW.
Skupinové hořáky v provedení podle obr. 7 se dvěma až dvanácti atmosférickými hořáky se používají i pro otop dalších plynových spotřebičů:
- průtokových a zásobníkových ohřívačů užitkové vody
- varných kotlů v zařízeních hromadného stravování
- plynových praček a vyvářecích kotlů na prádlo
- varen piva aj.
 Obr. 7 |
1 - plynové šroubení, 2 - plynový manostat, 3 - ragulátor tlaku plynu, 4 - hlavní elmg. ventil, 5 - elmg. ventil zapal. hoř., 6 - zařízení pro kontrolu těsnosti, 7 - atmosferický hořák, 8 - plynová trubka, 9 - hořáková deska, 10 - bezpečnostní elmg. ventil, 11 - kabel kontroly těsnosti, 12 - kabel aut. regulace, 13 - kabel aut. regulace, 14 - odběr tlaku plynu, 15 - kabel el. zapalování |