Какие продукты горения образуются при неполном горении
При сжигании горючих газов в продуктах сгорания могут содержаться компоненты как полного (диоксид углерода и водяной пар), так и неполного сгорания (оксид углерода, водород, ненасыщенные, насыщенные, ароматические углеводороды и сажистые частицы). Кроме того, в продуктах сгорания всегда обнаруживаются и оксиды азота. Наличие продуктов неполного сгорания в значительных концентрациях недопустимо, так как приводит к загрязнению атмосферы токсическими веществами и к снижению КПД установок, работающих на газовом топливе.
Основные причины их большого содержания:
- сжигание газов с недостаточным количеством воздуха;
- плохое смешение горючих газов и воздуха до и в процессе горения;
- чрезмерное охлаждение пламени до завершения реакций горения.
Для метана реакции горения (в зависимости от концентрации кислорода в реагирующей смеси) могут быть описаны следующими уравнениями:
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + 800,9 МДж/моль
при стехиометрическом соотношении или при избытке окислителя;
СН4 + О2 = СО + Н2 + Н2О + Q и СН4 + 0,5О2 = СО + 2Н2О + Q
при недостатке окислителя.
На рис. 8.12 показан приближенный усредненный состав некоторых промежуточных соединений — водорода, оксида углерода, этилена, ацетилена и сравнительно небольшое число насыщенных и простейших ароматических соединений — и диоксида углерода, возникающих в пламени при диффузионном горении природного газа (97%). Сжигание газа производилось в ламинарном факеле, газ вытекал из трубки диаметром 12 мм. Общая высота пламени 130-140 мм.
Максимальная концентрация водорода и ацетилена достигается примерно на одной высоте пламени, они исчезают почти одновременно в вершине светящейся зоны пламени. Из всех образующихся в пламени промежуточных соединений (исключая сажистые частицы) оксид углерода исчезает последним. Это дает основание судить по его индексу о полноте сгорания газа. В продуктах сгорания всегда присутствуют оксиды азота, максимальная концентрация
которых возникает в зонах интенсивного выгорания оксида углерода и водорода.
Горение углеводородных газов с недостатком окислителя приводит к образованию частиц сажи, придающих пламени желтую окраску. Процесс выгорания сажи протекает стадийно и сравнительно медленно. Иногда выгорание образовавшихся частиц сажи затягивается и может прекратиться полностью при входе в низкотемпературную область факела или при омывании пламенем теплообменных поверхностей. Таким образом, наличие светящегося пламени всегда свидетельствует о протекании пиролитических процессов и о возможности химической неполноты сгорания, в особенности в малогабаритных экранированных топках котлов.
Предотвращение образования сажистых частиц достигается предварительным смешением углеводородных газов с достаточным количеством окислителя. Содержание первичного воздуха в смеси, при котором возникает прозрачное пламя, зависит не только от вида углеводородов, но и от условий смешения с вторичным воздухом (диаметра огневых каналов горелок) (рис. 8.13). На границе и выше кривых пламя прозрачно, а ниже кривых имеет желтые язычки. Кривые показывают, что содержание первичного воздуха в смеси возрастает при увеличении числа углеродных атомов в молекуле и диаметра огневых каналов горелок. Коэффициент избытка первичного воздуха а, в смеси, при котором исчезают желтые язычки пламени, в зависимости от указанных факторов может быть определен для малых огневых каналов горелок:
α1 = 0,12 (m + n/4)0,5 (dk /d0)0,25 (8.35)
где m и n — число углеродных и водородных атомов в молекуле или среднее их число для сложного газа; dk — диаметр огневых каналов горелки, мм; d0 — эталонный диаметр канала горелки (1 мм).
