Соотношение газа и воздуха подаваемых на горелки – , .

Расход воздуха на сжигание природного газа. Коэффициент избытка воздуха. – 27 Мая 2015

Почтовые индексы ТиНАО Суть процесса горения и условия, необходимые для полного сгорания топлива Горение — это сложный физико-химический процесс взаимодействия горючих компонентов топлива с окислителем, в частности, горение топлива — это реакция быстрого окисления его компонентов, сопровождающаяся интенсивным тепловыделением и резким повышением температуры. Для получения максимального КПД, т.е. для полного сгорания топлива, необходимы: непрерывный подвод топлива и воздуха в достаточном для горения количестве; хорошее перемешивание топлива с воздухом; высокая температура в топке; достаточное для горения время пребывания топливовоздушной смеси в топке. В отличие от твердых и жидких топлив, которые гореть не могут без предварительного подогрева до температуры воспламенения, газовое топливо может гореть и холодным, если оно перемешано с воздухом в концентрационных пределах границы воспламенения. Такую газовоздушную смесь можно воспламенить искрой, раскаленным телом, пламенем. Расход воздуха на сжигание природного газа. Коэффициент избытка воздуха Рассмотрим реакцию горения метана как основного компонента из числа составляющих природного газа: СН4 + 202 = С02 + 2Н20. Из уравнения этой реакции следует, что для окисления одной молекулы метана необходимы две молекулы кислорода, т.е. для полного сгорания 1 м3 метана требуется 2 м3 кислорода. В качестве окислителя при сжигании топлива в котельных агрегатах используется атмосферный воздух, который представляет собой сложную смесь веществ, в числе которых 21 об. % 02, 78 об. % N2 и 1 об. % С02, инертных газов и др. Для технических расчетов обычно принимают условный состав воздуха из двух компонентов: кислорода (21 об. и азота (79 об. %). С учетом такого состава воздуха для проведения любой реакции горения на воздухе для полного сжигания топлива потребуется воздуха по объему в 100/21 = 4,76 раза больше, чем кислорода. Следовательно, для приведенной реакции горения на полное сгорание 1 м3 метана (природного газа) должно быть израсходовано 2 м3 кислорода или 2 • 4,76 = 9,52 м3 воздуха. Это количество воздуха называется теоретическим расходом воздуха, необходимым для полного сгорания 1 м3 природного газа, и обозначается м3/м3. Однако на практике для обеспечения полного сгорания природного газа требуется расход воздуха несколько больший, чем теоретический. Коэффициент избытка воздуха в общем случае зависит от вида сжигаемого топлива, его состава, типа горелок, способа подачи Отношение действительного расхода воздуха подаваемого на сжигание топлива, к его теоретическому значению V° называют коэффициентом избытка воздуха воздуха, конструкции топочного устройства и т.д. Для сжигания природного газа обычно принимают а = 1,05… 1,15.

geyz.ru

Условия воспламенения и сгорания газового топлива

11 мая 2016 г.

Горение газообразного топлива представляет собой сочетание следующих физических и химических процессов: смешение горючего газа с воздухом, подогрев смеси, термическое разложение горючих компонентов, воспламенение и химическое соединение горючих элементов с кислородом воздуха.

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 (табл. 5).

Воспламенение газовоздушной смеси может быть осуществлено:

• нагревом всего объема газовоздушной смеси до температуры самовоспламенения. Такой способ применяют в двигателях внутреннего сгорания, где газовоздушную смесь нагревают быстрым сжатием до определенного давления;
• применением посторонних источников зажигания (запальников и т. д.). В этом случае до температуры воспламенения нагревается не вся газовоздушная смесь, а ее часть. Данный способ применяется при сжигании газов в горелках газовых приборов;
• существующим факелом непрерывно в процессе горения.

Для начала реакции горения газообразного топлива следует затратить определенное количество энергии, необходимой для разрыва молекулярных связей и создания новых.

Химическая формула сгорания газового топлива с указанием всего механизма реакции, связанного с возникновением и исчезновением большого количества свободных атомов, радикалов и других активных частиц, сложна. Поэтому для упрощения пользуются уравнениями, выражающими начальное и конечное состояния реакций горения газа.

Если углеводородные газы обозначить С_mН_n, то уравнение химической реакции горения этих газов в кислороде примет вид

C_mH_n + (m + n/4)O

2 = mCO₂ + (n/2)H₂O ,

где m – количество атомов углерода в углеводородном газе; n – количество атомов водорода в газе; (m + n/4) – количество кислорода, необходимое для полного сгорания газа.

В соответствии с формулой выводятся уравнения горения газов:

• метана СН₄ + 2O₂ = СO₂ + 2Н₂O
• этана С₂Н₆ + 3,5O₂ = 2СO₂ + ЗН₂O
• бутана С₄Н₁₀ + 6,5O₂= 4СO₂ + 5Н₂0
• пропана C₃H₈ + 5O₃ = ЗСO₂ + 4Н₂O.

В практических условиях сжигания газа кислород берется не в чистом виде, а входит в состав воздуха. Так как воздух состоит по объему на 79 % из азота и на 21 % из кислорода, то на каждый объем кислорода требуется 100: 21 = 4,76 объема воздуха или 79: 21 = = 3,76 объема азота. Тогда реакцию горения метана в воздухе можно записать следующим образом:

СН₄ + 2O₂ + 2*3,76N₂ = CO₂ + 2H₂O + 7,52N₂ .

