22. Методы сжигания газа: диффузионный, кинетический, смешанный.

Существуют такие виды методов сжигания газа, в зависимости от способа образования газовоздушной смеси, как (рис. 1):

- диффузионный; - кинетический; - диффузионно-кинетический (смешанный).

Диффузный метод горения заключается в подаче к фронту горения газа под давлением, а воздух - из окружающего пространства за счет молекулярной или турбулентной диффузии. При этом смешение происходит параллельно с горением, и поэтому скорость самого процесса горения зависит и определяется скоростью смесеобразования.

Происходит процесс горения при контакте между газом и воздухом. К струе газа (рис. 1, а) диффундирует воздух, а из струи газа в воздух - газ. Процесс горения происходит в фронте горения, тонком поверхностном слое факела, к которому из внутренней части факела поступает газ, а из топки - воздух.

В результате процесса сжигания выделяются продукты сгорания, которые в свою очередь осложняют взаимную диффузию газа и воздуха и горение протекает медленно с образованием частиц сажи. Поэтому диффузионное горение можно охарактеризовать как достаточно длинное и светящееся пламя.

Положительным моментом диффузионного метода сжигания газа является возможность контролировать весь процесс горения в полном объеме. Процессом смесеобразования легко управлять при применении специальных регулировочных устройств. Дроблением струи газа на отдельные факелы, изменением диаметра сопла горелки, регулированием давления газа и т. д. можно регулировать площадь и длину факела.

К преимуществам диффузионного метода сжигания относятся: отсутствие проскока пламени, высокая устойчивость пламени при изменении тепловых нагрузок, равномерность температуры по длине пламени. Также этот метод имеет свои недостатки, а именно: вероятность термического распада углеводородов, низкая интенсивность горения, потребность в больших топочных объемах, вероятность неполного сгорания газа.

Кинетический метод горения (рис. 1, б) заключается в подаче к месту горения газовоздушной смеси, которая образуется в горелке полностью. Газовоздушная смесь сгорает в коротком факеле в виде голубого прозрачного конуса. К плюсам данного метода относят: малую вероятность химического недожога, небольшую длину пламени, высокую температура факела. А к минусам - необходимость в стабилизации газового пламени.

Диффузионно-кинетический метод осуществляется сжиганием факела, который имеет два фронта горения (рис. 1, в и г): кинетический, в виде голубого прозрачного конуса, и диффузионный, в котором происходит догорание топлива, факел при этом прозрачный бледно-голубого цвета.

Диффузионно-кинетический метод сжигания газа используется:

- при предварительном неполном смешением газа с воздухом без образования однородной смеси

- при частичном предварительном смешением газа с воздухом, при котором образуется однородная смесь с недостатком окислителя в начальной смеси.

В горелках, имеющих неполное предварительное смешение (рис. 1, в) воздух продвигается в полном объеме, из горелки выходит плохо перемешанная неоднородная газовоздушная смесь, а воздух к диффузионному фронту горения поступает из внутренней части факела.

Частичное предварительное смешение (рис. 1, г) горелки создает условия для предварительного смешения газа только с частью воздуха, необходимого для полного сгорания газа, а остальной воздух поступает из окружающей среды непосредственно к факелу. В этом случае сначала выгорает во фронте кинетического горения лишь часть газа, смешанная с первичным воздухом, а оставшаяся часть газа, разбавленная продуктами сгорания, выгорает после присоединения кислорода вторичного воздуха из топки во фронте диффузионного горения.

Рис. 1. Методы сжигания газа:

а - диффузионный; б - кинетический; в - диффузионно-кинетический в горелках с неполным предварительным смешением; г - диффузионно-кинетический в горелках с частичным предварительным смешением

24. Классификация горелок.

Горелки для технологических печей нефтеперерабатывающих заводов по типу сжигаемого топлива делятся на:

1) газовые горелки;

2) жидкотопливные горелки;

3) комбинированные горелки (для сжигания газа и жидкого топлива в различных соотношениях);

4) специальные горелки (например, горелки для дожига сбросных газов из вакуумсоздающих систем).

Классификация газовых горелок приведена в ГОСТ 21204-97 «Горелки газовые промышленные. Общие технические требования».

Классификационный признак	Характеристика классификационного признака
Способ подачи компонентов	Подача воздуха за счет свободной конвекции Подача воздуха за счет разрежения в рабочем пространстве Инжекция воздуха газом Принудительная подача воздуха от постороннего источника Принудительная подача воздуха от встроенного вентилятора (блочные горелки) Принудительная подача воздуха за счет давления газа (турбинные горелки) Инжекция газа воздухом (принудительная подача воздуха, инжектирующего газ) Принудительная подача газовоздушной смеси от постороннего источника
Степень подготовки горючей смеси	Без предварительного смешения С частичной подачей первичного воздуха С неполным предварительным смешением С полным предварительным смешением
Скорость истечения продуктов сгорания, м/с	До 20 (низкая) Свыше 20 до 70 (средняя) Свыше 70 (высокая, скоростные горелки)
Характер потока, истекающего из горелки	Прямоточный Закрученный неразомкнутый Закрученный разомкнутый
Номинальное давление газа перед горелкой, Па	До 5000 (низкое) Среднее давление (до критического перепада давлений) Высокое давление (критический и сверхкритический перепад давлений)
Возможность регулирования характеристик факела	С нерегулируемыми характеристиками факела С регулируемыми характеристиками факела
Необходимость регулирования коэффициента расхода воздуха	С регулируемым (минимальным или оптимальным) коэффициентом расхода воздуха С регулируемым (переменным или повышенным) коэффициентом расхода воздуха
Локализация зоны горения	В огнеупорном туннеле или в камере горения горелки На поверхности катализатора, в слое катализатора В зернистой огнеупорной массе На керамических или металлических насадках В камере горения агрегата или в открытом пространстве
Возможность использования тепла продуктов сгорания	Без подогрева воздуха и газа С подогревом в автономном рекуператоре или регенераторе С подогревом воздуха во встроенном рекуператоре или регенераторе С подогревом воздуха и газа
Степень автоматизации	С ручным управлением Полуавтоматические Автоматические

Инжекционные горелки применяются при соблюдении следующих условий:

- постоянная тяга в печи;

- газ стабильного компонентного состава;

- комбинированный режим ограничен: Nж.т. ≤ 0,2Nсум.

Горелки на самотяге (воздух для горения поступает за счет разрежения в рабочем пространстве топки) широко применяются в печах нефтеперерабатывающих заводов, так как допускают эксплуатацию на газах различного состава, имеют высокий коэффициент регулирования, позволяют работать в комбинированном режиме практически при любом соотношении газообразного и жидкого топлива.

Дутьевые горелки (принудительная подача воздуха для горения от воздуходувки) – могут применяться при недостаточной тяге в печи, позволяют сжигать большое количество газа, допускают эксплуатацию на газах различного состава, позволяют работать в комбинированном режиме практически при любом соотношении газообразного и жидкого топлива. Горелки имеют широкий диапазон регулирования производительности, возможность подогрева воздуха и газа до температур, превышающих температуру воспламенения.

Классификация горелок с низким образованием оксидов азота (NOx) в зависимости от схемы сжигания топлива:

1) горелки со ступенчатой подачей воздуха;

2) горелки со ступенчатой подачей топлива;

3) горелки с рециркуляцией продуктов сгорания;

4) горелки со ступенчатой подачей топлива и рециркуляцией продуктов сгорания.

Наверх