Тип горелки
Средняя концентрация
оксида углерода, мг/л (в пересчете на а = 1,0)
бенз(а)пирена, мкг/100 м3
Природный газ
Горелка с периферийным подводом вторичного воздуха:
при а = 0,60 т 0,70
0,10
Не обнаружен
при а = 0,30 т 0,35
1,20
Следы
Горелка с центральным и периферийным подводом вторичного воздуха:
при а = 0,60 т 0,70
0,50
Не обнаружен
при а = 0,30 т 0,35
0,12
Не обнаружен
Сжиженный углеводородный газ
Горелка с периферийным подводом вторичного воздуха:
при а = 0,60 т 0,70
0,30
0,03
при а = 0,30 т 0,35
1,20
1,10
Горелка с центральным и периферийным подводом вторичного воздуха:
при а = 0,60 т 0,70
0,07
0,02
при а = 0,30 т 0,35
1,00
0,045
Полнота сгорания газа зависит от коэффициента избытка первичного воздуха в смеси, расстояния от огневых каналов горелки до дна посуды, вида горючего газа, способа подвода вторичного воздуха. При этом увеличение содержания первичного воздуха в смеси, а также увеличение расстояния от горелки до дна посуды приводят к снижению концентрации оксида углерода в продуктах сгорания. Минимальная концентрация оксида углерода соответствует коэффициенту избытка первичного воздуха а, = 0,6 и выше и расстоянию от горелки до дна посуды 25 мм, а максимальная — а, = 0,3 и ниже и расстоянию от горелки до дна посуды 10 мм. Кроме того, увеличение тепловой мощности горелок на 15-20% за счет повышения давления газа приводит к росту концентрации оксида углерода в продуктах сгорания в 1,2-1,3 раза, а за счет теплоты сгорания газа — в 1,5-2 раза.
На появление в процессе горения ароматических соединений — бензола, полициклических бензпирена, безантрацена и др. — следует обратить особое внимание, так как некоторые из них канцерогенны. Процесс их образования весьма сложен и протекает стадийно. На первом этапе появляется ацетилен и его производные. В пламенной зоне эти вещества претерпевают процессы удлинения цепи с перестройкой тройных углеродных связей на двойные. В результате циклизации и дегидратации приводят к появлению различных ароматических соединений, включая полициклические.
Данные табл. 8.16 показывают, что при сжигании природных газов с коэффициентом избытка первичного воздуха а, = 0,6 и выше на обоих типах горелок концентрация оксида углерода продуктах сгорания отвечает требованиям ГОСТ 5542-87.
Таблица 8.17. Расстояние между кромками огневых каналов инжекционных однорядных горелок в зависимости от их размеров и коэффициента избытка первичного воздуха
Диаметры огневых каналов, мм | Расстояния между кромками каналов, мм при разных значениях коэффициента избытка первичного воздуха а1 | ||||
0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | |
2,0 | 11 | 4 | |||
3,0 | 15 | 12 | 5 | ||
4,0 | 16 | 14 | 11 | 7 | |
5,0 | 18 | 15 | 14 | 12 | 10 |
6,0 | 20 | 18 | 16 | 14 | 12 |
Исследования показали, что расстояния между кромками огневых каналов, обеспечивающие быстрое распространение пламени, предотвращающие их слияние, зависят от их размера и содержания первичного воздуха в смеси, уменьшаясь с его увеличением. Оптимальные расстояния между кромками каналов, обеспечивающие достаточную полноту сгорания газа и быстрое распространение пламени, приведены в табл. 8.17. При расположении огневых каналов в два ряда в шахматном порядке расстояния между кромками могут приниматься по этой же таблице. Расстояния между рядами при этом должны быть в 2–3 раза больше рас- стояний между каналами.
Обобщение многочисленных экспери- ментальных данных позволило получить усредненные кривые концентрации в про- дуктах сгорания различных компонентов, качественно и количественно характеризу- ющих процесс горения (рис. 8.15). Полное сгорание гомогенной газовоздушной смеси достигается только при коэффициенте избыт- ка первичного воздуха α = 1,05 и выше. При уменьшении содержания воздуха в смеси, в особенности при α < 1,0, возрастает концентрация оксида углерода СО, ацетилена С2Н2, этилена С2Н4, пропилена С3Н6 и пропана С3Н8, а также бенз(а)-пирена С20Н9. Также возраста- ет концентрация и других компонентов — во- дорода, бензола и др.
Кроме рассмотренных продуктов незавер- шенного горения, при сжигании газа всегда возникает некоторое количество оксидов азо- та, образование которых происходит в зонах высоких температур как после завершения ос- новных реакций горения, так и в процессе горения. Максимальная концентрация NOх воз- никает на конечных стадиях, соответствующих выгоранию газа и интенсивному горению про- межуточных продуктов в виде водорода и оксида углерода.