Из уравнения видно, что для сжигания 1 м³ метана требуется 1 м³ кислорода и 7,52 м³ азота или 2 + 7,52 = 9,52 м³ воздуха.

В результате сгорания 1 м³ метана получается 1 м³ диоксида углерода, 2 м³ водяных паров и 7,52 м³ азота. В таблице ниже приведены эти данные для наиболее распространенных горючих газов.

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, называется нижним пределом воспламеняемости. Максимальное содержание газа в газовоздушной смеси, выше которого смесь не воспламеняется без подвода дополнительной теплоты, называется верхним пределом воспламеняемости.

Количество кислорода и воздуха при сжигании некоторых газов

Газы	Для сжигания 1 м3 газа требуется, м3		При сжигании 1 м3 газа выделяется, м3				Теплота сгорания Он,кДж/м3
	кислорода	воздуха	диоксида углерода	водяных паров	азота	всего
Водород	0,5	2,38	–	1	1,88	2,88	10 806
Оксид углерода	0,5	2,38	1	–	1,88	2,88	12 637
Метан	2	9,52	1	2	7,52	10,52	35 825
Этан	3,5	16,66	2	3	13,16	18,16	63 797
Пропан	5	23,8	3	4	18,8	15,8	91310
Бутан	6,5	30,94	4	5	24,44	34,44	118 740

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.

Большое влияние на величины пределов взрываемости оказывают инертные примеси в газах. Увеличение содержания в газе балласта (N₂ и СO₂) сужает пределы воспламеняемости, а при повышении содержания балласта выше определенных пределов газовоздушная смесь не воспламеняется при любых соотношениях газа и воздуха (таблица ниже).

Количество объемов инертного газа на 1 объем горючего газа, при котором газовоздушная смесь перестает быть взрывоопасной

Горючие газы	Инертные газы		Горючие газы	Инертные газы
	диоксид углерода	азот		диоксид углерода	азот
Оксид углерода	2,2	4,1	Метан	3,3	6
Водород	10,3	16,5	Этан	7,3	12,8

Наименьшее количество воздуха, необходимое для полного сжигания газа, называется теоретическим расходом воздуха и обозначается Lt, то есть если низшая теплота сгорания газового топлива 33520 кДж/м³, то теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м³ газа

L_T= (33 520/4190)/1,1 = 8,8 м³.

Однако действительный 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.

Итак, практический расход воздуха

L_n = αL_T ,

где L_n – практический расход воздуха; α – коэффициент избытка воздуха; L_T – теоретический расход воздуха.

Коэффициент избытка воздуха всегда больше единицы. Для природного газа он составляет α = 1,05 – 1,2. Коэффициент α показывает, во сколько раз действительный расход воздуха превышает теоретический, принимаемый за единицу. Если α = 1, то газовоздушная смесь называется стехиометрической.

При α = 1,2 сжигание газа производится с избытком воздуха на 20 %. Как правило, сжигание газов должно проходить с минимальным значением а, так как с уменьшением избытка воздуха снижаются потери теплоты с уходящими газами. 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.

ros-pipe.ru

СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ И ГОРЕНИЕ ПРИ СЖИГАНИИ ГАЗОВОГО ТОПЛИВА

Газовые горелки

А. С.Иссерлин

В основе процесса горения лежат химические реакции соедине­ния топлива с окислителем. Для протекания процесса горения газа должны быть созданы специальные условия. Во-первых, необхо­димо к горючему газу подвести в достаточном количестве окислитель (чаще всего воздух) и перемешать их. Во-вторых, газовоздушная смесь должна иметь концентрационные пределы воспламеняемости и должен быть создан источник воспламенения. В-третьих, необхо­димо создать условия для развития процесса горения, т. е. опреде­ленный температурный уровень.

Смесеобразование (равномерное смешение газа с воздухом) — одна из основных стадий всего процесса горения. От процесса сме­сеобразования во многом зависят и все дальнейшие стадии, через которые проходит топливо при превращении химической энергии в тепловую. Поскольку в зоне горения всегда устанавливается вы­сокий температурный уровень, время, затрачиваемое на химиче­ские реакции горения, всегда значительно меньше времени, необ­ходимого для процесса смесеобразования.

Сжигание газового топлива, как и любого другого, в воздушном потоке в соответствии с современными воззрениями возможно на основе кинетического и диффузионного принципов.

Полное время сгорания газа, определяющее скорость сгорания,

ТП ТС~1’~Х1

Где тс — время смесеобразования, необходимое для смешения газа с окислителем; тх — время протекания химических реакций.

Если тс<Стх, то практически тп«т*. В этом случае процесс про­текает в кинетической области. Если же, наоборот, Тс^-Тх, то Тп»тс и, следовательно, процесс протекает в диффузионной об­ласти.

При протекании процесса горения в кинетической области ско­рость горения зависит от свойств данной горючей смеси, темпера­туры в реакционном объеме и концентрации реагентов в зоне го­рения, т. е. регулируется законами химической кинетики. В то же время скорость процесса в кинетической области не зависит от гидродинамических факторов, т. е. от скорости потока, геометриче­ских размеров реакционной камеры и т. д.

