Смешанное диффузионно – кинетическое сжигание газа

осуществляется при неполном предварительном смешивании газа и воздуха. В горелку подается только часть воздуха (30 – 70%), необходимого для полного сжигания газа, – первичный воздух. Остальная часть (70 – 30%) воздуха, называемого вторичным, подается в топку или берется из окружающей атмосферы.Ввиду хорошего перемешивания газа с первичным воздухом, в топку подается подготовленная газовоздушная смесь, что уменьшает полное время горения и продолжительность физической стадии. Благодаря этому требуется сравнительно небольшой избыток воздуха ( =1,1 – 1,2), уменьшаются размеры факела, увеличивается его температура (t = 1600 – 1800^оС). Зона неполного горения внутри факела имеет малые размеры и в ней не образуются частицы сажи. По этой причине образуется несветящийся факел. Факел обладает достаточно высокой устойчивостью в широком диапазоне нагрузок и не стремится к отрыву, благодаря малой скорости выхода смеси из горелки (в горелку поступает только часть воздуха). Устойчивость факела обеспечивается даже при отсутствии специальных стабилизаторов.Таким образом, смешанный метод сжигания обладает достоинствами диффузионного и кинетического методов горения и не имеет их недостатков. Благодаря этим достоинствам, смешанное горение широко применяется в бытовых газовых горелках. Оно является основным методом в бытовых приборах. Кроме этого смешанное горение применяется в промышленных установках малой и средней мощности. Обычно смешанное горение осуществляется при низком давлении газа без вентиляторного дутья, при котором воздух берется из окружающей атмосферы (вторичный), по этой причине горелки иногда называют атмосферными.

Билет № 18

Основы теории сжигания горючих газов

Сжигание топлива представляет собой термохимический процесс окисления горючих элементов топлива кислородом воздуха. Этот процесс протекает с большим выделением теплоты, количество которой зависит от химического состава топлива, качества перемешивания воздуха и топлива. Чем больше воздуха и лучше качество его перемешивания с топливом, тем выше температура горения, короче факел, меньше его светимость и меньше потери теплоты. Горючие газы лучше других топлив перемешиваются с воздухом и поэтому можно обеспечить полное сжигание газа с минимальными избытками воздуха. При недостатке воздуха или при его плохом перемешивании с топливом увеличиваются тепловые потери, уменьшается температура факела, увеличиваются его размеры, увеличивается светимость факела за счет появления сажи, что указывает на неполноту горения топлива. Реакция полного и неполного горения горючих газовГорючими элементами газов могут являться: водород Н₂, окись углерода СО, сероводород Н₂S, однако, основную часть природных газов составляют углеводородыПри неполном горении Н₂ и СО, часть их не сгоревшими уходит в дымовую трубу При неполном горении С_mH_n факел становится соломенно - красным с темными пятнами копоти. Это говорит о выделении сажи, частицы которой начинают светиться, придавая факелу указанный вид. При неполном горении выделяется намного меньше теплоты, чем приполном вследствие потерь теплоты от химического

недожога. Состав продуктов горенияПри полном сгорании газов продукты сгорания, т.е. дымовые газы состоят из углекислого газа СО₂, водяных паров Н₂О, азота воздуха N₂, избыточного кислорода. При наличии в газе сероводорода H₂S в дымовых газах присутствует сернистый газ SO₂.При неполном горении газов в продуктах сгорания дополнительно будут присутствовать несгоревшие H₂, СО, CH₄, а также углерод в виде сажи.Расход воздуха на горениеЗная химический состав газа, реакции полного горения и атомные массы горючих газов можно определить количество кислорода О₂ для полного сгорания газа.

