книги из ГПНТБ / Иссерлин А.С. Газовые горелки

температуры воспламенения. Этим двум случаям соответствуют нижний и верхний пределы воспламеняемости (табл. 1). Поэтому, кроме перемешивания газа с воздухом в определенных пропорциях, должны быть созданы начальные условия для воспламенения смеси.

Таблица 1

Пределы воспламеняемости и температуры воспламенения различных газов в воздухе

ной скорости реакций. При повышении температуры скорость реак­ ции окисления возрастает до наступления самовоспламенения (вместо медленного окисления начинается процесс самопроизволь­ ного горения). Значит, нагретая до температуры воспламенения горючая смесь обладает такой энергией, которая не только компен­

в том числе от содержания горючего газа в газовоздушной смеси, давления, способа нагрева смеси и т. д., и поэтому не является точной величиной. В табл. 1 приведены значения температур вос­ пламенения некоторых горючих газов в воздухе.

В практике встречаются два способа воспламенения горючих смесей: самовоспламенение и зажигание.

При самовоспламенении весь объем горючей газовоздушной смеси постепенно доводится до температуры воспламенения, после

10

чего смесь воспламеняется уже без внешнего теплового воздей­ ствия.

смеси самопроизвольно путем распространения пламени, происхо­

ния. Устойчивость работы горелок, как будет показано ниже, свя­ зана со скоростью распространения пламени.

Таким образом, процесс горения газового топлива состоит из смешения газа с воздухом, нагрева полученной смеси до темпера­ туры воспламенения, зажигания ее и протекания реакций горения, сопровождающихся выделением тепла. Причем смешение газа с воздухом и нагрев смеси занимают большую часть времени в про­ цессе горения, так как реакции горения протекают практически мгновенно.

Показательно сопоставление полей температур в объеме факела при сжигании газа с различными коэффициентами избытка воз­ духа. Пример такого сопоставления дан на рис. 2 для горелки с диаметром выходного насадка 35 мм в виде зависимости

11

Так, наивысшая температура при а = 0,75 измерена на расстоянии x/d=2,5, а при а = 1 , 0 — на расстоянии x/d=l,0 .

При совместном рассмотрении распределения температур и кон­ центраций С 0 2 в факеле наблюдается совпадение максимумов

I I I І ' І Т І ' 1 I M U

температур и содержаний ССЬ. Следовательно, максимальному температурному уровню в факеле соответствует и максимальная величина степени выгорания горючих.

Потери части тепла, выделившегося в результате сгорания газа, неизбежны. Однако они могут быть снижены до минимума при правильном ведении топочного процесса. Рассмотрим, из каких ж е составляющих складываются эти потери.

При сжигании газового топлива имеют место следующие по­ тери тепла: с уходящими газами, от химической неполноты сгора­ ния и в окружающую среду. На основании определения отдельных потерь тепла по обратному балансу может быть подсчитан к. п. д. (коэффициент полезного действия) агрегата, %:

" П = 1 0 0 - ( < 7 2 + ? з + ? 5 ) .

12

к уменьшению. Потери тепла с уходящими газами зависят от тем­

Потерю тепла с уходящими газами выражают обычно в процен­ тах от всего располагаемого тепла, т. е. от теплоты сгорания топ­ лива. Например, если потеря тепла составляет 700 ккал/м3 при сжигании природного газа, то

8500 - ö ^ 4 / o -

Количество покидающих агрегат газов зависит от коэффици­ ента избытка воздуха, с которым работает горелка, и присосов

13

ГЛАВА II

О Б Щ И Е С В Е Д Е Н И Я О ГАЗОВЫХ Г О Р Е Л К А Х

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОРЕЛОК

Газогорелочные устройства предназначены для подачи к месту горения определенных количеств газа и воздуха и для создания условий их перемешивания и воспламенения. Кроме того, горелка должна обеспечивать стабилизацию факела. Это достигается раз­ личными конструктивными приемами.

Большинство газовых горелок, независимо от их типа, имеет общие конструктивные элементы: устройства для подвода газа и воздуха, смесительную камеру, горелочный насадок и стабилизи­ рующее устройство. В зависимости от типа горелки и технологиче­ ских требований каждый из перечисленных выше элементов го­ релки может иметь различное конструктивное решение. В некото­ рых конструкциях отдельные элементы могут совсем отсутствовать или компоноваться в одной детали.

Из различных характеристик горелок рассмотрим основные, ко­ торые являются общими независимо от конструктивного исполне­ ния горелочного устройства.

Давление газа. Газовые горелки могут работать на различном избыточном давлении газа в зависимости от их конструктивного исполнения и давления газа в сетях. Горелки низкого давления работают на давлении до 0,05, среднего — в пределах от 0,05 до 3,0 и высокого — свыше 3,0 кгс/см2 . В СССР горелки высокого дав­ ления широкого распространения не имеют.

Различают три вида давления газа перед горелкой: номиналь­ ное— рт. ном, максимальное — рт т а х и минимальное — рѵ т т - Под номинальным понимается такое давление газа, на которое рассчи­

в единицу времени при сжигании газа определенной теплоты сго­

15

Различают три вида тепловой нагрузки горелок: максимальную, номинальную и минимальную. Максимальная тепловая нагрузка достигается при длительной работе горелки с предельно большим расходом газа без нарушения устойчивости ее работы. Номиналь­ ная тепловая нагрузка соответствует режиму работы горелки с но­ минальным расходом газа. За минимальную принимается на­ грузка, обеспечивающая устойчивую работу горелки при наимень­ ших расходах газа.

Диапазон устойчивой работы горелки. Отношение минимальной

тепловой нагрузки горелки к максимальной

^Q r min

Q r max

называют диапазоном устойчивой работы. Он характеризует пре­ делы надежной эксплуатации горелки.