Наоборот, в диффузионной области скорость процесса опреде­ляется гидродинамическими факторами и не зависит от кинетиче­ских. В этой области перестают играть определяющую роль свой­ства горючей смеси и температурный фактор. Сравнительно про стыми гидродинамическими средствами можно влиять на интен­сивность смешения, что приведет к изменению характеристик диф­фузионного факела.

При кинетическом принципе в горелке предварительно создается • однородная газовоздушная смесь, которая и подается в топочную камеру. Поэтому горение такой смеси протекает при постоянном значении всех основных характеристик (теплонапряжение, избыток воздуха и т. д.). Чисто кинетическое горение возникает лишь при соблюдении условия А^1,0. При а<1 кинетическое горение про­текает лишь на первой стадии, т. е. до тех пор, пока не израсходо­ван весь кислород смеси. Остаток горючих компонентов, разбав­ленных продуктами сгорания, может быть сожжен только при условии подвода дополнительного окислителя (воздуха).

Диффузионный принцип сжигания подразумевает создание та­ких условий для возникновения процесса, при которых смесь сго­рает немедленно при самом ее возникновении, т. е. при соприкос­новении топлива и окислителя в соответствующих количественных соотношениях. Процесс диффузионного горения регулируется из­менением интенсивности смесеобразования путем варьирования конструктивных и режимных параметров горелки. В результате в зависимости от технологических требований можно добиться уко­рочения зоны смешения или ее удлинения.

В практике часто применяется сжигание газа, сочетающее в себе оба упомянутых принципа. В этом случае часть воздуха предварительно смешивается с газом в горелке, а остальная часть, необходимая для полного сгорания, подается непосредственно в зону горения. Изменяя это соотношение, можно воздействовать на длину газового факела. В большинстве горелок газ подается под тем или иным углом к потоку воздуха.

Изучению процесса смесеобразования посвящено много работ. Это позволяет сформулировать некоторые общие закономер­ности.

Для прямоточных газовых горелок смешение тем лучше, чем большую часть поперечного сечения горелки охватывают газовые струи, т. е. чем больше дально­бойность газовых струй. В горелках с сильно закрученными потоками не следует стремиться к большой дальнобойности газовых струй.

Увеличение крутки потока воздуха приводит к перераспределению газа и воздуха по сечению горелки, повышению интенсивности перемешивания газа с воздухом и увеличению центральной зоны обратных токов в горелке.

Характер влияния крутки воздушного потока на процесс смесеобразования различен в зависимости от остальных определяющих параметров. Так, при по­даче газа в периферийные зоны горелки (независимо от ее типа) увеличение крутки потока приводит к заметному улучшению смесеобразования. Наоборот, при подаче газа в центральную зону горелки рост крутки не приводит, как пра­вило, к улучшению процесса,«решения.

Совокупность явлений, которую мы называем горением, может протекать только в определенной последовательности, от одной стадии к другой. Г. Ф. Кнорре дает следующие схемы установив­шегося процесса горения газового и жидкого топлива с фиксиро­ванным очагом, которые он называет поточными (рис. 1). Про­стейшая поточная схема возникает при сжигании газового топлива, состоящего из простых молекул (например, водород), не требую­щих предварительного сложного пирогенного разложения (рис. 1, А). Когда же сжигается газовое или жидкое углеводородное топливо, А 6

Рис. 1. Поточные схемы выгорания топлива. а — газового; б— жидкого.

Поточный процесс горения осложняется: возникает еще одна про­межуточная стадия — пирогенное разложение. Для жидкого топ­лива этой стадии предшествует стадия испарения (рис. 1,6). Для осуществления поточной схемы необходим достаточный темпера­турный уровень в очаге горения, к которому непрерывными пото­ками подводятся топливо и окислитель. Продукты сгорания после завершения реакций также непрерывно отводятся от очага горения.

Известно, что газовоздушные смеси воспламеняются только в том случае, когда содержание газа в воздухе находится в опре­деленных (для каждого газа) пределах. При незначительных со­держаниях газа количество тепла, выделившегося при горении, недостаточно для доведения соседних слоев смеси до температуры воспламенения. То же наблюдается и при слишком большом со­держании газа в газовоздушной смеси. Недостаток кислорода воз­духа, идущего на горение, приводит к понижению температурного уровня, в результате чего соседние слои смеси не нагреваются до

✓

Температуры воспламенения. Этим двум случаям соответствуют нижний и верхний пределы воспламеняемости (табл. 1). Поэтому кроме перемешивания газа с воздухом в определенных пропорция должны быть созданы начальные условия для воспламенения смеси.