Первичное соединение при горении га- зовоздушных смесей — оксид азота. Начало цепной реакции связано с атомарным кисло- родом, возникающим в зонах высоких температур за счет диссоциации молекулярного кислорода:
О2 –› 2О — 490 кДж/моль (8.36)
О + N2 –› NO + N — 300 кДж/моль (8.37)
N + О2 –› 2NO + 145 кДж/моль (8.38)
Балансовая реакция
N2 + О2 –› 2NO — 177 кДж/моль (8.39)
Образование атомарного кислорода происходит и при частичной диссоциации продуктов сгорания: при снижении температуры и наличии кислорода часть образовавшегося оксида азота (1-3 об. %) окисляется до диоксида азота NO2. Наиболее интенсивно реакция протекает после выхода оксида азота в атмосферу. Основные влияющие факторы:
- температура в реакционных зонах;
- коэффициент избытка воздуха и время контакта реагирующих компонентов.
Температура пламени зависит от химического состава газа, содержания воздуха в газовоздушной смеси, степени ее однородности и теплоотвода из реакционной зоны. Максимально возможная при данной температуре концентрация оксида азота, об. %, может быть подсчитана по формуле
NOp = 4,6е-2150/(RT)/√О2N2 (8.40)
где NOp — равновесная концентрация оксида азота, об. %; R — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура, К; O2 и N2 — концентрация, об. %, соответственно кислорода и азота.
Высокая концентрация оксида азота, соизмеримая с равновесной, возникает при сжигании газа в топках мощных парогенераторов и в высокотемпературных мартеновских, коксовых и аналогичных печах. В котлах малой и средней мощности, в небольших нагревательных и термических печах со значительным теплоотводом и малым временем пребывания компонентов в высокотемпературных зонах выход оксида азота на порядок меньше. Кроме того, чем короче время пребывания реагирующих компонентов в зоне высоких температур, тем меньше оксида азота в продуктах сгорания.
Эффективно также сжигание газа в излучающих горелках и в псевдоожиженном слое: в этих случаях происходит микрофакельное горение гомогенной газовоздушной смеси с коэффициентом избытка воздуха а = 1,05 при весьма интенсивном отводе теплоты из реакционной зоны. Концентрация оксидов азота при сжигании газа в излучающих горелках составляет около 40, а в псевдоожиженном слое — 80-100 мг/м3. Уменьшение размеров огневых каналов излучающих горелок и огнеупорных зерен в псевдоожиженном слое способствует снижению выхода оксидов азота.
Накопленные данные позволили внести ряд изменений в конструкцию котельно-отопительного оборудования, обеспечивающих не только высокий КПД и низкую концентрацию продуктов неполного сгорания, но и сниженный сброс в атмосферу оксидов азота. К этим изменениям относятся:
- сокращение длины высокотемпературных туннелей и перемещение горения из них в топки;
- применение взамен керамических туннелей стабилизаторов горения в виде тел плохообтекаемой формы или кольцевого пламени;
- организация плоского факела пламени с увеличенной поверхностью теплоотдачи;
- рассредоточение пламени за счет увеличения числа горелок или использования блочных горелок;
- ступенчатый подвод воздуха в реакционную зону;
- равномерное распределение тепловых потоков в топке, экранирование топок и их разделение на отсеки экранами;
- применение диффузионного принципа сжигания газа (диффузионное горение допустимо только в тех случаях, когда может быть обеспечено свободное развитие пламени без омы- вания теплообменных поверхностей).
Наиболее эффективное снижение выхода оксидов азота достигается при одновременном использовании нескольких способов.
Источник
Горение газа – реакция соединения горючих компонентов газа с кислородом воздуха, сопровождающаяся выделением тепла. Процесс горения зависит от химического состава топлива. Основной компонент природного газа метан, горючими также являются этан, пропан и бутан, которые содержатся в небольших количествах.
Природный газ, добываемый из западносибирских месторождений, практически полностью (до 99 %) состоит из метана СН4. Воздух состоит из кислорода (21%) и азота и незначительного количества других негорючих газов (79%). Упрощенно реакция полного сгорания метана выглядит следующим образом:
СН4 + 2О2 + 7,52 N2 = СО2 + 2Н20 + 7,52 N2
В результате реакции горения при полном сгорании образуется углекислый газ CO2, и пары воды H2O вещества, не оказывающие вредного влияния на окружающую среду и человека. Азот N, в реакции не участвует. Для полного сгорания 1 м³ метана теоретически необходимо 9,52 м³ воздуха. Для практических целей считается, что для полного сгорания 1 м³ природного газа необходимо не менее 10 м³ воздуха. Однако если подавать только теоретически необходимое количество воздуха, то добиться полного сгорания топлива невозможно: трудно так перемешать газ с воздухом, чтобы к каждой его молекуле было подведено необходимое количество молекул кислорода. На практике на горение подается воздуха больше, чем теоретически необходимо. Величина избытка воздуха определяется коэффициентом избытка воздуха а, который показывает отношение количества воздуха, фактически израсходованного на горение, к теоретически необходимому количеству:
α = V факт./V теор.
