книги из ГПНТБ / Ахмедов, Р. Б. Газ в народном хозяйстве Узбекистана

поперечного сечения устья сопла одинакова, то длину ядра факела можно представить в виде

где

ш' — пульсационная составляющая скорости потока; В — численный множитель, зависящий от состава

топлива (5д;1,0).

Можно привести аналогичную характеристику

то есть скорость распространения пламени практически зависит лишь от среднеквадратичной пульсации скорости.

Если обратимся к формуле (16), то видим, что с уве­ личением интенсивности турбулентности длина ядра фа­

102

где

l0— эйлеров масштаб турбулентности; s — степень турбулентности;

ш1 — пульсационная составляющая скорости; С — постоянный коэффициент, учитывающий отли­

чие скорости горящего потока от средней ско­ рости потока холодной смеси.

Выражение (21) показывает, что с увеличением пульсационной скорости и масштаба турбулентности значе­ ние Ls возрастает.

Для характеристики толщины фронта пламени 8Т можно воспользоваться следующими соображениями.

Увеличение диаметра сопла приводит к повышению масштаба турбулентности, увеличение скорости истече­

и пульсационной скорости приводит к увеличению длины факела. Вместе с тем очевидно, что увеличение скорости распространения пламени будет способствовать умень­ шению толщины фронта горения. В соответствии с изло­ женным толщину фронта пламени можно охарактеризо­ вать соотношением

Формула (22) сугубо ориентировочна, но наглядно показывает от каких факторов зависит толщина фронта пламени.

Длина зоны догорания Lg зависит в основном от ки­ нетических характеристик сжигаемой смеси и скорости движения газов. Следовательно, для газовоздушной сме­ си определенного состава

Значение Lg обычно занимает незначительную часть общей длины факела. Поэтому главный резерв в сокра­ щении длины факела — в уменьшении величин LB и от.

На практике сокращение длины факела достигается следующими средствами:

а) увеличение периметра зажигания в зоне ядра фа­ кела путем создания не только периферийного, но и центрального очага зажигания (в следе за плохо обте­ каемым телом, в зоне отрицательных токов закрученного факела);

103

б) предварительным подогревом исходной газовоз­ душной смеси;

в) сжиганием заданного объема газовоздушной сме­ си с помощью не одной, а нескольких горелок меньшего диаметра;

г) установкой на пути газовоздушной смеси турбулизирующих устройств.

б) Длина факела при сжигании газа по диффузионному принципу

Представим себе простейшую горелку, состоящую из двух расположенных коаксиально труб, причем из цент­ рального канала поступает газ, а из периферийного кольцевого сечения •— воздух. Пусть при этом скорости истечения обоих потоков одинаковы. Тогда при доста­ точно низких скоростях течение потока будет ламинар­ ным и на границе газовой струи возникает взаимная диф­ фузия обоих компонентов.

Ясно, что по мере удаления от ядра факела коэффи­ циент избытка воздуха а постепенно возрастает. Если в ядре факела он равен нулю, то в периферийной части — бесконечности. Следовательно, должна существовать та­ кая промежуточная поверхность, где во всех точках уста­ новится стехиометрическое соотношение газа и воздуха. На такой поверхности, являющейся геометрическим ме­

В этом случае избыточное горючее будет диффундиро­ вать в периферийные слои факела, куда вместе с горю­ чим будет перемещаться и фронт горения. Предположим теперь, что фронт горения переместился в зону, где <*> 1. В этом случае избыточный воздух будет диффундировать внутрь факела, что приведет к смещению поверхности горения в зону уменьшения избытка воздуха.

Таким образом, существенно устойчивой поверхно­ стью для фронта горения является поверхность, на кото­ рой устанавливается стехиометрическое соотношение газа и воздуха.

104

Продукты горения в диффузионном факеле будут распространяться в обе стороны от фронта горения. При этом между ядром факела и фронтом горения будет на­ ходиться смесь чистого газа и продуктов его горения, а между фронтом горения и потоком чистого воздуха — смесь продуктов горения и воздуха.

Из анализа уравнения массообмена во фронте горе­

можно получить следующую зависимость для длины та­ кого факела:

сильным средством для сокращения длины ламинарногодиффузионного факела (при постоянном расходе газа) является замена одной горелки несколькими горелками; меньшего размера.