Например, для полного сгорания 1 кг водорода Н₂ требуется 8 кг кислорода О₂, при этом образуется 9 кг водяных паров H₂O. Зная содержание в воздухе кислорода (21% по объему), можно определить теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 м³ газа. На практике теоретический объем воздуха определяется по упрощенным формулам. Считают, что для полного сгорания 1 м³ газа на каждую 1000 Ккал его низшей

теплоты сгорания Q требуется 1,1 м³ воздуха:

В действительности для полного сгорания топлива требуется несколько больше воздуха, чем теоретически необходимо. Это объясняется несовершенством перемешивания топлива с воздухом.Отношение действительного объема воздуха к теоретически необходимому для полного сжигания топлива называется коэффициентом избытка воздуха Газ и воздух достаточно хорошо перемешиваются, поэтому при сжигании горючих газов коэффициент избытка воздуха сравнительно мал Продолжительность горения горючих газовПроцесс горения горючих газов состоит из 2х стадий: физической и химической. Следовательно, продолжительность процесса горения складывается из времени, затраченного на физическую и химическую стадии. Полное время горения:  = _физ + _хим

Физическая стадия включает в себя процесс подготовки смеси к горению, т.е. перемешивание газа с воздухом и подогрев смеси до температуры воспламенения.Химическая стадия включает в себя время протекания химической реакции окисления горючих элементов.Полное время горения зависит от способа перемешивания газа и воздуха. При хорошем предварительном перемешивании газа и воздуха время на подготовку очень мало и продолжительность физической стадии близка к нулю, а сам процесс горения протекает очень быстро: τ≈τ_хим

Это время составляет 0,003 – 0,007 секунды.При отсутствии предварительного перемешивания газа и воздуха значительно возрастает продолжительность физической стадии и по сравнению с ней химическая стадия очень мала по времени:

 _физВ зависимости от влияния температуры на процесс горения различают 2 вида горючих газов:1. Теплоустойчивые, которые при высоких температурах без доступа кислорода не разлагаются на составные части. К ним относятся искусственные газы, состоящие из водорода и окиси углерода. В присутствии кислорода они очень быстро сгорают и поэтому называются быстрогорящими газами.2. Теплонеустойчивые, которые при высоких температурах (выше 1000^оС) без доступа кислорода разлагаются на составные части. К ним относятся все природные и искусственные газы, состоящие из углеводородов. При нагревании они сначала разлагаются на углерод и водород, а потом сгорают, на это затрачивается большое количество времени, требуется большой объем воздуха, поэтому они называются медленногорящими газами.

Плита представляет собой тумбу без ножек ,на лицевой стороне плиты размешён распределительный щиток с 5 ручками газовых кранов и указателями, к какой горелке относиться данный кран.Все краны снабжены устройствами ,исключаюшими случайный поворот из положения (закрыто)Поворот ручки крана возможен лишь после нажатия а неё.Стол плиты закрытый и одновременно служит поддоном длясбора пролитой пищи . На задней кромке стола укрепляеться откидная крышка или шиток. Конфорочные решётки протковые эмулированные или оксидированные ,под ними расположены выходные детали 4 горелок.Все горелкина столе имеют одинаковую мощность 1,9кВт.Под распределительным щитком располагаеться откидная дверца духового шкафа.Духовой шкаф- цельносварной, снабжён съёмным дном и подвесками для 3 полокна которых устанавливается противень , жаровня и решётка. Объём духового шкафа 52 дм³ .Дверца духового шкафа имеет смотровое стекло ,за коротымразмешёл биметалический термоуказатель. Мощность горелки духового шкафа 3,5 кВт. Она имеет дисковую конструкцию, или кольцевую . Горелка не имеет запальника и зажигаеться через откидной лючок ,в дне духового шкафа .Ниже духового шкафа размешается сушильный шкаф ,представляюший собой яшик с откидной дверцей.Ручки духового и сушильного шкафаплоские.габаритные размер плиты :850-450-5-мм.Выпускались плиты ПГ-4 встраиваемые в мебель с размерами 850-600-600.

