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.