|
|
Навигация:  Сжигание газа несветящимся пламенем
Сжигание газа несветящимся пламенем При этом способе сжигания газа в топку поступает газ, предварительно смешанный в горелке с частью воздуха, необходимого для его полного сгорания; остальная часть воздуха поступает к факелу из топочного пространства вокруг пламени. Так как газ частично уже смешан с воздухом, то горение его происходит значительно быстрее, чем при внешнем смешении, без разложения углеводородов, в результате чего факел пламени получается коротким, а само пламя несветящимся и высокой температуры (до 1600 °С по наружной поверхности). При этом сгорание газа происходит более полное и при меньших избытках воздуха, чем при сжигании газа в горелках внешнего смешения. Вследствие указанных преимуществ сжигания газа несветящпмся пламенем, горелки внутреннего смешения получили наибольшее распространение. Особенно удобно их применение в котлах с малым топочным пространством. Количество воздуха, подаваемого в горелку для смешения с газом, составляет примерно от 30 до 60% от всего необходимого для горения количества воздуха, поэтому эти горелки называются горелками неполного или частичного смешения. Воздух, подающийся в горелки для смешения с газом, называется первичным, а поступающий к пламени из топочного пространства — вторичным. Подача первичного воздуха в горелки может осуществляться путем инжекции, т. е. засасывания воз-Духа в смеситель горелки энергией струи газа, поступающего в горелку. Горелки, работающие таким образом, называются инжекционпыми. Они работают на низком давлении газа, которым можно подсосать только часть воздуха, нужного для горения газа. В другом типе горелок внутреннего сгорания первичный воз-Дух подается принудительно при помощи вентилятора. Различные конструкции этих горелок могут работать на низком и на среднем Давлении газа. Прежде чем разбирать конструкции и работу горелок внутреннего смешения, необходимо ознакомиться со строением несветящегося пламени и его особенностями. Пламя горящей газовоздушной смеси неполного смешения при полном горении газа представляем собой короткий факел голубовато-фиолетового цвета с зеленовато-голубым ядром в виде конуса. В этом конусе происходит нагревание выходящей из горелки газовоздушной смеси, а на поверхности конуса, в зоне 2, происходит ее сгорание. Однако это сгорание ввиду недостатка воздуха получается неполным, с образованием окиси углерода и части несгоревшего водорода. В зоне 3 происходит уже догорание газов неполного горения, образовавшихся в зоне 2, при помощи кислорода вторичного воздуха, окружающего факел. При неполном сгорании газа, по причине недостатка воздуха, пламя становится более темным, фиолетового цвета, а на конце факела— светящимся, желтого или красноватого цвета. При излишке воздуха пламя уменьшается, становится бесцветным и отрывается от горелки; при этом горелка сильнее шумит. Следует иметь в виду, что цвет газового пламени на фоне раскаленного огнеупора топки несколько меняется, становясь при полном сгорании почти бледно-голубым, однако потемнение пламени и появление желтого или красноватого цвета на конце факела всегда указывает на неполное сгорание по причине недостатка воздуха. Пламя горелок внутреннего смешения является менее устойчивым, чем в горелках светящегося пламени, и поэтому они являются менее безопасными и требуют большого к себе внимания со стороны обслуживающего персонала. Под неустойчивостью пламени понимается способност его отрываться от горелки или проскакивать внутрь ее. В первом случае возможно загазование топки и дымоходов котла или печи вследствие того, что горение могло прекратиться, а поступление газа в топку продолжалось. Особенно это опасно в тех случаях, когда топка котла не имеет раскаленного огнеупора или недостаточно нагрелась, так как газовоздушная смесь не воспламенится вновь и заполнит топку и дымоходы установки, а затем от случайной искры, тлеющей сажи или неправильных действий персонала может произойти ее взрыв. При проскоке пламени в горелку возможны хлопки. При этом также возможно затухание горелки и загазование топки, или горение газа будет происходить внутри горелки, на выходе из газового сопла, отчего горелка быстро нагреется и может быть выведена из строя. Кроме того, горение газа внутри горелки будет неполным, с большим образованием сажи, что может принести тоже к загазованию топки и дымоходов котла или печи и взрыву газа в них.