где V количество воздуха, фактически израсходованного на горение, м³;
V – теоретически необходимое количество воздуха, м³.
Коэффициент избытка воздуха является важнейшим показателем, характеризующим качество сжигания газа горелкой. Чем меньше а, тем меньше теплоты унесут уходящие газы, тем выше коэффициент полезного действия газоиспользующего оборудования. Но сжигание газа с недостаточным избытком воздуха приводит к нехватке воздуха, что может стать причиной неполного сгорания. Для современных горелок с полным предварительным смешением газа с воздухом коэффициент избытка воздуха лежит в пределах 1,05 – 1,1» то есть на горение расходуется воздуха на 5 – 10% больше от теоретически необходимого.
При неполном сгорании в продуктах горения содержится значительное количество окиси углерода СО, а также несгоревший углерод в виде сажи. Если горелка работает совсем плохо, то в продуктах сгорания может содержаться водород и несгоревший метан. Оксид углерода СО (угарный газ) загрязняет воздух в помещении (при использовании оборудования без отвода продуктов сгорания в атмосферу – газовых плит, колонок небольшой тепловой мощности) и оказывает отравляющее действие. Сажа загрязняет поверхности теплообмена, резко уменьшает теплопередачу и снижает коэффициент полезного действия бытового газоиспользующего оборудования. Кроме того, при использовании газовых плит происходит загрязнение посуды сажей, для удаления которой необходимо приложить значительные усилия. У водонагревателей сажа загрязняет теплообменник, в «запущенных» случаях практически до полного прекращения передачи тепла от продуктов сгорания: колонка горит, а вода нагревается на несколько градусов.
Неполное сгорание происходит:
- при недостаточном количестве воздуха, поступающего на горение;
- при плохом перемешивании газа и воздуха;
- при чрезмерном охлаждении пламени до завершения реакции горения.
Качество сжигания газа можно контролировать по цвету пламени. Некачественное сжигание газа характеризуется желтым коптящим пламенем. При полном сжигании газа пламя представляет собой короткий факел голубовато-фиолетового цвета с высокой температурой. Для контроля работы промышленных горелок применяют специальные приборы, анализирующие состав дымовых газов и температуру продуктов сжигания. В настоящее время при наладке отдельных типов бытового газоиспользующего оборудования также возможно регулирование процесса горения по температуре и анализу уходящих газов.
Источник
Горение газообразного топлива представляет собой сочетание следующих физических
и химических процессов:
– смешение горючего газа с воздухом,
– подогрев смеси,
– термическое разложение горючих компонентов,
– воспламенение
– химическое соединение горючих элементов с кислородом воздуха, сопровождаемое образованием факела с интенсивным тепловыделением.
Устойчивое горение газовоздушной смеси возможно при непрерывном подводе к фронту горения необходимых количеств горючего газа и воздуха, их тщательном перемешивании и нагреве до температуры воспламенения или самовоспламенения.
Горение – химический процесс соединения газа с кислородом воздуха, при котором происходит выделение тепла, света и образуются продукты сгорания: углекислый газ, водяные пары и азот.
Химическая формула сгорания газового топлива сложна, поэтому для упрощения воспользуемся уравнением, выражающими начальное и конечное состояние реакций горения газа
СН 4 + 2О 2 = СО 2 + 2Н 2О + N
В практических условиях сжигания газа кислород берется не в чистом виде, а входит в состав воздуха.
Так как воздух состоит по обьему на 79% из азота и на 21 % из кислорода, то для сжигания 1 куб. метра метана требуется 2 куб. метра кислорода и 7,52 куб. метра азота или 2+ 7,52 = 9,52 куб метра воздуха.