Если в горелке постепенно увеличивать скорость исте­ чения газа и воздуха, то в соответствии с формулой (22) длина факела будет пропорционально увеличиваться, но только до тех пор, пока не наступит турбулентный режим. С наступлением такого режима длина факела на выходе из газовыпускного отверстия сравнительно малого диа­

105

метра перестает столь явно зависеть от скорости истече­ ния. С увеличением скорости истечения резко интенсифи­

турбулентного факела с увеличением скорости истечения растет, но не столь быстро, как при ламинарном режиме.

Обобщение опытных данных, полученных при сжига­ нии генераторного газа, позволило получить следующую формулу для определения длины диффузионного турбу­

высококалорийных газов при различной степени их по­ догрева. Лля определения длины диффузионного факе­

газа 0,125 и для сжиженного (пропан-бутано- вого) газа —0,162.

Известны попытки создания аналитического метода расчета газового факела, развивающегося в воздушной среде. Расчет основан на использовании известных за­ кономерностей развития свободной турбулентной струи.

106

Вся длина факела условно делится на два участка. Пер­ вый участок разделен устьем горелки и сечением, в ко­ тором в струю газа подмешивается из окружающей сре­ ды количество воздуха, достаточное для образования стехиометрической смеси, то есть

где

Gu G2, GCM— секундный весовой расход соответственно

R конце этого участка через поперечное сечение струи проходит смесь газа и воздуха в стехиометрической про­ порции. Однако эта смесь еще весьма неоднородна. Ес­ ли в периферийных слоях такой смеси содержится избы­ ток воздуха, то в осевой зоне — избыток газа. Для завершения процесса перемешивания с созданием одно­ родной газовоздушной смеси необходим дополнительный путь Lnep.

Для определения пути перемешивания рекомендуется формула

107

Для практических расчетов рекомендуется прини­ мать значения В = 5,8 и в = 0,43. Тогда

(33)

В общем виде зависимость для определения длины диффузионного факела можно выразить следующим об­ разом.

где

Re, Fr, Ей, Ra — критерии соответственно Рей нольдса, Фруда, Эйлера и ра­ диации;

IB=G 'w1jw2— критерий газовоздушной среды (G —стехиометрическое число).

Установлено, что критерий Re проявляется лишь в переходной области от ламинарного к турбулентному режиму. Критерий Эйлера в дозвуковой области не ока­ зывает никакого влияния.

Резюмируя изложенное, можно отметить основные факторы, способствующие укорочению диффузионного турбулентного факела:

а) замена одной горелки на ряд горелок с меньшим диаметром устья;

б) снижение массовой теплоты сгорания газа; в) обогащение воздушного дутья кислородом или не­

которое увеличение избытка воздуха; г) подогрев газа и особенно воздуха;

д) увеличение угла встречи газа и воздуха; с) интенсификация процессов турбулентного переме­

шивания.

ТЕПЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ И АНАЛИЗ ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ

В топливно-энергетическом балансе страны газовое топливо занимает одно из ведущих мест, и доля его все время увеличивается. Все это выдвигает в число перво­ очередных задач теплотехнические испытания газоис­ пользующих установок и контроль за их работой.

103

Теплотехнический контроль агрегатов, использующих газовое топливо, играет весьма важную роль в повыше­ нии надежности и экономичности работы оборудования. Возникает необходимость в создании точных приборов для измерения температуры, тепловых потоков и расхо­ да газа.

За последние годы в лаборатории тепловых измере­ ний СредазНИИГаза были созданы приборы, отличаю­ щиеся простотой конструкции, а также поверочные уста­ новки для их предварительной градуировки.

Для измерения тепловых потоков в топках парогене­ раторов и промышленных печей разработан и изготов­ лен тепломер «Поток». Этим переносным прибором мож­ но просто и с большой точностью измерять потоки до 450 тыс. ккал1м2ч. При измерениях на парогенераторах Душанбинской ТЭЦ, ТЭЦ-7 Ленэнерго и Ферганской ТЭЦ отмечена стабильность и высокая надежность прибора, принцип действия которого сводится к измере­ нию скорости прогрева пластины известной толщины и теплоемкости. Время прогрева пластины в определенном интервале температур регистрируется автоматически. Напряжение питания 12 в. Для измерения потоков до 300 тыс. ккал/м2ч. предназначен также и термозонд, реа­ лизующий метод теплового сопротивления. Этот прибор требует при измерениях подвода охлаждающей воды. Ведутся работы по усовершенствованию конструкции датчика. Работает в комплексе с электронным потенцио­ метром. Имеет высокую точность измерения тепловых потоков. Внедрен на ТашГРЭС.