Билет № 19

Инжекционные горелки

Это горелки, в которых воздух подается за счет энергии газовой струи, выходящей из сопла с большой скоростью. Они состоят из инжектора, в котором образуется газовоздушная смесь, и горелки, на выходе из которой смесь сгорает. В зависимости от давления газа эти горелки делятся на 2 вида: Низкого давления – с неполным предварительным смешиванием газа и воздуха.

Среднего давления – с полным предварительным смешиванием газа и воздуха.Многофакельная инжекционная горелка низкого давленияМногофакельная инжекционная горелка низкого давления является горелкой с неполным предварительным смешиванием газа и воздуха, т.е. является атмосферной горелкой. Газ подается в сопло инжектора, где его потенциальная энергия преобразуется в кинетическую, т.к. скорость газа увеличивается, а его давление падает и становится меньше атмосферного. За счет разряжения, создаваемого струей газа, в камеру смешения подсасывается первичный воздух (30 -70%). Газ смешивается с воздухом и эта смесь с большой скоростью поступает в диффузор, где кинетическая энергия преобразуется в потенциальную, т.е. скорость смеси падает за счет увеличения поперечного сечения, а давление смеси возрастает и становится выше атмосферного. С этим давлением смесь поступает в распределительный коллектор, размещенный внутри топки. Его длина равна глубине топки. Коллектор изготавливается из труб круглого или прямоугольного сечения.

Сопло.Камера смешения.Диффузор.Воздушная регулировочная шайба.Накидная гайка Газовый кран.Распределительный коллектор.Стенка топки.Уплотнение отверстия в стене топки асбесто-глиняным раствором.На боковой поверхности этих труб имеется 1 или 2 ряда отверстий малого диаметра для выпуска газовоздушной смеси. На выходе из отверстий к смеси добавляется вторичный воздух (70 -30%) и она сгорает в коротком несветящемся пламени. Трубы распределительных коллекторов могут быть прямыми, в виде колец, колец с перемычками или могут иметь другую форму, которая зависит от конфигурации топки и конструкции горелки. Горелка может работать только на газе низкого давления, по этой причине в смеситель горелки подсасывается только часть воздуха для полного сгорания газа. Вторичный воздух подается в топку или берется из окружающей факелы атмосферы. Благодаря малой скорости выхода смеси из отверстий, образующийся факел достаточно устойчив и не стремится к отрыву даже при отсутствии специальных стабилизаторов. Подача вторичного воздуха увеличивает устойчивость факела. Горелки низкого давления нашли широкое применение в бытовых газовых приборах, а также в промышленных установках малой мощности. Промышленные горелки выпускаются с расходом газа 15 – 50 м³/ч, имеют = 1,1 – 1,2, они бесшумны в работе, устойчивы при любых нагрузках, но имеют большие размеры.Все инжекционные горелки обладают способностью автоматического саморегулирования, т.е. изменение мощности горелки осуществляется только путем изменения подачи газа краном на газопроводе, при этом изменяются давление газа перед соплом, скорость истечения газа из сопла, разрежение в камере смешения и количество подсасываемого воздуха. При изменении нагрузки на горелку не требуется изменять положение воздушной регулировочной шайбы, она на всех режимах должна оставаться в неизменном положении. Положение шайбы может изменяться при настройке горелки, а также при смене вида газа.Настройка инжекционных горелок по цвету пламениНастройка осуществляется при включении горелки в работу. Если горелка хорошо отрегулирована, то факел имеет несветящийся вид и совершенно прозрачен. Пламя имеет голубовато-фиолетовый цвет с внутренним зелено-голубым конусом. Факел устойчив и не стремится к отрыву или проскоку. При уменьшении подачи первичного воздуха (вращением шайба приближается к корпусу) размеры факела увеличиваются, изменяется его цвет на соломенно-желтый. При дальнейшем уменьшении подачи первичного воздуха пламя становится желтым с красными и темными пятнами, что указывает на неполноту горения. Для полного сгорания газа в этом случае необходимо значительно увеличить подачу вторичного воздуха, при этом увеличивается .При увеличении подачи первичного воздуха выше расчетного (шайба удаляется от корпуса горелки) размеры факела уменьшаются, он становится абсолютно прозрачным, затем появляется шум, указывающий на начало отрыва пламени, однако полного отрыва в горелках низкого давления не происходит, т.к. количество первичного воздуха обычно не превышает 70% Инжекционные горелки среднего давления

