2622

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…….…………………………………………………………….4

1.Расчет показателей горения газообразного топлива…………….8

1.1.Расчет продуктов сгорания ………………………………………8

1.2.Определение температуры сгорания……………………………10

2.Кинетика газовых реакций горения…….…….………………….13

2.1.Скорость химических реакций…….……………………………13

2.2.Кинетика цепных реакций………………………………….……17

2.3.Тепловое самовоспламенение…….……………………………..19

2.4.Вынужденное зажигание и границы воспламенения газовоз-

душных смесей…………………………………………………...21

3.Горение газа в потоке…….…………………………………………24

3.1.Нормальное распространение пламени…….…………………..24

3.2.Распространение пламени в ламинарном потоке……………...29

3.3.Распространение пламени в турбулентном потоке…….……...35

3.4.Стабилизация пламени…….…………………………………….38

3.5.Диффузионное пламя ……………………………………………41

4.Газогорелочные устройства ………………..……………………...44

4.1.Классификация газовых горелок ……………………………….44

4.2.Горелки полного предварительного смешения газа

своздухом………………………………………………………...45

4.3.Горелки предварительного смешения газа с частью воздуха, необходимого для горения………………………………………59

4.4.Горелки с незавершенным предварительным смешением газа

своздухом…….…………………………………….…………….63

4.5.Горелки без предварительного смешения газа с воздухом …..73

4.6.Горелки газовых приборов ……………………………………..79

4.7.Схемы обвязочных газопроводов на котлах и печах ………….85

4.8.Газовые горелки фирмы Weishaupt …………………………….91

5.Расчет атмосферных горелок…………………………………….103

5.1.Расчет головки горелки ………………………………………..103

5.2.Расчет эжекционного смесителя горелки……………………..108

5.3.Конструктивный расчет горелки ……………………………...116

5.4.Расчет параметров рабочей горелки ………………………….119

5.5.Расчет подовых горелок ……………………………………….121

Приложение…….………………………………………………………128

Библиографический список…….……………………………………..134

3

ВВЕДЕНИЕ

В энергетических и промышленных агрегатах, в камерах сгорания газотурбинных установок, а также в бытовых и коммунальных установках широко используется газ как топливо.

К качеству системы производства теплоты (рис.1) предъявляют три основных требования:

1. Система производства теплоты должна иметь высокий КПД

(рис. 2, а).

2. Установка должна быть экологичной (рис. 2, б).

3. Система должна гарантировать безопасность горения.

Экономичность теплоэнергетических установок, работающих на газе, значительно выше,

чем при прямом сжигании угля. Значительно ниже и эксплуатационные расходы. Продукты горения газа значительно меньше загрязняют окружающую среду, чем дымовые газы, образующиеся при сжигании жидких и твердых видов топлива.

1 % 93 % 6 %

Воздух

100 %

Вредные для окружающей среды выбросы

а) б)

Рис. 2. Основные требования к качеству системы производства теплоты: а – высокий КПД; б – экологичность

4

Рациональное и безопасное сжигание газа в различных энергетических установках в первую очередь зависит от правильного выбора газогорелочных устройств.

Газовая горелка организует процесс горения газа и преобразует химическую энергию в тепловую. Она обеспечивает полноту сгорания газа в камере горения и создает фронт пламени, требуемый условиями технологического процесса в промышленной установке.

Среди газовых горелок принципиально различают два вида: атмосферные (рис. 3, а) и воздуходувные (рис. 3, б). Отличительными особенностями воздуходувных горелок являются:

–принудительная подача воздуха при помощи вентилятора;

–точное регулирование количества воздуха;

–закрытая камера сгорания тепловой установки.

Воздух

Рис. 3. Горелки в системе производства теплоты: а – атмосферная; б – воздуходувная

К горелочным устройствам предъявляют следующие основные требования:

–эксплуатационная надежность, удобство и безопасность обслуживания;

–обеспечение полного сжигания газа и резервных видов топлива в пределах топочного объема;

–достаточно низкие гидравлические сопротивления на пути воздуха и газа;

–обеспечение надежных условий для воспламенения и стабилизации факела;

–небольшие габаритные размеры и масса;

5

–соответствие теплообменных характеристик факела требованиям технологического процесса;

–возможность регулирования теплообменных характеристик факела при работе на переменных нагрузках.

Сферы применения горелок

1.Переработка отходов: сжигание мусора, сжигание вредных веществ, переработка туш животных, сжигание загрязненного воздуха и документов, запальные устройства.