Таблица / Пределы воспламеняемости и температуры воспламенения различных газов в воздухе Газ Пределы воспламеняе­мости, % газа в смеси с воздухом Температура воспла­менения, °С Нижний Верхний От До Водород…………………………………. 4,0 74,2 530 590 Окись углерода……………………….. 12,5 74,2 610 658 Метан. . …………………………………. 5,0 15,0 645 850 Этан………………………………………… 3,2 12,5 530 594 Пропан……………………………………. 2,4 9,5 530 588 Бутан………………………………………. 1.9 8,4 490 569 Ацетилен…………………………………. 2,5 80,0 335 500 Коксовый………………………………. 5,6 31,0 -640 Водяной. ……………………………….. 6,2 72,0 560 625 Сланцевый……………………………… 10,7 32,8 -700 Природный…………………………….. 4,5 17,0 530 800

Окисление горючих газов возможно при низких температурах, но тогда оно протекает чрезвычайно медленно из-за, незначитель­ной скорости реакций. При повышении температуры скорость реак­ции окисления возрастает до наступления самовоспламенения (вместо медленного окисления начинается процесс самопроизволь­ного горения). Значит, нагретая до температуры воспламенения горючая смесь обладает такой энергией, которая не только компен­сирует потери тепла в окружающую среду, но обеспечивает нагрев и подготовку газовоздушной смеси, поступающей к зону горения, к воспламенению.

Температура воспламенения газа зависит от ряда факторов, в том числе от содержания горючего газа в газовоздушной смеси, давления, способа нагрева смеси и т. д., и поэтому не является точной величиной. В табл. 1 приведены значения температур вос­пламенения некоторых горючих газов в воздухе.

В практике встречаются два способа воспламенения горючих смесей: самовоспламенение и зажигание.

При Самовоспламенении весь объем горючей газовоздушной смеси постепенно доводится до температуры воспламенения, после чего смесь воспламеняется уже без внешнего теплового воздей­ствия.

В технике широко применяется второй способ, именуемый За­жиганием. При этом способе не требуется нагревать всю газовоз­душную смесь до температуры воспламенения, достаточно зажечь холодную смесь в одной точке объема каким-нибудь высокотемпе­ратурным источником (искра, накаленное тело, дежурное пламя и т. д.). В результате воспламенение передается на весь объем смеси самопроизвольно путем распространения пламени, происхо­дящего не мгновенно, а с определенной пространственной ско­ростью. Эта скорость называется Скоростью распространения пла­мени в газовоздушной смеси и является важнейшей характеристи­кой, определяющей условия протекания и стабилизации горе­ния. Устойчивость работы горелок, как будет показано ниже, свя­зана со скоростью распространения пламени.

Таким образом, процесс горения газового топлива состоит из смешения газа с воздухом, нагрева полученной смеси до темпера­туры воспламенения, зажигания ее и протекания реакций горения, сопровождающихся выделением тепла. Причем смешение газа с воздухом и нагрев смеси занимают большую часть времени в про­цессе горения, так как реакции горения протекают практически мгновенно.

В зависимости от технологического процесса (получение пара и горячей воды в котельном агрегате, нагрев изделий в печной установке и т. д.) возникает необходимость влиять на процесс го­рения, изменяя его конечные характеристики. Это достигается раз­личными конструктивными приемами, которые изложены в гл. III.

Показательно сопоставление полей температур в объеме факела при сжигании газа с различными коэффициентами избытка воз­духа. Пример такого сопоставления дан на рис. 2 для горелки с диаметром выходного насадка 35 мм в виде зависимости

Где И — текущее значение температуры в факеле, °С; £тах — макси­мальная температура в факеле (замеренная), °С; Х— расстояние от точки замера до начала факела, м; У — расстояние от точки за­мера до оси факела, м; Й — диаметр насадка горелки, м.

На рис. 2 приведены графики распределения температур для трех коэффициентов избытка воздуха. Причем координате Х/й=О соответствует выходное сечение насадка горелки, а координате У/й=0 — ось факела.

Как видно из рисунка, распределение температур в свободном факеле неравномерно. При малых избытках первичного воздуха, например а=0,5, наличие внутреннего ядра в факеле сильно иска­жает температурное поле и оно выравнивается только на расстоя­нии х/с/ =10, тогда как при а=0,75 выравнивание наступает уже при Х/й=2,5, а при а=1,0 еще раньше — при Х/й=1,0.

Наивысшие температуры в открытых факелах наблюдаются в начальных сечениях на расстоянии от оси факела У/й =0,5, а за­тем по центру факела. Причем с увеличением коэффициента из­бытка воздуха максимум температур смещается к устью горелки. Так, наивысшая температура при а=0,75 измерена на расстоянии Х/й=2,5, а при а =1,0 — на расстоянии Х/й=1,0.

При совместном рассмотрении распределения температур и кон­центраций С02 в факеле наблюдается совпадение максимумов •

Рис. 2. Распределение температур в объеме факела при сжигании газа с коэффициентом избытка воздуха а = о,5 ( «), 0,75 ( б) и 1,0 (е).

Температур и содержаний С02. Следовательно, максимальному температурному уровню в факеле соответствует и максимальная величина степени выгорания горючих.

Потери части тепла, выделившегося в результате сгорания газа, неизбежны. Однако они могут быть снижены до минимума при правильном ведении топочного процесса. Рассмотрим, из каких же. составляющих складываются эти потери.

При сжигании газового топлива имеют место следующие по­тери тепла: с уходящими газами, от химической неполноты сгора­ния и в окружающую среду. На основании определения отдельных потерь тепла по обратному балансу может быть подсчитан к. п. д (коэффициент полезного действия) агрегата, °/о:

7]=Ю0— (?2+?з + <75),

Где <72 — потери тепла с уходящими газами, %; — потери тепла

От химической неполноты сгорания, %; Q5 — потери тепла в окру­жающую среду, %.

