книги из ГПНТБ / Шур И.А. Перевод отопительных котлов на газовое топливо

на 30—50° С за 1 ч до рабочего состояния. При соблю­ дении этих условий иабивка туипеля и блочных горелок служит в течение нескольких лет, требуя только осмотра и при необходимости некоторой подмазки огнеупорной

проекта, блочные ипжекционные однорядные или прямо­ угольные Промэнергогаза, инжекционные щелевые много­ сопловые Укргипроинжпроекта и др.), то устройство туннеля упрощается, так как его стенки образуются обож­ женными поверхностями огнеупорного кирпича. Мини­ мальная длина туннеля принимается примерно 2,5 диа­ метра устья круглой горелки, ширины щелевидиой или диаметра одного смесителя блочной горелки. В этом случае обеспечивается надежная стабилизация пламени в отно­ шении отрыва, но завершение горения переносится в топку. При сжигании природных газов и длине туннеля, дости­ гающей 12—14 диаметров устья горелки, горение прак­ тически заканчивается в туннеле (для искусственных газов эта длина сокращается до 6—7 диаметров), но в нем развиваются очень большие тепловые напряжения и тем­ пературы. Так как существующие топки обеспечивают все необходимые условия для развития пламени и за­ вершения в них процессов горения, в котельных установ­ ках обычно используют короткие туннели.

ГАЗОПРОВОДЫ КОТЕЛЬНОЙ. РЕЖИМЫ ДАВЛЕНИЯ

Отопительные котельные питаются из городских газо­ вых распределительных сетей низкого, среднего или вы­ сокого давления. При подключении котельной к сетям сред­ него или высокого давления предусматривается местная регуляторная установка для снижения давления газа до требуемой величины и поддержания его постоянным при любых изменениях расхода газа и давления в город­ ских газопроводах. Газорегуляторная установка (ГРУ) с давлением на вводе до 6 кгс/см2 может размещаться внутри помещения отдельно стоящей отопительной ко­ тельной или в смежном помещении, соединенном с ним открытым проемом высотой, равной высоте помещения, при обеспечении в этом помещении не менее чем трехкрат­ ного воздухообмена в час. ГРУ желательно размещать в непосредственной близости от ввода газопровода в по­

34

мещение. Газоснабжение отопительных котельных, рас­ положенных под жилыми и другими помещениями, более безопасно производить из газопроводов низкого давления. В отопительных котельных, встроенных в помещения жилых и общественных зданий, детских и лечебных учре­ ждений и учебных заведений, допускается размещение ГРУ с давлением на вводе до 3 кгс/см2.

Для обеспечения устойчивой работы горелок и эконо­ мичного сжигания газа во время эксплуатации необходимо, чтобы регуляторы и стабилизаторы давления поддержи­ вали заданное постоянное давление газа в газопроводах перед горелками. Это условие обязательно также при оборудовании котлов автоматикой регулирования для ее надежной работы. Наиболее правильным является под­ держание постоянного давления газа непосредственно перед каждой горелкой. В этом случае режим работы лю­ бой горелки не будет зависеть от изменения расхода газа через другие горелки и режимов давления газа в газо­ проводах. Однако для этого потребуется установка регу­ ляторов по числу газовых горелок, что значительно услож­ нит обслуживание и для котлов небольшой производитель­ ности явится экономически нецелесообразным. Как пра­ вило, в отопительных котельных устанавливается один регулятор давления, общий для всех котлов, и решающим фактором в этих условиях становится правильный выбор диаметров газопроводов между регулятором и горелками или, точнее, потерь напора газа от регулятора до горелок в зависимости от величины номинального давления газа перед горелками.

Диаметры газопроводов котельной должны выбираться так, чтобы при максимально возможном изменении теп­ ловых нагрузок части горелок или агрегатов расход газа через остающиеся в работе газовые горелки изменился не более чем на 15—20%. Следовательно, допустимые потери давления в газопроводах целесообразно устанав­ ливать не более 30—40% от расчетного номинального давления газа перед горелками.