Для градуировки датчиков вышеперечисленных при­ боров, а также датчиков других конструкций разрабо­ тан и изготовлен в СредазНИИГазе стенд на базе печи Г-30 с карборундовыми излучателями. Развиваемая мощ­ ность излучателя (50—320) тыс. ккал/м2ч. Датчики градуируются по показаниям точного калориметра. Тем­ пература карборундовых излучателей поддерживается автоматически. Стенд имеет устройство регулирования расхода охлаждающей воды, прост и удобен в эксплуа­ тации. Основным прибором для измерения температуры является отсосный пирометр. В лаборатории работают над усовершенствованием конструкции пирометров с целью повышения точности измерений температуры газа, применяются комплексные расчетно-градуировочные ме­

109

тоды при конструировании, где учитываются условия измерения температуры.

Максимальная измеряемая температура газа термо­ парой ПП-18000. Предварительный расчет поправок к показаниям отсосного пирометра в зависимости от ус­ ловий измерения и контрольная градуировка непосред­ ственно на объекте обеспечивают высокую точность и простоту измерений. Успешные испытания этих приборов были выполнены на ТЭЦ Орско-Халиловского металлур­ гического комбината, Кокандской ТЭЦ, Ферганской ТЭЦ.

В лаборатории создана оригинальная конструкция образцового пирометра «СРЕДАЗНИИГАЗ» М-2, пред­ назначенного для градуировки отсосных пирометров не­ посредственно на объектах измерения. Диапазон изме­ ряемых температур 800—1450°. Новый способ подогрева гильзы элемента позволяет достичь высокой точности измерения температуры газа. Конструкция пирометра простая в отличие от применяющихся в практике образ-

Рис. 2. Образцовый пирометр „СредазНИИГаза М—2“.

цовых пирометров. Состоит из водоохлаждаемого корпу­ са 1, металлического или фарфорового экрана 2, фарфо­ ровых изоляционных трубок 3, токоподводящих хромелевых электродов 1, 2, 4, нагревательного платинового элемента 5, гильзы нагревательного элемента 6, изготов­

рических датчиков создан универсальный стенд, позво­ ляющий градуировать не только стандартные датчики, но и нестандартные.

110

Измерительная схема стенда отвечает требованияминструкции по поверке термометрических датчиков. Стенд оборудован приборами высокого класса точности. Температура в печи, нультермостате и термостатах под­ держивается автоматически. Это позволяет достичь вы­ сокой точности градуировки приборов для измерения температуры. Диапазон охватываемых температур^ 0-М2000. В лаборатории проводятся исследовательские работы, направленные на повышение точности и надеж­ ности существующих методов и средств измерения рас­ хода. О значении обеспечения точности измерения расхо­ дов свидетельствует тот факт, что увеличение точности учета количества газа на 1% в масштабе всей страны, может дать экономию около 20 млн. руб. в год.

В результате исследования установлено, что в тече­ ние длительной эксплуатации измерительной диафрагмы радиус закругления входной кромки может составить значительную величину, что вызывает погрешность изме­ рения до 7%, а существующие множители на неостроту входной кромки не дают достоверного результата.

В связи с этим разработана и рекомендована диафраг­ ма оптимального профиля.

Наряду с работами в области теплотехнических изме­ рений лаборатория ведет работу по автоматизации то­ почных процессов. Результатом этой работы явилось,

создание запально-защитного устройства применительно к горелкам конструкции СредазНИИГаза. Использовано серийное оборудование (ЗЗУ-4 и АКП-2). Монтаж обо­ рудования ЗЗУ произведен с учетом максимальных удобств для обслуживающего персонала. Узлы установки, оборудования позволяют быстро производить наладочные работы при различных режимах розжига котла. Прове­ денные испытания показали высокую надежность рабо­ ты ЗЗУ, которые внедрены на котлах экспериментальной котельной СредазНИИГаза.

При оценке эффективности газоиспользующих уста­ новок анализ продуктов горения имеет решающее значе­ ние, давая возможность контролировать полноту и дина­ мику выгорания, условия сжигания по содержанию окис­ лителя, присосы воздуха по отдельным зонам.

Тенденция к сжиганию газа с малыми избытками воздуха накладывает еще более жесткие требования к аппаратуре газового анализа. Поэтому для оценки co­

l l i