Потери тепла с уходящими газами — физическое тепло продук­тов сгорания, покидающих агрегат, — являются основными. Пол­ностью устранить их невозможно, однако необходимо стремиться к уменьшению. Потери тепла с уходящими газами зависят от тем­пературы газов и их количества. Чем ниже температура уходящих газов, тем меньше тепла будет теряться, поэтому следует стре­миться к снижению в разумных пределах температуры уходящих газов. Влияние температуры уходящих газов на потери тепла видно из табл. 2.

Таблица 2

Потери тепла с уходящими газами при сжигании природного газа, % Температура уходящих газов, °С Коэффициент избытка воздуха за агрегатом аа 1,05 1,2 1,4 1.6 1,8 200 7,7 8,6 9,7 10,8 12,0 220 8,6 9,5 10,8 12,0 13,3 240 9,4 10,5 11,9 13,2 14,7 260 10,3 11,4 12,9 14,4 15,9 280 11,1 12,4 14,0 15,6 17,3 300 12,1 13,5 15,3 17,0 18,8 320 13,0 14,4 16,4 18,3 20,2 340 13,8 15,4 17,4 19,5 21.5 360 14,7 16,4 18,5 20,7 22,9 380 15,6 17,3 19,6 21,9 24,2 400 16,9 18,7 21,1 23,6 26,0 420 17,8 19,7 22,3 24,8 27,4 440 18,6 20,7 23,4 26,1 28,8 460 19,5 21,7 24,5 27,3 30,2 480 20,4 22,7 25,6 28,6 31,6 500 21,6 23,9 27,0 30,2 33,3

Потерю тепла с уходящими газами выражают обычно в процен­тах от всего располагаемого тепла, т. е. от теплоты сгорания топ­лива. Например, если потеря тепла составляет 700 ккал/м3 при сжигании природного газа, то

— 700-100 ___ „ 24°/

8500 —/о-

Количество покидающих агрегат газов зависит от коэффици – ента избытка воздуха, с которым работает горелка, и присосов

Воздуха через неплотности в агрегате. Чем больше коэффициент избытка воздуха на выходе из горелки и присосы воздуха в агре­гат, тем выше потери тепла с уходящими газами. Из табл. 2 видно, что изменение общего коэффициента избытка воздуха в продуктах сгорания с аа= 1,2-5-1,6 увеличивает потерю тепла с уходящими га­зами с 10,5 до 13,2% (при неизменной температуре уходящих газов 240° С).

Таким образом, для снижения потерь тепла с уходящими га­зами необходимо вести процесс горения с наименьшим допусти­мым коэффициентом избытка воздуха, обеспечивать наибольшую плотность агрегата и добиваться снижения температуры уходящих газов.

Потери тепла от химической неполноты сгорания газа возни­кают при недостатке воздуха, плохом смешении в газовой горелке, при резком снижении температурного уровня в зоне горения. В ре­зультате горение газа протекает неполно и с продуктами сгорания уходят горючие компоненты (например, водород, окись углерода и др.). Это приводит к недоиспользованию химической энергии топлива и снижению экономичности работы агрегата. Даже не­большое содержание горючих компонентов в продуктах сгорания приводит к существенным потерям тепла от химической неполноты сгорания. Предположим, что в продуктах сгорания содержалось 0,7% водорода и 0,5% окиси углерода. В агрегате сжигался при­родный газ с коэффициентом избытка воздуха за установкой а» =

msd.com.ua

Условия воспламенения и горения газа

Условия воспламенения и горения газа
Горение газообразного топлива представляет собой сочетание следующих физических и химических процессов: смешение горючего газа с воздухом , подогрев смеси, термическое разложение горючих компонентов, воспламенение и химическое соединение горючих элементов с кислородом воздуха, сопровождаемое образованием факела (пламени) 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 самовоспламенения.
Воспламенение газовоздушной смеси может быть осуществлено:
нагревом всего объема газовоздушной смеси до температуры самовоспламенения. В этом случае газовоздушная смесь воспламеняется и горит без постороннего источника зажигания. Такой способ применяют в двигателях внутреннего сгорания, где газовоздушную смесь нагревают быстрым сжатием до определенного давления;
применением посторонних источников зажигания (высоконагретых тел, запальников и т.д.). В этом случае до температуры воспламенения нагревается не вся газовоздушная смесь, а часть ее. Данный способ применяется при сжигании газов в горелках газовых приборов.
Для начала реакции горения газообразного топлива следует затратить определенное количество энергии, необходимой для разрыва молекулярных связей и создания новых.
Молекулы газа и воздуха находится в постоянном хаотическом движении, сопровождающемся столкновениями. Кинетическая энергия молекул пропорциональна абсолютной температуре газов. Энергия столкновения возрастает с повышением абсолютной температуры.
При температуре воспламенения сила удара такой молекулы о встречную так велика, что связи между атомами не выдерживают и молекула распадается на атомы. При соединении горючих (углерод, водород) атомов с кислородом выделяется дополнительная энергия, температура молекул повышается и процесс горения приобретает цепной характер со все возрастающей скоростью до полного соединения кислорода с горючими компонентами газа.
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 в смеси недостаточно воздуха, то при воспламенении может сгореть ограниченное количество газа и выделяемой химической энергии 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, называется нижним пределом воспламеняемости. Максимальное содержание газа в газовоздушной смеси, выше которого смесь не воспламеняется без подвода дополнительной теплоты, называется 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 ее 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.
Значения пределов воспламеняемости зависят также от давления газовоздушной смеси. При повышении давления диапазон между нижним и верхним пределами воспламеняемости расширяется.
Большое влияние на величины пределов взрываемости оказывают инертные примеси в газах. Увеличение содержания в газе балласта (N2 и CO2) сужают пределы воспламеняемости, а при повышении содержания балласта выше определенных пределов газовоздушная смесь не воспламеняется при любых соотношениях газа и воздуха.