В результате сгорания 1куб м метана получается 1 куб. метр углекислого газа, 2 куб. метра водяных паров и 7,52 куб. метра азота. В таблице приведены эти данные для наиболее распространенных горючих газов.
| Для сжигания 1м3 Газа требуется м3 | При сжигании 1 м3 газа выделяется м3 | Теплота Сгорания | ||||||
| ГАЗЫ | Кислород | Воздуха | Углекис-лого газа | Водяных паров | азота | всего | КДж/м3 | |
| Метан | 9,52 | 7,52 | 10,52 | |||||
| Этан | 3,5 | 16,66 | 13,16 | 18,16 | ||||
| Пропан | 23,8 | 18,8 | 15,8 | |||||
| Бутан | 6,5 | 30,94 | 24,44 | 34.44 |
Не всякую холодную газовоздушную смесь можно поджечь внешним источником зажигания. Чтобы смесь воспламенилась и продолжала сгорать, нужны определенные соотношения объемов сжигаемого газа и подаваемого воздуха. Если газа в газовоздушной смеси мало, а воздуха много, то смесь гореть самостоятельно не может. Горение такой смеси через определенное время прекратится, так как выделяющейся теплоты будет недостаточно для нагрева газовоздушной смеси до температуры воспламенения. Если же в смеси недостаточно воздуха, то при воспламенении может сгореть ограниченное количество газа, и выделяемой химической теплоты будет недостаточно для поддержания температуры не ниже температуры воспламенения газовоздушной смеси.
Итак, для процесса горения газовоздушной смеси необходимо, чтобы количество газа и воздуха в газовоздушной смеси было в определенных пределах. Эти пределы называются пределами воспламеняемости или пределами взрываемости. Различают нижний и верхний пределы воспламеняемости. Минимальное содержание газа в газовоздушной смеси, выраженное в объемных процентах, при котором происходит воспламенение, называют нижним пределом воспламеняемости. Максимальное содержание газа в газовоздушной смеси, выше которого смесь не воспламеняется без подвода дополнительного тепла, называют верхним пределом воспламеняемости.
Газовоздушная смесь в которой содержание газа больше верхнего предела воспламеняемости может гореть при подогреве газовоздушной смеси. Если смесь будет подогреваться, то пределы воспламеняемости расширяются за счет снижения нижнего предела воспламеняемости и повышения верхнего. Если газовоздушную смесь нагреть до температуры её воспламенения, то она воспламенится и будет гореть при любом соотношении газа и воздуха.
Если в газовоздушной смеси содержится газа меньше нижнего предела воспламеняемости, то она не будет гореть. Если в газовоздушной смеси недостаточно воздуха, то горение протекает не полностью.
Значение пределов воспламеняемости зависит также от давления газовоздушной смеси. При повышении давления диапазон между нижним и верхним пределами воспламеняемости сужается.
Большое влияние на величины пределов воспламеняемости оказывают инертные примеси в газах.
Необходимое количество воздуха для сжигания газов находится в прямой зависимости от их теплоты сгорания и составляет примерно 1,1 м3 воздуха на каждые 4190 кДж (1000 ккал) сжигаемого газа.
Отсюда наименьшее количество воздуха, потребное для полного сжигания газа, называется теоретическим расходом воздуха и обозначается Lт, т.е. если низшая теплота сгорания газового топлива равна 33520 кДж /м3, то теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м3 газа составляет 8,8 м3.
Однако, действительно расход воздуха всегда превышает теоретический. Объясняется это тем, что очень трудно достигнуть полного сгорания газа при теоретических расходах воздуха. Поэтому любая газовая установка для сжигания газа работает с некоторым избытком воздуха.
Воздух, принимающий участие в горении, бывает первичным и вторичным.
Первичным называется воздух, поступающий в горелку для смешения в ней с газом; вторичным –воздух, поступающий в зону горения не в смеси с газом, а отдельно.
Продуктами сгорания природного газа являются углекислый газ, водяные пары, некоторое количество избыточного кислорода и азот. Избыточный кислород содержится в продуктах сгорания только в тех случаях, когда горение происходит с избытком воздуха, а азот в продуктах сгорания содержится всегда, так как является составной частью воздуха и не принимает участия в горении. Продуктами неполного сгорания газа могут быть: оксид углерода, несгоревшие водород и метан, тяжелые углеводороды, сажа.
