Классификация горелок. Пересчет горелок
В зависимости от способа образования газовоздушной смеси методы сжигания газа (рис.1.) можно разделить на диффузионный, смешанный и кинетический.
При диффузионном методе сжигания к фронту горения газ поступает под давлением, а необходимый для горения воздух – из окружающего пространства за счет молекулярной или турбулентной диффузии. Смесеобразование здесь протекает одновременно с процессом горения, поэтому скорость процесса горения в основном определяется скоростью смесеобразования.
Процесс горения начинается после образования контакта между газом и воздухом и образованием газовоздушной смеси необходимого состава. К струе газа диффундирует воздух, а из струи газа в воздух – газ. Таким образом, вблизи струи газа создается газовоздушная смесь, в результате горения которой образуется зона первичного горения газа 2. Горение основной части газа происходит в зоне 3, а в зоне 4 движутся продукты сгорания.
Выделяемые продукты сгорания осложняют взаимную диффузию газа и воздуха, в результате чего горение протекает медленно с образованием частиц сажи. Этим и объясняется, что диффузионное горение характеризуется значительной длиной и светимостью пламени.
Одно из достоинств диффузионного метода сжигания газа – возможность регулирования процесса горения в широком диапазоне. Процесс смесеобразования легко управляем при применении различных регулировочных элементов. Площадь и длину факела можно регулировать дроблением струи газа на отдельные факелы, изменением диаметра сопла горелки, регулированием давления газа и т.д.
Преимущества диффузионного метода сжигания: высокая устойчивость пламени при изменении тепловых нагрузок, отсутствие проскока пламени, равномерность температуры по длине пламени. Недостатки этого метода – вероятность термического распада углеводородов, потребность в больших топочных объемах, низкая интенсивность горения, вероятность неполного сгорания газа.
При смешанном методе сжигания горелка обеспечивает предварительное смешение газа только с частью воздуха, необходимого для полного сгорания газа, остальной воздух поступает из окружающей среды непосредственно к факелу. В этом случае сначала выгорает лишь часть газа, смешанная с первичным воздухом, а оставшаяся часть газа, разбавленная продуктами сгорания, выгорает после присоединения кислорода вторичного воздуха. В результате факел получается более коротким и менее светящимся, чем при диффузионном горении.
При кинетическом методе сжигания к месту горения подается газовоздушная смесь. Полностью подготовленная внутри горелки. Газовоздушная смесь сгорает в коротком факеле. Достоинство этого метода сжигания - малая вероятность химического недожога, небольшая длина пламени, высокая теплопроизводительность горелки. Недостаток – необходимость стабилизации газового пламени.
| |||
| |||
|
| |
| |
|
| |
а - диффузионный, б- смешанный, в – кинетический
1 – внутренний конус, 2 – зона первичного горения, 3 – зона основного горения,
4 – продукты сгорания, 5 – первичный воздух, 6 – вторичный воздух.
Существенным фактором, определяющим надежность работы газовых горелок, является устойчивость горения при изменении расходов газа и воздуха. В практике сжигания газа приходится сталкиваться с нарушением устойчивой работы горелок, вызываемым либо отрывом пламени от насадка горелки, либо проскоком пламени в ее смесительную часть.
Когда скорость распространения пламени в какой-либо точке фронта горения превысит скорость истечения газовоздушной смеси, то фронт горения, перемещаясь навстречу движению смеси, может проникнуть в огневое отверстие, а затем в смеситель горелки и возникает проскок пламени. А в тех случаях, когда скорость газовоздушной смеси во всех точках фронта горения превышает скорость распространения пламени, то фронт горения отрывается от огневого отверстия и пламя гаснет, происходит отрыв пламени.
Из факторов, влияющих на отрыв и проскок пламени, необходимо выделить: состав газа и газовоздушной смеси, диаметр выходного отверстия насадка, режим истечения смеси и конструктивные особенности горелок. Так, например, чем больше скорость распространения пламени, зависящая от состава газа, тем больше скорость выхода газовоздушной смеси, при которой наступает отрыв пламени. В частности, природный газ, содержащий более 90% метана и имеющий сравнительно низкую скорость распространения пламени, имеет и низкие пределы отрыва пламени. Наоборот, сланцевый и коксовый газы, содержащие компоненты с высокими скоростями распространения пламени (водород), имеют более высокие скорости отрыва.
С увеличением диаметра выходного сечения горелки возрастает скорость истечения газовоздушной смеси, при которой наступает отрыв пламени.
Установлено, что, чем больше калибр горелки, тем при большей скорости истечения газовоздушной смеси наступает проскок пламени.
Обычно отрыв пламени происходит при розжиге или выключении горелок, а во время работы – из-за быстрого изменения нагрузки или коэффициента избытка воздуха. Отрыв пламени приводит к загазовыванию топки и газоходов, что может повлечь за собой взрыв газовоздушной смеси с последующими серьезными разрушениями. Проскок пламени чаще всего происходит при неправильном зажигании и выключении горелки, а также при быстром снижении ее производительности. В результате проскока может произойти перегрев горелки или хлопок внутри нее, а также прекращение горения и загазовывание помещения.
Устойчивость пламени в большинстве промышленных горелок достигается применением специальных стабилизаторов, которые имеют различное конструктивное исполнение. Наибольшее распространение в качестве стабилизаторов получили керамические туннели, зажигательные пояса, тела плохо обтекаемой формы. Проскок пламени можно предотвратить, увеличив скорость выхода газовоздушной смеси из насадка горелки и отводом от него тепла. Конструктивно это достигается сужением насадка на выходе и установкой теплоотводящих ребер, пластин, решеток с большим числом мелких отверстий, воздушным и водяным охлаждением насадка.
При охлаждении насадка горелки водой, воздухом или газом уменьшается скорость распространения пламени в газовоздушной смеси и тем самым уменьшается вероятность проскока пламени в смесительную часть горелки.