gazslujba.blogspot.com

Способ регулирования соотношения газ-воздух и горелка для его осуществления

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в газосжигающих установках. Данный способ регулирования соотношения газ – воздух и горелка для его осуществления могут быть использованы с целью повышения точности регулирования соотношения газ – воздух в горелке при одновременном повышении качества сжигания. Способ включает регулирование соотношения газ – воздух в горелке путем дозировки расхода воздуха и i г регулирования расхода газа в соответствии с расходом воздуха с получением газовоздушной смеси, при этом расход газа регулируют изменением давления в приосевой зоне горелки путем изменения интенсивности крутки и скорости потока газовоздушной смеси посредством изменения интенсивности крутки и скорости воздуха, поступающего в горелку . Горелка для осуществления указанного способа работает следующим образом. Заданный текущим значением теплопроизводительности горелки объем воздуха подается в воздухоподающий корпус 1 горелки, где взаимодействует с завихрителем 2, при этом в приосевой зоне горелки образуется область пониженного давления с обратными токами газовоздушной смеси При изменении расхода воздуха или интенсивности его крутки в завихрителе 2 изменяется и давление в зоне обратных токов. За счет этого изменения подпружиненная пластина 6 и жестко связанная с ней регулирующая втулка 5 смещаются , при этом степень совпадения отверстий 4 на газоподающей трубе 3 и отверстий на регулирующей втулке 5 определяет расход газа на смешение с воздушным потоком. 2 с. п. ф-лы, 1 ил. С/) с iQs Ю hO i-vl & i :

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

>s F 23 О 14/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

gr – -.

1,jt.,Ю

«Л (21) 4647181/06 (22) 03.02.89 (46) 23.01.91. Бюл. N. 3 (71) Среднеазиатский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института использования газа в народном хозяйстве и подземного хранения нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов. (72) А.Ю. Сакаев, В.Я. Ещенко, 3.С. Талибджанов, P.À. Рахматуллаев, Е.И. Кировский и

В.А. Гриценко (53) 662.951.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 675273, кл, F 23 D 14/02, 1979. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ COGTHOШЕНИЯ ГАЗ вЂ” ВОЗДУХ И ГОРЕЛКА ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в газосжигающих установках. Данный способ регулирования соотношения гаэ — воздух и горелка для его осуществления могут быть использованы с целью повышения точности регулирования соотношения газ — воздух в горелке при одновременном повышении качества сжигания. Способ включает регулирование соотношения газ — воздух в горелке путем дозировки расхода воздуха и

1 2.,… Ж„„1622718 А1 регулирования расхода газа в соответствии с расходом воздуха с получением газовоздушной смеси, при этом расход газа регулируют изменением давления в приосевой зоне горелки путем изменения интенсивности крутки и скорости потока газовоздушной смеси посредством изменения интенсивности крутки и скорости воздуха, поступающего в горелку. Горелка для осуществления указанного способа работает следующим образом. Заданный текущим значением теплопроизводительности горелки объем воздуха подается в воздухоподающий корпус 1 горелки. где взаимодействует с завихрителем 2, при этом в приосевой зоне горелки образуется область пониженного давления с обратными токами газовоздушной смеси. При изменении расхода воздуха или интенсивности его крутки в завихрителе 2 изменяется и давление в зоне обратных токов. За счет этого изменения подпружиненная пластина 6 и жестко связанная с ней регулирующая втулка 5 смещаются, при этом степень совпадения отверстий 4 на газоподающей трубе 3 и отверстий на регулирующей втулке 5 определяет расход газа на смешение с воздушным потоком, 2 с. и. ф-лы, 1 ил.

1622718

I

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в газосжигающих установках.

Целью изобретения является повышение точности регулирования соотношения гаэ — воздух при одновременном повышении качества сжигания.

На чертеже изображена горелка для осуществления способа.

Горелка содержит воздухоподающий корпус 1 с завихрителем 2 и газораздающий узел, выполненный в виде газоподающей трубы 3 с отверстиями 4 и регулирующей втулки 5 с отверстиями, установленной на газоподающей трубе 3 и жестко соединенной с подпружиненной пластиной б с возможностью осевого перемещения, при этом завихритель 2 жестко соединен с воэдухо одающим корпусом 1 и газоподающий трубой 3.