Чем больше в продуктах сгорания углекислого газа СО2, т.е. тем полнее будет сгорание. (Характеристика СО2 в п. Состав газов)
При неполном сгорании природного газа, которое происходит при недостаточном поступлении воздуха, необходимого для горения, в продуктах сгорания наряду с двуокисью углерода можно обнаружить наличие одного из самых токсичных газов – окиси углерода (СО) или, как его называют в быту угарного газа. Кроме того при значительном скоплении окись углерода может образовывать взрывоопасные смеси. Если продукты сгорания газа отводятся через соединительные трубы и дымоходы в атмосферу, наличие окиси углерода в продуктах сгорания ничем не грозит здоровью и жизни обслуживающего персонала. Когда продукты неполного сгорания поступают непосредственно в воздушную среду, окружающую человека, создаётся прямая угроза отравления. Опасные свойства окиси углерода обусловлены её способностью в 200-300 раз быстрее соединяться с гемоглобином крови, чем кислород. Если концентрация окиси углерода в воздухе достигает 0,1%, доля гемоглобина, связанного окисью углерода, повышается до 50% и через 1 час, вдыхая такой воздух, человек начинает испытывать приступы тошноты, головокружения и недомогания. При содержании окиси углерода в воздухе около 1% достаточно несколько минут, чтобы получить смертельное отравление, и одно двух вдохов, чтобы потерять сознание. Предельное содержание окиси углерода в воздухе помещений при использовании газа для коммунально-бытовых целей должно быть не более 0, 00006% об. Наличие окиси углерода в атмосфере помещений легче всего проверить с помощью индикаторных трубок.
Сернистый газ (SО2). Наличие этого газа в продуктах сгорания обусловлено присутствием в природном газе сероводорода – Н2S. Сернистый газ почти в 10 раз более токсичен, чем окись углерода, бесцветен, но обладает резким характерным запахом. При содержании сернистого газа в воздухе 0,05% уже возникает опасность для жизни при кратковременном вдыхании. Присутствие сернистого газа в продуктах сгорания объясняется не только наличием в газе сероводорода. Здесь следует учитывать присутствие серы в составе одоранта – этилмеркаптана (С2Н2SН), а также присутствие природных каптанов в составе газов некоторых месторождений даже после очистки.
15. Скорость распространения пламени.
Важной характеристикой горения газообразного топлива является скорость распространения пламени в газовоздушной смеси. Расстояние, на которое сдвигается фронт пламени в единицу времени в заданном направлении относительно неподвижной горючей смеси, есть видимая скорость распространения пламени.
Нормальной скоростью распространения пламени называется скорость движения фронта пламени в направлении, перпендикулярном поверхности фронта пламени. Скорость распространения пламени у метана примерно 0,67 м/с, и достигает максимума при содержании метана в смеси с воздухом около 10%. Скорость распространения пламени сжиженного газа 0,82 м/с.
С увеличением диаметра трубки скорость распространения пламени увеличивается. Скорость распространения пламени зависит от ряда факторов: характера движения газовоздушной смеси, теплопроводности и состава газа, температуры, содержания в газе различных примесей. Низкая скорость распространения пламени метана препятствует проникновению зоны горения в горелку и облегчает применение для сжигания метана горелок предварительного смешения, работающих на подогретом воздухе.
16. Газовые горелки. Отрыв и проскок пламени.
Сжигание газа осуществляется в газовых горелках.
Газовой горелкой называется устройство, обеспечивающее устойчивое сжигание газообразного топлива и регулирование процесса горения. Основные функции газовых горелок: подача газа и воздуха к фронту горения газа, смесеобразование, стабилизация фронта воспламенения, обеспечение требуемой интенсивности процесса горения газа.
При устойчивом горении в зоне горения устанавливается динамическое равновесие между стремлением пламени продвинуться навстречу движению газовоздушной смеси и стремлением потока продвинуть пламя от устья горелки в топку.
Пределами устойчивости работы горелок являются отрыв и проскок пламени в горелку. При большой скорости движения газовоздушной смеси наблюдается полное отделение пламени от горелки и его погасание. Это явление называется отрывом пламени. При уменьшении подачи и скорости газовоздушной смеси стабильное горение нарушается и пламя начинает втягиваться в горелку. Когда горение газовоздушной смеси происходит внутри горелки, возникает проскок пламени.