Для обеспечения безопасной эксплуатации котлов на газопроводах перед горелками устанавливают отклю­ чающие устройства (задвижки или краны). Перед каждой горелкой должно устанавливаться не менее двух отклю­ чающих устройств. Общее отключающее устройство на газопроводе котла в зависимости от расхода и давления

в число двух обязательных. Система газопроводов котла должна предусматривать возможность продувки их газом

перед розжигом горелок, для чего прокладывается спе­ циальный продувочный газопровод.

Различные проектные организации, занимающиеся пе­ реоборудованием отопительных и промышленных ко­ тельных, по-разному решают схему газопроводов котла, расположение манометров и т. д. В качестве примера можно привести применение Ленгипроинжпроектом кроме обязательных в соответствии с правилами безопасности продувочных газопроводов и так называемых газопро­ водов безопасности. Эти газопроводы представляют собой трубопроводы 0 'V.j 1 , сообщающие с атмосферой участ­ ки основных газопроводов между последними по ходу газа задвижками или крапами перед горелками. Газо­ проводы безопасности могут объединять участки между задвижками или кранами как одного котла, так и группы котлов. Они не должны соединяться с продувочными газо­ проводами и предназначены для отвода утечек газа через неплотности арматуры в атмосферу и сведения к минимуму возможности проникновения газа через горелки в топку котла. Мосгазпроект и Укргипроинжпроект не предусмат­ ривают в своих проектах газопроводов безопасности.

Сравнительный анализ эксплуатации в Ленинграде отопительных и промышленных котельных, работающих на газовом топливе и оборудованных газопроводами безопасности и продувочными газопроводами, с агрегата­ ми, имеющими только продувочные газопроводы, показал целесообразность наличия газопроводов безопасности при сжигании газа среднего давления, а также газа низкого давления в случае использования в качестве отключающих устройств задвижек. При строгом соблюдении эксплуата­ ционных инструкций газопроводы безопасности практи­ чески сводят к минимуму возможность проникновения опасного количества газа в топки и газоходы нерабо­ тающих котлов и, следовательно, возможность взрывов газовоздушной смеси в топке при зажигании горелок. Если расход газа регулируют общим устройством иа агре­ гат (например, регулировочной заслонкой с автомати­ ческим приводом или вручную), то краны перед горелками становятся не регулировочными, а отключающими. В этом случае они значительно меньше изнашиваются и, следо­ вательно, повышается их надежность и снижается воз-

можиость проникновения газа в топку при закрытых кранах.

36

РАСХОД ГАЗА ЧЕРЕЗ ГОРЕЛКУ. РАЗМЕРЫ СОПЕЛ

В некоторых городах газоснабжение потребителей производится газом из иескольких источников, поставля­ ющих газ различного состава, теплоты сгорания и плот­ ности. В этих случаях в зависимости от того, какие коли­ чества каждого газа одновременно поступают в город, характеристика смеси газов может изменяться, однако изменение состава смеси должно приводить к минималь­ ному изменению теплоты сгорания во избежание наруше­ ния устойчивости горения и полноты сгорания газа в бы­ товых газовых приборах.

Изменение теплоты сгорания газа, поступающего к по­ требителям, приводит к необходимости соответственно изменять расход газа через горелку, чтобы сохранить неизменной ее тепловую нагрузку. Сохранение номиналь­ ной тепловой нагрузки постоянной дает возможность эксплуатировать горелки и котел, иа котором оии уста­ новлены, иа наиболее устойчивых и экономичных режи­ мах.

Низшая теплота сгорания газового топлива, ккал/м3, определяется специальными приборами — калоримет­ рами или подсчитывается па основе данных химического анализа по формуле

<?„= 30,2СО + 25,8Н2 + 85,50Н4 + 152СаНв -f + 218С3Нз + 283С4Н10 + 349С5Н12 + Ш С 2Н4 +

+ 205С3Н6 + 271С4Н8 -|- 337С6Н10 + 335С0Н0 + 56H2S.