Инжекционные горелки среднего давления работают с полным предварительным смешиванием газа и воздуха и кинетическим методом сжигания газа. Благодаря среднему давлению газа скорость выхода газа из сопла может достичь 200 м/с, при этом в камере смешения создается глубокое разрежение и происходит подсос всего объема воздуха, необходимого для полного сгорания газа. На выходе из диффузора смесь имеет очень высокую скорость до 20 м/с, что значительно превышает скорость распространения пламени. Для предотвращения отрыва пламени горелки среднего давления должны обязательно снабжаться стабилизаторами против отрыва пламени. Наиболее часто употребляется туннельный и пластинчатый стабилизаторы. Ими оборудуются горелки типа ИГК (инжекционные горелки Казанцева). В туннельных горелках для устойчивой работы требуется определенная длина туннеля, которая зависит от вида

газа и диаметра устья d. Для природных газов L_m 12d,

для искусственных газов L_m 6d. При меньшей длине туннеля сжигание газа завершается в топке и при большой нагрузке возможен химический недожог и отрыв пламени от горелки.

Пуск и останов туннельной горелки осуществляется при закрытой воздушной шайбе. При пуске немного открывается газовый кран, газ воспламеняется и в течение определенного времени постепенно разогревается туннель. По мере разогрева туннеля также постепенно открывается воздушная шайба.

Быстрый разогрев туннеля не желателен, т.к. огнеупоры при этом растрескиваются и выходят из строя. После разогрева туннеля производится настройка горелки по цвету пламени. Факел должен быть прозрачным на фоне раскаленных огнеупоров. После настройки положение воздушной шайбы не изменяется. При останове горелки прекращается подача газа и закрывается воздушная шайба, что обеспечивает медленное остывание туннеля. Если шайба будет открыта, то холодный воздух, проходящий через туннель, за счет разряжения в топке, быстро охлаждает туннель, что приводит к растрескиванию туннеля и выходу его из строя. В горелках с пластинчатым стабилизатором достигается устойчивая работа без отрыва и проскока пламени. Стабилизатор устанавливается в выходном сечении диффузора.Он выполняется из листовой стали. Небольшой шаг пластин предотвращает проскок пламени внутрь горелки. Стальные пластины скрепляются стержнями, диаметр которых превышает размеры, необходимые для скрепления пластин; стержни увеличенного диаметра можно рассматривать, как тела плохо обтекаемой формы. За стержнями создаются зоны разрежения, куда возвращаются продукты сгорания, которые нагревают и поджигают смесь. При эксплуатации этих горелок необходимо следить за чистотой стабилизатора. Если зазоры между пластинами будут забиты грязью, пылью, то пластины не будут охлаждаться проходящей через них смесью и быстро сгорят под действием высокой температуры в топке.Пуск и останов горелки осуществляется при открытой воздушной шайбе. При пуске можно сразу достаточно быстро увеличивать мощность горелки, т.к. стержни, скрепляющие пластины, предотвращают отрыв пламени. При выключении горелки шайба должна быть открыта и охлаждаться воздухом, проходящим в топку. Если шайба будет закрыта, то стабилизатор сгорит под действием излучения раскаленных стен топки.Инжекционные горелки среднего давления применяются в котлах небольшой мощности, а также в промышленных печах, где требуется высокая температура (кузнечные, плавильные и др. печи). ИГК выпускаются серийно и имеют несколько типоразмеров. Они работают на газе с давлением в пределах Р = 500 – 10000 мм вод.ст., имеют коэффициент избытка воздуха  =1,02 – 1,1 , расход газа В =100-500 м³/ч(при Q_ном). Горелки среднего давления имеют высокий уровень шума. Достоинством всех инжекционных горелок является способность их саморегулирования, они не требуют вентиляторного дутья. В тоже время они обладают малой мощностью и большими линейными размерами. Хорошее перемешивание газа и воздуха достигается за счет большой длины инжектора. Для уменьшения места, занимаемого инжектором, часто он изготавливается изогнутым на угол 90^о. В этом случае инжектор устанавливается вдоль фронта топки и не занимает много места.Для увеличения мощности инжекционных горелок они изготавливаются многосопловыми, т.е. несколько горелок объединяются в 1 общий блок.Аппараты водонагревательные проточные бытовые газовые