2.Отопление и горячее водоснабжение: обогрев одно- и много-

квартирных домов, обогрев административных зданий, подогрев хозяйственной воды, подогрев воды в бассейнах, генераторы теплого воздуха, установки инфракрасного излучения теплоты, передвижные котельные.

3.Химическая промышленность: производство различных хи-

мических веществ осуществляется путем: выпаривания, дистилляции, подогрева, прокаливания, сушки, расщепления, химических реакций, производства газа, производства пара, обмена теплоты, экстракции, промывки.

4.Деревообрабатывающая промышленность: сушка дерева и шпона, производство натяжных плит, сжигание стружек и опилок, сушка древесного угля, клееварка.

5.Сельское хозяйство: сушка зерновых, трав, овощей и фруктов; производство зеленого корма; пропаривание различных поверхностей, труб и фольги; консервирование; дистилляция кукурузы; стерилизация, варка и пропаривание.

6.Кожевенная промышленность: подвесные сушилки, вальцовые сушилки, водогрейные и паровые котлы, экстракторы для скота.

7.Металлургическая промышленность: плавильные печи (алю-

миний); обезжиривающие установки; прессы; оцинковка, гальванизация, эмалировка; промывка и чистка; защитный газ.

8.Пищевая промышленность: фритюрницы, камерные и распылительные сушилки, хлебопекарные печи, паровые котлы, дистилляционные аппараты, сусловарочные и другие котлы, обжарочные аппараты.

9.Производство бумаги и пленки: ленточные и вальцовые су-

шилки, рабочий пар, производство клетчатки (кипятильники), упаковка из сжимающейся пленки.

6

10.Текстильная промышленность: сушилки для тканей и пряжи;

окраска, отбеливание, аппретирование, глажка, чистка.

11.Транспорт: железнодорожный транспорт: обогрев вагонов, стрелок и постов; водный транспорт: производство паровых двигателей для отопления, водогрейные котлы для обогрева баков; обогрев плавучих деррик-кранов для морского бурения; воздушный транспорт: обогрев взлетно-посадочных полос.

12.Строительство: сушка песка, производство кирпича, керамическая промышленность, стекольная промышленность, строительные сушилки.

В России накоплен значительный опыт и имеются крупные науч- но-технические достижения в области эффективного использования газового топлива. К настоящему времени практически полностью решены такие проблемы, как обеспечение полного их сгорания без потерь теплоты от химической неполноты сгорания при крайне низких избытках воздуха. Не возникает проблем с обеспечением надежного воспламенения и стабилизации факела.

В пособии основное внимание уделено наиболее общим и принципиальным закономерностям сжигания газовых топлив.

7

1. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГОРЕНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА

1.1. Расчет продуктов сгорания

Расчет продуктов горения газообразного топлива проводится по реакциям горения компонентов горючей смеси. Расчет ведется на 100 м3 сухого газа, и все объемы относятся к нормальным условиям [9, 10]. Результаты расчета сводят в таблицу.

Порядок расчета рассмотрим на конкретном примере [9].

Примем следующий объемный состав сухого газа, %: СН4 = 98;

С2Н6 = 0,14; С3Н8 = 0,04; С4Н10 = 0,02; СО2 = 0,5; N2 = 1,3. Влагосо-

держание воздуха dВ = 10 г/м3 сухого воздуха; низшая теплотворная способность топлива QНС = 35235 кДж/м3; плотность газа С = 0,731 кг/м3. Расчет расхода воздуха и продуктов полного сгорания произведем при коэффициенте избытка воздуха = 1,1.

Результаты расчета приведены в табл. 1. В столбце 2 таблицы даны объемные количества компонентов, приходящиеся на 100 м3 газа. В столбце 3 показаны стехиометрические уравнения реакций горения. Расчет продуктов горения газа сначала производим при теоретическом количестве воздуха ( = 1), а затем определяем избыточный воздух. При расчете расхода воздуха учитываем, что соотношение между азотом и кислородом

N2 79 3,76,

O2 21

а балластные газы СО2 и N2 переходят в продукты сгорания без изменений. Если горючий газ содержит кислород, то его объем и соответствующее количество азота нужно вычесть из объема воздуха, расходуемого на горение.

Теоретическое количество воздуха показано в итоге столбца 6 табл. 1, оно равно 935,9 м3 на 100 м3 газа, или V0 = 9,36 м3/м3.

Расход воздуха при = 1,1 составит VВ = 10,3 м3/м3. Количество избыточного воздуха 936 (1,1 – 1) = 93,6 м3.

нормальных условиях.

8