Пример 1. Сжигание топлива ведут в горелке с завихрителем воздушного потока, причем его конструкция позволяет изменять интенсивность крутки в значительных пределах. Раздачу газа в воздушный поток осуществляют через систему отверстий в газоподающей трубе. При увеличении интенсивности крутки с целью воздействия на параметры факела при постоянном давлении воздуха перед горелкой уменьшается расход воздуха пропорционально увеличению коэффициента гидравлического сопротивления завихрителя. Одновременно увеличивается интенсивность зоны обратных токов. В моуели горелки производительностью 120 м /ч по газу при увеличении эффективной крутки с 0,7 до 0,9 расход воздуха снижается с 1290 до 1130 м /ч. Скоростной напор в зоне обратных токов при этом увеличивается с 40 до 90 Па, За счет этого происходит перемещение подпружиненной пластины и жестко связанной с ней регулирующей втулки, которое приводит к с н и жени ю расхода газа от 118 до 109,5 м /ч.

Благодаря этому горелка остается в режиме оптимального избытка воздуха (а = 1,08) при отсутствии потерь с химической неполнотой сгорания.

Пример 2. При изменении расхода воздуха без изменения интенсивности крутки от 1290 до 1450 м /ч эа счет увеличения давления воздуха перед горелкой скоростной напор на подпружиненную пластину изменяется от 90 до 40 Па. За счет этого

55 увеличивается расход газа от 119 до 132 м /ч, При этом коэффициент избытка воздуха колеблется в пределах 1,07 — 1,08, а горелка обеспечивает сжигание газа без химического недожога

Горелка работает следующим образом.

Заданный текущим значением теплопроизводительности горелки объем воздуха подается в воздухоподающий корпус 1 горелки, где взаимодействует с завихрителем

2, при этом в приосевой зоне горелки образуется область пониженного давления с обратными токами гаэовоздушной смеси. За счет изменения давления в зоне обратных токов подпружиненная пластина 6 и жестко связанная с ней регулирующая втулка 5 смещаются в соответствии с этим изменением, при этом степень совпадения отверстий 4 на газоподающей трубе 3 и отверстий на регулирующей втулке 5 определяет расход газа на смешение с воздухом, поступающим в горелку.

Формула изобретения

1, Способ регулирования соотношения гаэ — воздух в горелке путем дозировки расхода воздуха и регулирования расхода газа в соответствии с расходом воздуха с получением газовоздушной смеси, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности регулирования при одновременном повышении качества сжигания, расход газа регулируют изменением давления в приосевой зоне горелки путем изменения интенсивности крутки и скорости потока гаэовоэдушной смеси посредством изменения интенсивности крутки и скорости воздуха, поступающего в горелку.

2. Горелка для регулирования соотношения гаэ — воздух, содержащая воздухоподающий корпус с завихрителем и газораздающий узел, выполненный в виде газоподающей трубы с отверстиями, и регулирующую втулку с отверстиями, установленную на газоподающей трубе, о т л и ч аю щ а я с я тем. что, с целью повышения точности регулирования при одновременном повышении качества сжигания, газораздающий узел дополнительно содержит подпружиненную пластину, жестко соединенную с регулирующей втулкой с возможностью осевого перемещения, при этом завихритель жестко соединен с воздухоподающим корпусом и газоподающей трубой.

  

findpatent.ru

Когда взрывается природный газ? | Законы и безопасность

Действительно, природный газ является дешевым и доступным топливом. Поднёс спичку и вот — тепловая и даже световая энергия. Ей достаточно легко управлять и пользоваться.
Но всё ли так надёжно и просто?

Природный газ добывают на газовых месторождениях, и он от места добычи по газопроводам поступает к нашим газовым плитам и отопительным аппаратам. Можно проще — к плитам и котлам. Как хорошо. Бери и пользуйся!

Так мы берём и пользуемся. Свои действия довели до автоматизма: зажигаем спичку, подносим ее к газовой горелке, открываем кран… Правильно, так и надо. Нельзя давать выходить газу без горения, иначе…

Основным горючим компонентом природного газа является метан. Это один из углеводородов, из-за которых так много шума — политического, экономического… Содержание его в природном газе может быть до 98%. Кроме метана в состав природного газа входят этан, пропан, бутан. К негорючим компонентам относятся: азот, углекислый газ, кислород, пары воды. Кстати, интересно знать, что горючими элементами таблицы Менделеева в нашей природе являются только углерод, водород и частично сера. Больше ничего не горит.

Метан в смеси с воздухом в 5−15% случаев взрывоопасен, т. е. при внесении огня смесь мгновенно воспламеняется и выделяет большое количество тепла. Давление при этом увеличивается в 10 раз! Что это такое и как это выглядит, пояснять не буду, поверьте автору — страшно!

Представим себе (пусть это будет страшный сон), что в помещении, у которого внутренний объём 100 м.куб. оказалось от 5 до 15 м.куб. природного газа (замечу сразу, что специфический запах при этом будет невыносимым). И вот туда направляется кто-то в ночной рубахе, колпаке и со свечкой в руках. Ему так хочется узнать — что так противно воняет… Не узнает! Не успеет…

Сам природный газ не имеет цвета, вкуса и запаха. Его одорируют! Вот именно, придают всем известный «аромат», а интенсивность запаха делают такой, чтобы человеческий нос ощутил газ, когда его объем уже составляет 1%. Это значит, что еще 4% и страшный сон с кем-то в ночной рубахе, колпаке и свечкой в руках станет реальностью…

…Погасите хотя бы свечку. И не пользуйтесь никакими электрическими приборами. Температура воспламенения природного газа находится в пределах 750 градусов С, а это температура любой электрической искры или даже кончика сигареты во время затяжки.