Кроме того, принято характеризовать работу горелок пределом регулирования. Под этим понимают пределы изменения тепловой нагрузки горелки, при которых экономичность сжигания газа не­ значительно отличается от оптимальной (отсутствует химический недожог при минимальных значениях коэффициента избытка воз­ духа).

Диапазон устойчивой работы является важной эксплуатацион­ ной характеристикой горелки, показывающей ее форсировочные

(где Ci и С2 — постоянные коэффициенты), то диапазон устойчивой работы горелки

'Рт max

* В теплотехнической литературе чаще употребляется термин «избыток воз­ духа», хотя правильнее говорить «расход воздуха», особенно при сжигании газа с а г < 1 .

16

В горелках иногда предварительно смешивается с газом только часть воздуха, необходимого для горения. Такая смесь будет, без­ условно, характеризоваться коэффициентом избытка воздуха, мень­ шим единицы. Идущий на образование этой первичной смеси воз­ дух принято называть первичным. Воздух же, подаваемый в то­ почное пространство дополнительно и независимо от потока газа, называется вторичным.

Коэффициент избытка воздуха на выходе из горелки а г пока­ зывает, какое количество теоретически необходимого воздуха по­ ступает непосредственно через смесительное устройство горелки.

лочные устройства должны быть компактными, т. е. иметь мини­

нала быструю утомляемость. По нормам санитарной инспекции ин­

лоте сгорания газа; б) давлению газа в сети; в) назначению; г) ме­ тоду сжигания газа; д) способу подвода воздуха; е) конструктив­ ным особенностям и т. д.

Наиболее целесообразно, по мнению автора, классифицировать газовые горелки по способу подвода воздуха для горения, учиты­ вая конструктивные особенности горелок.

Диффузионные горелки. У них весь необходимый воздух прите­ кает к пламени из окружающей атмосферы. Эти горелки малочув­ ствительны к колебанию давления газа, имеют большой диапазон регулирования, но требуют значительного объема топочной камеры для завершения процесса горения. Это объясняется малой ско­ ростью перемешивания газа с воздухом, что приводит к увеличе­ нию длины факела. Для газов с большой теплотой сгсрания, тре­

I UiilTi ПІ_!іЛГЛ -Г. А 1 4

Инжекционные горелки. Образование газовоздушной смеси ча­ стично или полностью происходит внутри самой горелки, поэтому они делятся на горелки частичного и полного смешения. У горелок полного смешения горение завершается в минимальном объеме. В горелках частичного смешения только часть воздуха, необходи­

частей: газового сопла, смесителя, горелочного насадка и регуля­ тора первичного воздуха.

Соплом называют калиброванное отверстие, через которое го­ рючий газ подается в горелку. Оно выполняет две задачи: пропу­ скает в горелку определенное количество газа и преобразовывает потенциальную энергию газа в кинетическую энергию газовой струи, причем скорость истечения газа из сопла получается до­ вольно значительной. Так, перепад давления в сопле 150 мм вод. ст. создает скорость вытекающей струи порядка 50 м/сек.

Основным размером, характеризующим сопло, является его диаметр. Диаметр сопла должен строго соответствовать расчетным данным, так как от этого зависят производительность горелки и ее инжекционная способность. Сопло придает вытекающей струе определенную форму и направление.

Смеситель горелки служит для смешения газа с воздухом, т. е. получения однородной газовоздушной смеси, и выравнивания ско­ рости по сечению горелки. Смесители в зависимости от типа го­ релки выполняются либо в виде системы, состоящей из инжектора, цилиндрического горла и диффузора, либо в виде цилиндрической трубы.

Инжектор расширяющейся частью обращен к соплу. При исте­ чении из сопла газа с большой скоростью в инжекторе создается разрежение, за счет которого происходит подсасывание воздуха из окружающей атмосферы. Воздух, поступающий в горелку, смеши-

18

вается с газом, при этом скорость по сечению инжектора распреде­ ляется весьма неравномерно.

Для выравнивания скорости потока газовоздушной смеси по сечению служит средняя цилиндрическая часть смесителя — горло. Оно является самой узкой его частью. Диаметр горла — суще­ ственный фактор для инжекционных горелок. От величины отноше­ ния диаметра горла к диаметру сопла зависит коэффициент инжекции горелки, т. е. количество воздуха, засасываемого через смеситель. Если, например, коэффициент эжекции А равен 8,0, то это значит, что на каждый кубометр газа горелка эжектирует 8,0 м 3 воздуха. Следовательно, коэффициент избытка воздуха опре­ делится как отношение коэффициента эжекции к количеству воз­ духа, теоретически необходимому для горения, т. е.

А

чества воздуха, поступающего в горелку. Наиболее часто он вы­ полняется в виде воздушно-регулировочной шайбы или заслонки. Иногда он конструктивно совмещается с устройством для глуше­

В инжекционных горелках частичного смешения коэффициент из­ бытка первичного воздуха находится в пределах 0,3—0,6.

В инжекционных горелках полного смешения можно сжигать всю газовоздушную смесь на огнеупорных поверхностях, которые, накаляясь, дают концентрированное тепловое излучение. Эта раз­ новидность инжекционных горелок называется горелками инфра­ красного излучения.

Горелки с принудительной подачей воздуха. Весь необходимый

для горения воздух нагнетается вентилятором. Эти горелки часто называют также двухпроводными. На рис. 4 показаны схемы наи­ более распространенных горелок с принудительной подачей воз­ духа. Горелка на рис. 4, а имеет периферийную подачу газа, т. е. газ подается в виде струй в поперечный воздушный поток. В го-