Рис. 1. Схема – строения несветящегося пламени: В некоторых конструкциях горелок с принудительной подачей воздуха, имеющих длинные смесительные трубопроводы, проскок пламени внутрь горелки может привести к их взрыву. Следовательно, отрыв пламени от горелки и проскок его внутрь горелки — явления опасные, указывающие на необходимость сознательного и умелого обращения с горелками со стороны обслуживающего персонала. Причины явлений отрыва и проскока пламени состоят в следующем: начальное горение газовоздушной смеси, выходящей из горелки, происходит на поверхности внутреннего конуса пламени в зоне 2. Таким образом, поверхность конуса является фронтом пламени, границей между горящей и еще не горящей газовоздушной смесью. Получается фронт пламени в результате равновесия двух скоростей — скорости распространения пламени (скорости горения), направленной под прямым углом (или перпендикулярно) к поверхности конуса снаружи в любой его точке (как показывает стрелка 4), и нормальной составляющей скорости потока газовоздушной смеси, представляющей собой скорость движения газовоздушной смеси, направленного также перпендикулярно к поверхности конуса изнутри, навстречу распространению пламени (по стрелке 5). По своей величине нормальная составляющая скорости потока газовоздушной смеси будет всегда меньше общей скорости вылета смеси из горелки, она увеличивается с увеличением ширины внутреннего конуса пламени, зависящего от диаметра выходного сечения горелки и высоты конуса, возрастающей с увеличением скорости вылета смеси из горелки. Однако всегда с увеличением количества подачи газа в горелку будет увеличиваться как скорость вылета газа из горелки, так и нормальная составляющая скорости потока газовоздушной смеси и, наоборот, с уменьшением подачи газа обе скорости будут становиться меньше. Отсюда следует, что отрыв пламени от горелки будет происходить тогда, когда нормальная составляющая скорости потока смеси станет больше скорости распространения пламени, т. е. при увеличении скорости вылета смеси из горелки. Поэтому, увеличивая нагрузку горелки, нельзя перегружать горелку, т.е. допускать Се работу на давлении газа большем, чем Установлено для данной горелки (или на давлении воздуха большем, чем допустимо в горелках с принудительной подачей воздуха). Наоборот, проскок пламени в горелку будет происходить при условии, когда нормальная составляющая скорости потока газо-воздушной смеси станет меньше скорости распространения пламени, что может быть при уменьшении скорости вылета газовоздушной смеси из горелки. Поэтому, уменьшая нагрузку горелок, нельзя снижать давления газа перед горелкой ниже допускаемого для данной горелки нижнего предела. Скорость распространения пламени для различных газов неодинакова: наибольшую нормальную скорость распространения пламени имеет смесь водорода с воздухом — 2,1 м/сек и наименьшую — смесь метана с воздухом — 0,37 м/сек. Эти данные относятся к смесям с температурой + 20 °С и при условии вытекания их пз горелки спокойным прямоструйным движением. Из этого следует, что искусственные газы, богатые водородом, дают газовоздушные смеси с большей скоростью горения и способностью к проскоку пламени внутрь горелки, чем природные газы; последние богаты метаном и дают газовоздушные смеси, горящие медленно, а значит и более способные к отрывам пламени от горелки. Повышение температуры газовоздушной смеси, например, за счет подачи подогретого первичного воздуха или газа, резко увеличивает скорость распространения пламени. Количество первичного воздуха в газовоздушной смеси является одним из основных факторов, влияющих на скорость распространения пламени. В смесях, в которых содержание газа превышает верхний предел его воспламеняемости (взрывае-мости), пламя вообще не распространяется. С увеличением количества первичного воздуха в смеси скорость распространения пламени увеличивается, достигая наибольшей величины при содержании воздуха около 90% от теоретического количества, необходимого для полного сгорания газа. Из этого следует, что при увеличении подачи первичного воздуха в горелку создается смесь, более бедная газом, способная гореть быстрее и вызвать проскок пламени внутрь горелки. Поэтому при увеличении нагрузки горелок увеличивается сначала подача газа, а затем воздуха, а при уменьшении нагрузки, наоборот, сначала уменьшается подача воздуха, а затем газа. По этой же причине в момент пуска горелок первичный воздух не должен в них поступать, и зажигание газа производится за счет вторичного воздуха с последующим переходом на подачу первичного воздуха по мере увеличения нагрузки горелок. В большинстве горелок внутреннего смешения, применяемых в топках котлов и печей, выход газовоздушной смеси происходит обычно не спокойным прямоструйным истечением, а вихреобразно. Это происходит по причине больших скоростей вылета смеси из горелок и благодаря имеющимся в некоторых горелках завихряющим устройствам, направленным на лучшее перемешивание газа с воздухом. Такое вихреобразное движение смеси называется турбулентным движением, или турбулентностью. Опыты показывают, что чем больше турбулентность газового потока, тем больше скорость распространения пламени и быстрота сгорания газовоздушной смеси, превышающая указанную выше скорость распространения пламени при прямоструйном движении смеси в несколько раз; так как во избежание проскока пламени в горелку скорость вылета смеси из нее должна быть тем больше, чем большую скорость распространения пламени имеет газовоздушная смесь, то с повышением скорости вылета понижается устойчивость пламени и оно легче отрывается от горелки. Повышение устойчивости пламени достигается при помощи различных стабилизаторов пламени. Так, для котлов, не имеющих в топках огиеупора, как, например, в отопительных секционных котлах типа Стреля и Стребеля, применяются горелки постоянного или бегущего огня, устанавливаемые у основных горелок, или принимаются специальные устройства на выходной части (головке) горелок, создающие у корня факела зажигательное кольцо за счет горения части газовоздушной смеси, отводящейся в кольцевой канал головки с пониженными скоростями через боковые отверстия. В качестве стабилизатора пламени употребляется рассекатель — брус, сделанный из огнеупора и устанавливаемый против выходного отверстия горелки, который, раскалившись, становится постоянным запальником, не дающим возможности пламени оторваться. Вместо рассекателя в топочных устройствах может быть использована горка из битого шамотного кирпича. Подобные устройства из огнеупоров способствуют улучшению перемешивания газа с воздухом и быстрому и полному его сгоранию с наименьшим избытком воздуха. Кроме того, раскаленные поверхности огнеупоров способствуют повышению интенсивности отдачи тепла лучеиспусканием от горящих газов к поверхности нагрева котлов.
Рис. 2. Устройство для стабилизации воспламенения газовоздушной смеси в головке горелки. Похожие статьи: Навигация: Статьи по теме:
Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум |
|
|
|
|
Информационный сайт о строительных материалах и технологиях. Контакты: Никита Королёв - © 2008-2014 |
© Все права защищены.
Копирование материалов невозможно. |
|