Быстрее открывайте окна и двери — делайте сквозняк, такой, чтобы колпак сорвало, и чёрт с ним, с этим теплом. Природный газ примерно в два раза легче воздуха и он быстро будет улетать в атмосферу.
Звоните в газовую службу, МЧС, милицию, куда угодно, не обидятся. Сообщите им о обнаружении запаха газа. Адрес не забудьте сказать. Обязательно пообщайтесь с соседями. Ну и что, что Вы остались в одной ночной рубахе, им, может быть, будет и приятно…

Удачи Вам, тепла и спокойствия!

shkolazhizni.ru

Выбор параметров газа и воздуха для горелок

Выбор параметров газа и воздуха для горелок

В случае использования готовой горелки или выполнения ее по разработанным чертежам, очевидно, что выбор параметров газа и воздуха должны соответствовать расчетным, приводимым в характеристике горелки.

Решать вопрос о давлении и температуре газа приходится только при проектировании горелки.

Подавляющее большинство промышленных потребителей присоединяется к сетям среднего давления. В этом случае выбор параметров газа и воздуха для горелок любого типа, работающих без подогрева воздуха, давление 2000-3000 мм вод. ст. (0,2-0,3 бар) оказывается достаточным, хотя нормальным для инжекционных горелок следует считать давление до 0,8-0,9 бар.

Выбор параметров газа и воздуха для горелок на подогретом воздухе минимальное давление газа, как было указано, значительно повышается, а поэтому к ним следует подводить газ высокого давления, что обычно невозможно. Кроме того, надо иметь в виду, что необходимое минимальное давление газа растет с увеличением его теплоты сгорания.

Выбор параметров газа и воздуха для горелок с дутьем или диффузионных бездутьевых давление газа не имеет большого значения. Но и для них в отдельных случаях следует применять среднее давление в целях сокращения диаметров газовых коммуникаций и увеличения устойчивости работы при неизбежных колебаниях давления.

Для горелок малой производительности коммунально-бытового назначения, в том числе атмосферных, может быть достаточным низкое давление газа.

Следует иметь в виду, что инжекционные горелки среднего и тем более высокого давления, особенно при максимальных нагрузках, создают сильный шум, а по существующим строительным нормам и правилам уровень шума не должен превышать 85дб.

В случае сжигания доменного, а в ряде случаев коксового газа (для высокотемпературных печей) выгоден и применяется подогрев газа в рекуператорах или регенераторах. Например, при отоплении мартеновских печей, работающих на смеси коксового и доменного газов, осуществляют подогрев этой смеси до 900-1100°С и выше.

Подогрев природных газов перед их сжиганием не применяется из-за малой его эффективности, а также из-за опасности сажеобразования в рекуператорах при термическом разложении углеводородов.

Способ подачи воздуха и его температура в горелке. Способ подачи и температура воздуха в значительной степени определяют конструкцию горелки.

Поступление необходимого для сгорания воздуха в горелку или топку может осуществляться:

1. вентиляторами;
2. инжекционным смесителем;
3. за счет разрежения в топке.

Изредка применяется подача всего или части воздуха от компрессоров под давлением в 2-5 бар. Последнее нельзя признать оправданным и допустимо только для небольших горелок (стеклодувных, закалочных) при необходимости получить очень жесткий сосредоточенный факел.

Большинство промышленных печей, кроме высокотемпературных, а также котельные установки не требуют обязательного подогрева воздуха, однако как печи, так и котлы часто снабжаются воздухоподогревателями в целях улучшения использования топлива. С другой стороны, высокотемпературные печи могут работать только при обязательном подогреве воздуха до 600-800° С и выше и снабжаются рекуператорами или регенераторами.

Таким образом, при сжигании природных газов могут иметь место следующие случаи:

1. работа горелок на неподогретом воздухе;
2. работа с подогревом воздуха ниже температуры самовоспламенения смеси;
3. работа с подогревом воздуха выше температуры самовоспламенения смеси.

Eсли температура подогрева воздуха близка к температуре самовоспламенения или превышает ее, то единственно приемлемыми являются диффузионные горелки.

При подогреве воздуха в рекуператоре до температуры 200-500°С допускается применение как дутьевых, так и инжекционных горелок, но последние требуют повышенного давления газа. Даже при величине этого дополнительного сопротивления 20-30 мм вод. ст. для нормальной работы инжекционной горелки обычно требуется давление газа выше 3,0-4,0 бар, т. е. выходящее за пределы среднего. Только применение рекуператоров с очень малым сопротивлением обеспечивает работу инжекционных горелок при среднем давлении газа. Поэтому работа на подогретом воздухе чаще всего требует его принудительной подачи.

С точки зрения простоты и экономичности установки, а также возможности осуществления автоматического пропорционирования газа и воздуха наиболее желательно применение и выбор параметров газа и воздуха для горелок с учетом их специфических особенностей и недостатков.

Применение внутренних диффузионных и некоторых типов фронтальных горелок при сжигании газа под котлами с устойчивым разрежением в топке позволяет успешно работать без дутья. Особенно следует рекомендовать отказ от вентиляторов для небольших котлов.

gas-boiler.su