Эти водонагревательные аппараты (ГОСТ 19910—74) устанавливают в основном в газифицированных жилых домах, оборудованных водопроводом, но не имеющих централизованного горячего водоснабжения. Они обеспечивают быстрый (в течение 2 мип) нагрев воды (до температуры 45° С), непрерывно поступающей из водопровода.По оснащенности автоматическими и регулирующими устройствами аппараты подразделяются на два класса. Аппараты высшего класса (В) имеют автоматические устройства безопасности и регулирования, обеспечивающие:а) доступ газа к основной горелке только при наличии запального пламени и протока воды;б) отключение основной горелки при отсутствии разрежения в дымоходе (аппарат типа 1);в) регулирование расхода воды;г) регулирование расхода или давления газа (только природного).Все аппараты снабжают устройством для зажигания, управляемым снаружи, а аппараты типа 2 — дополнительно селектором температуры.

Аппараты первого класса (П) снабжены автоматическими устройствами зажигания, обеспечивающими:а) доступ газа к основной горелке только при наличии запального пламени и протока воды;б) отключение основной горелки при отсутствии разрежения в Дымоходе (аппарат типа 1).

Давление нагреваемой воды на входе составляет 0,05—0,6 МПа (0,5—6 кгс/см2).Аппараты должны иметь фильтры газа и воды.К водо- и газопроводам аппараты присоединяют с помощью накидных гаек или соединительных муфт с контргайками.Условное обозначение водонагревателя с номинальной тепловой нагрузкой 21 кВт (18 тыс. ккал/ч) с отводом продуктов горения в дымоход, работающего на газах 2-й категории, первого класса: ВПГ-18-1-2 (ГОСТ 19910—74).

Проточные газовые водонагреватели КГИ, ГВА и Л-3 унифицированы и имеют три модели: ВПГ-8 (водонагреватель проточный газовый); ВПГ-18 и ВПГ-25 (табл. 134).

Водонагреватель ВПГ-18, являющийся основной моделью и модификацией водонагревателя Л-3, предназначен для подачи воды в несколько точек. Он имеет автоматическую блокировку горения основной горелки с пламенем запальника и протоком воды. При отсутствии протока воды или негорящем запальнике газ к основной горелке не поступает. Горелка водонагревателя ( 128) многосопловая и может использоваться (со сменой сопл) на природном, искусственном (сланцевом) и сжиженном газах.

Билет № 20

Горелки с принудительной подачей воздуха

Горелки с принудительной подачей воздуха являются самыми распространенными и применяются в котлах и печах без ограничений при любом давлении газа и любой мощности агрегатов. В этих горелках осуществляется раздельная подача газа и воздуха по 2 трубам, поэтому они называются двухпроводными. Смешивание газа и воздуха осуществляется внутри горелки за счет специальных устройств, поэтому горелки называются смесительными. Хорошее перемешивание газа и воздуха осуществляется за счет:Дробления потоков воздуха и газа на множество тонких струек.Подачи воздуха и газа под углом друг к другу.Закрутка воздушного, а иногда и газового потока с помощью лопаточных и других завихрителей.В смесительных горелках осуществляется полное предварительное перемешивание газа и воздуха, т.е. кинетический метод сжигания газа. По этой причине все двухпроводные горелки снабжаются стабилизаторами против отрыва пламени. Наиболее часто применяется туннельный стабилизатор, размещаемый в стенке топки. Смесительные горелки могут работать на газе низкого, среднего и даже высокого давления. Воздух в горелку подается вентилятором под давлением до 500 мм вод.ст.Достоинства смесительных горелок:Возможность использования газа низкого давления и полного предварительного перемешивания газа и воздуха. Использование газа низкого давления увеличивает надежность и безопасность обслуживания агрегатов.Компактность, т.е. небольшие размеры при большой мощности. Это достигается за счет специальных устройств, обеспечивающих хорошее перемешивание газа и воздуха. Можно спроектировать и изготовить горелку неограниченно большой мощности.