Изменение состава газа, влияющего на скорость его горения, может приводить в зависимости от конструкции горелки, качества подготовки в ней газовоздущиой смеси и устройства стабилизаторов пламени к появлению от­ рывов пламени или обратных ударов (проскоков) на таких нагрузках, при которых ранее горелка работала устойчиво. Изменение состава газа, а следовательно, и его теплоты сгорания требует перерегулировки газогорелочных устройств и связанных с ними устройств автома­ тики регулирования не только из-за необходимости менять расход газа, но и из-за изменения соотношения между количеством сжигаемого газа и необходимого для этого воздуха. Таким образом, значительное изменение теплоты

37

чивается в первую очередь изменением размеров отвер­ стий для выхода газа и давления газа перед горелкой для сохранения неизменной тепловой нагрузки горелки. При выполнении этих условий и изменении теплоты сго­ рания газа на 20—30% существующие горелки могут быть сохранены. В случае более глубокого изменения состава газа горелки приходится заменять.

Если теплота сгорания газа изменилась не более чем на 20—30% от расчетной, то для сохранения неизменными тепловой нагрузки горелки и давления газа перед ней диаметры отверстий для выхода газа должны быть изме­ нены в соотношении

где с?х — искомый диаметр газового сопла, мм; d — диа­ метр газового сопла при работе на газе старого состава, мм; Qн — теплота сгорания газа старого состава, ккал/м3;

ность газа нового состава, кг/м3.

Если тепловая нагрузка горелки сохраняется неиз­ мененной, а давление газа перед ней меняется, то новый диаметр сопла

тельно подающемся воздухе и теплота сгорания газа повышается незначительно (до 10% от номинальной),

неизменным, если тепловая нагрузка горелок сохраниласьна прежнем уровне.

Следует, однако, отметить, что понижение давления газа при повышении теплоты сгорания допустимо только

39

как временная мера, так как при этом нарушается при­ нятое при конструировании горелки наиболее рациональ­ ное соотношение скоростей газа и воздуха, ухудшается перемешивание газа с воздухом и в результате может ухуд­ шиться процесс сжигапия газа.

Для инжекциониых горелок низкого давления мини­ мальное расчетное давление газа перед соплом, мм вод. ст., в зависимости от теплоты сгорания газа

Если в эту формулу подставить значение теплоты сгорания природного газа Qn = 8500 ккал/м3, то мини­ мальное давление газа перед соплом горелки составит 108 мм вод. ст. Строительными нормами и правилами Госстроя СССР при сжигании газов, имеющих теплоту сгорания, близкую к теплоте сгорания природного газа, регламентируется давление газа перед бытовыми прибо­ рами 200 или 130 мм вод. ст.

Отопительные котельные часто питаются газом от городских газопроводов низкого давления, и, следова­ тельно, давление газа перед горелками котлов в этих случаях будет пли равно давлению газа перед бытовыми газовыми приборами, или несколько меньше за счет повышенных гидравлических сопротивлений (ротацион­ ные счетчики, регуляторы-стабилизаторы и пр.).

Расход газа через горелку тем больше, чем выше да­ вление газа перед пей и чем больше площадь отверстий для выхода газа. Расход газа, м3/ч,

В = /рШ ■ 3600,

где /г — суммарная площадь отверстий для выхода газа, а для инжекциоиной горелки — площадь поперечного сечения газового сопла, м2; wr — средняя скорость исте­ чения газа из отверстий или сопла, м/сек.

Средняя скорость истечения газа из отверстий или сопел, м/сек,

где ер — коэффициент, зависящий от формы сопла или отверстия и учитывающий неравномерность распреде­ ления в них скоростей потока газа и величину сопро­ тивлений; при ориентировочных подсчетах можно при­ нимать величину ф равной: для отверстий, сверленных

40

в газовых трубах — 0,6; для сопел бытовых газовых приборов — 0,75—0,85; для сопел промышленных го­ релок — 0,8—0,87; g — ускорение силы тяжести; у — удельный вес газа, кгс/м8, прн давлении газа перед отверстиями; Ар — перепад давления, равный разности давления газа перед отверстиями и давлением среды, в которую вытекает газ, кгс/м2.

