Рис. 1. Схема установки диффузионной горелки в топливнике печи
Созданные для отопительных печей горелки беспламенного типа имели существенные недостатки и оказались непригодными для нормальной эксплуатации. Поэтому в настоящее время рекомендовать беспламенные горелки для использования в бытовых отопительных печах преждевременно.
При низком давлении газа перед соплом горелки скорость выхода газовоздушной смеси перед попаданием ее в зону горения оказывается во всех случаях меньше скорости распространения пламени. Это обстоятельство вызвано тем, что основная часть энергии движущегося газа затрачивается на процесс эжекции воздуха. Расчеты показывают, что при сжигании природного газа потеря энергии струи на эжекцию воздуха составляет около 90% располагаемого напора. В результате превышения скорости распространения пламени над скоростью выхода газовоздушной смеси из смесительной части горелки беспламенный процесс сжигания газа в отопительных печах имеет неустойчивый характер и часто сопровождается проскоками пламени из зоны горения к соплу горелки. В горелках промышленного типа превышение скорости движения газовоздушной смеси над скоростью воспламенения достигается легко либо за счет высокого давления эжектирующего газа, либо за счет принудительной подачи воздуха. В отопительных печах такой способ повышения устойчивости беспламенного горения нельзя признать целесообразным из-за ряда технических и экономических причин. Трудность осуществления беспламенного процесса сжигания газа в бытовых печах обусловливается еще и тем, что разрежение в топливнике не остается на одном уровне, а меняется в зависимости от высоты дымовой трубы, температуры наружного воздуха, силы ветра.
Например, при сжигании 1 м3 природного газа и интенсивном охлаждении продуктов сгорания в дымовой трубе может выделяться до 1 л воды, а за топку при общей подаче 5 м3 газа 5 л воды.
Однако, несмотря на очевидное преимущество этого метода, он пока еще не нашел применения при переводе отопительных печей на газовое топливо и находится в стадии экспериментирования по трем основным причинам: из-за низкого давления газа в городских распределительных сетях и у потребителя (750 1500 Па); трудности создания в течение всего процесса топки печи горючей смеси постоянного стехиометрического состава, а также вследствие того, что при беспламенном горении объем дымовых газов ввиду малых избытков воздуха существенно снижен и в существующих многооборотных печах газы чрезмерно охлаждаются, что приводит к ухудшению тяги трубы и часто приводит к конденсации водяных паров, что уменьшает срок службы труб, а в морозные дни может вызвать обмерзание трубы изнутри и ее закупорку.
Установлено, что для образования N0X необходимо, чтобы в топке создавались максимально возможные температуры; сам процесс оксидирования азота требует определенного времени для развития и завершения. В диффузионных горелках зона горения с высоко- температурой растянута и создаются возможности для образования N0*. В инжекционных горелках зона горения заметно короче; однако протяженность зоны высоких температур достаточно велика, так как пламя инжекци-онной горелки имеет низкую излучательную способность и поэтому охлаждается сравнительно медленно, вследствие чего в них также может образовываться N0*. В беспламенных горелках процесс горения имеет специфический характер: продукты сгорания уже в зоне горения передают значительное количество теплоты излучающей панели и благодаря этому сразу заметно охлаждаются. При сниженных температурах газа реакции оксидирования азота прекращаются. Исследования состава продуктов сгорания, отобранных из топок, оборудованных газовыми горелками инжекционного и беспламенного типов, показали, что содержание СО и NOx при использовании беспламенных горелок значительно ниже.
При использовании беспламенных горелок имеется возможность обеспечить усиленный прогрев нижней зоны печи за счет мощнвго направленного излучения горелки на стены. Другим положительным свойством беспламенных горелок является то, что продукты сгорания после них содержат существенно меньше наиболее вредных продуктов недожога оксидов углерода СО и азота N0. Исследованиями специалистов-теплотехников в последние десятилетия было доказано, что при сжигании топлива в большинстве промышленных топочных устройств наблюдается оксидирование кислородом воздуха некоторого количества азота с образованием оксидов азота N0*. По степени вредности N0X на порядок превосходят СО, ранее считавшийся наиболее вредным компонентом.
Беспламенное сжигание непрогретых стехиометрических смесей осуществлено в керамических блоках, туннелях. Рядом экспериментальных исследований и эксплуатационных наблюдений доказано, что перевод котлов и печей на беспламенное сжигание газа повышает их КПД на 15 20%. При этом полностью устраняются потери теплоты от химического недожога, увеличивается лучистый теплообмен в топочном пространстве и резко сокращаются потери теплоты с уходящими газами.
Сжигание предварительно подогретой до температуры воспламенения и раздробленной газовоздушной смеси стехиометрического состава было осуществлено в беспламенных горелках, предназначенных для бытовых газовых плит.
В этом случае нет затрат времени на смешение потоков газа и воздуха в зоне горения, что приводит к резкому увеличению скорости горения и, как следствие, к резкому возрастанию температуры в этой зоне. Последнее обстоятельство, способствуя еще большей активизации процесса горения газа, позволяет получить при коэффициентах избытка воздуха, практически равных, наиболее совершенное сжигание газа при полном отсутствии потерь теплоты от химического недожога. Так как при этом размеры видимого факела сокращаются почти до нуля, процесс сжигания газа и получил название беспламенного.
Горелки беспламенного типа (полного предварительного смешения газа с воздухом). В горелках такого рода может производиться сжигание только заранее подготовленных газовоздушных смесей стехиометрического состава. Стехиометрической называется такая смесь, в которой на 1 м3 горючего газа приходится теоретически необходимое для горения количество воздуха и, кроме того, газ и воздух полностью перемешаны между собой.
Рассмотрим, какой тип горелок наиболее приемлем для перевода на газ существующих отопительных печей.
Если наибольшее значение в суммарном времени, необходимом для завершения процесса горения, имеют первая и вторая составляющие, то реакция горения протекает в так называемой кинетической области. Горелки, осуществляющие сжигание газа в этой области, называются беспламенными. В случае преобладания в общем значении времени реакции третьей составляющей горение развивается в диффузионной области. Такой процесс горения происходит, как правило, в горелках диффузионного типа. И, наконец, когда процесс горения зависит от трех слагаемых, сжигание горючих компонентов газообразного топлива происходит в смешанной области. В этом случае процесс горения осуществляется горелками инжекционного типа.
Величины первого и второго слагаемых в основном определяются температурным режимом в зоне горения, зависящим главным образом от теплового напряжения топочного пространства. Третье слагаемое целиком определяется условиями движения потоков газа и воздуха в топочном пространстве.
Полное сжигание газа важно не только для. достижения высокого КПД печи, но и для получения безвредной смеси отходящих газов, не влияющей на здоровье людей.
Устойчивое сжигание газа является одним из основных условий, которое необходимо выполнять при проектировании любой газовой горелки, так как горелка, не обеспечивающая устойчивого процесса горения в заданных границах колебания тепловой нагрузки или калорийности газа, не может быть допущена к эксплуатации из-за опасности появления взрывчатой газовоздушной смеси в печи.
Оптимальное газогорелочное устройство отопительных печей Должно обеспечивать устойчивый процесс горения при колебаниях давления газа в сети и полное сгорание топлива без химического недожога при наличии малых избытков воздуха в топочном пространстве, а также создавать такой очаг горения, который обеспечивал бы интенсивный, но в то же время равномерный нагрев стенок топливника по его периметру.
Выбор типа газовой горелки
Категория: Отопительные системы
Выбор типа газовой горелки
Комментариев нет:
Отправить комментарий