Низкий коэффициент избытка воздуха, т.к. в горелках осуществляется кинетический метод сжигания газа.

Недостатки смесительных горелок:1.Отсутствие саморегулирования, т.е. для изменения мощности горелки необходимо последовательно изменять подачу газа и воздуха. Это усложняет системы ручного и автоматического регулирования горелки. 2.При останове вентилятора возможно загазовывание топки. Это вынуждает усложнять автоматику путем устройства защиты от понижения давления воздуха.

3.Повышенный расход электроэнергии на привод вентилятора.Регулирование мощности смесительных горелокРегулирование мощности смесительных горелок осуществляется изменением подачи газа и воздуха. В хорошо отрегулированной горелке факел устойчивый и невидим на фоне раскаленных огнеупоров. При увеличении подачи газа выше нормы факел мутнеет, становится желто-соломенным, а затем красным с темными пятнами копоти. При увеличении подачи воздуха выше нормы факел становится совершенно прозрачным, затем начинает пульсировать и стремиться к отрыву, появляется характерный шум. При дальнейшем увеличении подачи воздуха факел отрывается от горелки, что недопустимо.Исходя из изложенного, следует, что изменять мощность горелки необходимо таким образом, чтобы сначала создавался хорошо видимый избыток газа и недостаток воздуха, а затем изменением подачи газа или воздуха режим горения доводится до нормы.Емкостные водонагреватели

Емкостные водонагреватели применяют для отопления и горячего водоснабжения небольших зданий, не имеющих центрального отопления, в основном в сельской местности и дачных поселках, а также для приготовления горячей воды с многоточечным разбором ее. В водонагревателях АГВ-80 и АГВ-120 (основных применяемых типах) предусмотрено создание запаса воды 80 и 120 л.Водонагреватели рассчитаны на максимальное давление воды 0,6 МПа (6 кгс/см2). Они должны быть оснащены термометром со шкалой 150° С, терморегулятором с пределом настройки 40—85° С, автоматическими и регулирующими устройствами, обеспечивающими поступление газа к основной горелке только при зажженной запальной горелке, отключение основной и запальной горелок после того, как погасла запальная горелка или при отсутствии тяги в дымоходе, колебание температуры воды, выходящей из аппарата, в пределах + 5° С от заданной.

Водонагреватель АГВ-120 отличается от АГВ-80 размерами и системой автоматики, которая у него скомпонована в одном блоке. Вместо терморегулятора применен термобаллон с сильфоном.Давление природного газа перед водонагревателем типа АГВ—1,3-2 (130—200) сжиженного газа 3 кПа (300 кгс/см2), допустимое давление воды 0,6 МПа (6 кгс/см2). Температура нагреваемой воды до 105° С. Диаметр трубопровода к предохранительному клапану 15 мм. Минимальное разрежение в дымоходах водонагревателей АГВ-50 и АГВ-80 —2(0,2); АГВ-120 и АГВ-200 — 4 Па (0,4 кгс/м2). Во всех водонагревателях диаметр присоединительных трубопроводов для горячей и холодной воды Ъу=15, в водонагревателях АГВ-200—20 мм; диаметр присоединительных трубопроводов для газа в водонагревателях АГВ-120, АГВ-120М и АГВ-200 Dy 20, в остальных водонагревателях Dy 15 мм.