Если принять, что в практических условиях давление среды, в которую вытекает газ, равно или очень близко к атмосферному, то средняя скорость истечения газа

циент ер являются величинами постоянными, . расход газа зависит главным образом от давления газа. При этом следует обратить внимание иа то, что значительное повышение давления газа приводит к сравнительно не­ большому увеличению расхода: для того чтобы увели­ чить расход газа через горелку в 2 раза, давление газа перед ней необходимо повысить в 4 раза.

Приведенные выше формулы дают достаточные для практического пользования реззыіьтаты для давлений газа до 500 мм вод. ст. Если давление газа перед горел­ кой выше (до 1 кгс/см2), т. е. в котельной используется газ среднего давления, то средняя скорость истечения газовой струи, м/сек,

\g К___ Pi

---------- .

ё К - 1 Yi

где К — показатель адиабаты; для среднего двухатом­ ного газа К — 1,4, для среднего трехатомиого и много­ атомного газа — 1,29, для природного газа — 1,3; р г — абсолютное давление газа перед соплом, кгс/м2; р 2 — абсолютное давление среды, в которую происходит исте­ чение газа, кгс/м2; ух — удельпый вес газа перед соп­ лом при давлении р ,, кгс/м3.

При расчетах по дайной формуле мы уже не будем иметь квадратичной зависимости скорости от изменения

41

давления газа перед соплом. Если же пользоваться формулой квадратичной зависимости, то чем больше будет давление газа перед соплом, тем больше будет величина погрешности. Чтобы получить величину скорости исте­ чения газа из сопла, не производя достаточно сложных расчетов по формуле адиабатического расширения, можно использовать формулу

42

ТРЕБОВАНИЯ К ПОМЕЩЕНИЯМ И ОБОРУДОВАНИЮ КОТЕЛЬНЫХ

Помещения, в которых размещаются газифицирован­ ные котлы, должны иметь естественное освещение в соот­ ветствии с требованиями СНиП. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов предусматривают, что суммарная площадь осте­ кленных проемов стен, световых и вентиляционных фо­ нарей должна быть не менее 30% площади одной из наи­ больших наружных стен. Согласно правилам безопас­ ности в газовом хозяйстве в существующих зданиях, в которых не обеспечивается выполнение указанных норм, размеры оконных проемов и световых фонарей должны быть максимальными, исходя из конструкции здания.

Для освещения котельной в ночное время, а также тех участков котельной, которые по техническим причинам не могут иметь естественного, предусматривается элек­ трическое освещение. Кроме рабочего в котельной должно быть аварийное освещение от самостоятельных источников питания, независимых от источников питания общей электроосветительной сети котельной (для котельных с площадью этажа до 250 м2 в качестве аварийного осве­ щения могут использоваться переносные фонари).

В отопительных котельных, расположенных в жилых, общественных и других зданиях, помимо основного электроосвещения в нормальном исполнении должны устанавливаться электролампы с арматурой во взрыво­ защищенном исполиенип с самостоятельной электропро­ водкой и установкой выключателя и предохранителя от этой лампы вне помещения котельной.

Вентиляция производственных и производственно-ото­ пительных котельных должна соответствовать требова­ ниям СНиП и действующим правилам Госгортехнадзора. Вентиляция и отопление котельной, работающей на твер­ дом топливе, должны обеспечивать удаление излишков влажности, вредных газов и пыли и поддержание соответ­ ствующих температурных условий (в зоне постоянного пребывания обслуживающего персонала температура воз­ духа зимой должна быть не ниже 12° С, летом — не должна превышать температуру наружного воздуха более чем на 5° С; в остальных местах возможного пребывания об­ служивающего персонала — не превышать температуру в основной зоне более чем на 15° С). Использование

43