Для поддержания устойчивого горения необходимо обеспечить определенное соотношение между скоростью распространения пламени и скоростью поступления газовоздушной смеси к месту ее горения. На устойчивость пламени оказывает влияние также соотношение объемов газа и воздуха в газовоздушной смеси, при чем, чем больше газа, тем устойчивее пламя.
При проскоке пламени горение газа происходит внутри горелки, что может привести к неполному сгоранию газа и образованию оксида углерода или потуханию пламени. При отрыве пламени газовоздушная смесь поступает в окружающее пространство, что может привести к взрыву газовоздушной смеси и другим опасным последствиям. Поэтому обеспечение стабильного горения газа является важнейшим условием его безопасного пользования.
Стабилизацию пламени газовоздушной смеси можно обеспечить с помощью специальных устройств. Необходимыми условиями при этом являются: поддержание скорости выхода газовоздушной смеси в безопасных пределах; поддержание температуры в зоне горения не ниже температуры воспламенения газовоздушной смеси.
Когда в горелку поступает не газовоздушная смесь, а чистый газ, пламя наиболее устойчиво. Объясняется это тем, что в чистом газе пламя не распространяется и проскок пламени не возникает. Однако при резком увеличении скорости выхода газа газовоздушной смеси может произойти отрыв пламени, но и он менее вероятен, чем при подаче к факелу пламени газовоздушной смеси. При таком способе сжигания газа его подачу можно регулировать в широких пределах.
Если к факелу подается газовоздушная смесь, содержащая 50…60% воздуха от теоретически необходимого для полного сжигания газа, то горение такой смеси будет менее устойчивым. Наименее устойчиво горение заранее подготовленных для полного сжигания газовоздушных смесей. Итак, чем меньше воздуха содержится в газовоздушной смеси, тем устойчивее процесс его сгорания.
При правильном контроле процесса горения и использования теплоты уходящих газов к.п.д. котлов, работающих на газе, достигает 90…94%, а при отсутствии должного контроля снижается до 60…70%. Одна из задач работников газового хозяйства является систематическая работа над повышением к.п.д. использования теплоты.
В зависимости от способа образования газовоздушной смеси методы сжигания газа можно разделить на диффузионный, смешанный и кинетический.
По методу сжигания газа все горелки можно разделить на три группы:
-без предварительного смешения газа с воздухом – диффузионные;
-с неполным предварительным смешением газа с воздухом – диффузионно-кинетические;
-с полным предварительным смешением газа с воздухом – кинетические.
Широкое распространение имеет классификация горелок по способу подачи воздуха. По этому признаку горелки подразделяются на:
-бездутьевые, у которых воздух поступает в топку за счет разрежения в ней;
-инжекционные, в которых воздух засасывается за счет энергии струи;
-дутьевые, у которых воздух подается в горелку или топку с помощью вентилятора.
Горелки могут работать при различных давлениях газа: низком – до 5000 Па, среднем – от 5000 Па до 0,3 МПа и высоком – более 0,3 МПа. Наибольшее распространение имеют горелки, работающие на низком и среднем давлении газа.
Важной характеристикой горелки является её тепловая мощность, равная произведению теплоты сгорания газа на его часовой расход, т.е.
Qr =Qн Vч,
Где Qr- тепловая мощность горелки, МВт (ккал/ч);
Qн – низшая теплотворная способность газа, кДж/м3;
Vч – часовой расход газа горелкой, м3/ч.
Различают максимальную, минимальную и номинальную тепловые мощности газовых горелок. Максимальная тепловая мощность достигается при длительной работе горелки с большим расходом газа и без отрыва пламени. Минимальная тепловая мощность возникает при устойчивой работе горелки при наименьших расходах газа без проскока пламени. Номинальная тепловая мощность горелки соответствует режиму работы с номинальным расходом газа, т.е. расходу, обеспечивающему наибольший кпд при наибольшей полноте сжигания газа. В паспортах горелок указывают номинальную тепловую мощность.
Максимальная тепловая мощность горелки должна превышать номинальную не более чем на 20%.
В эксплуатации находится большое количество горелок различной конструкции. Общие требования для всех горелок: обеспечение полноты сгорания газа, устойчивость при изменении тепловой мощности, надежность в эксплуатации, компактность, удобство при обслуживании.
Дата добавления: 2015-04-20; просмотров: 665 | Нарушение авторских прав
1 | 2 | |
lektsii.net – Лекции.Нет – 2014-2020 год. (0.024 сек.)
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Источник