книги из ГПНТБ / Чепель В.М. Сжигание газов в топках котлов и печей и обслуживание газового хозяйства предприятий

130 Глава V

Ручные газоанализаторы отличаются от автоматических тем, что забор пробы отходящих газов из дымохода в газоанализатор и ее анализ производится в нем вручную и на производство каждого анализа, в зависимости от квалификации работника, затрачи­ вается от 5 до 10 мин. Следовательно, полученный анализ газов будет соответствовать состоянию процесса горения, которое было в топке 5—10 мин. назад, в то' время как электрические газоанализаторы дают непрерывные показания. В этом большой недостаток ручных газоанализаторов. Вместе с тем они отлича­ ются большой точностью анализа и употребляются для проверки работы автоматических газоанализаторов. Кроме того, они де­ шевы, достаточно просты и с успехом могут быть применены в любых условиях, в которых сжигается газ, для контроля и наладки процесса его сжигания.

Наиболее простой из переносных ручных газоанализаторов — аипарат Орса дает возможность определить содержание в отхо­ дящих газах в объемных процентах: углекислого газа СО2, окиси углерода (угарного газа) СО и свободного кислорода О2, т. е. кислорода воздуха, не участвовавшего в горении топлива. По проценту СОг и Ог мы можем судить об избытке воздуха в топке, по проценту СО — о полноте горения топлива, как было указано

газа сумма СО2 + О2 должна быть равной и л и быть больше макси­ мального процента СОг, и чем она будет больше него, тем с боль­ шим избытком воздуха происходит сжигание топлива. Суждение

актив на его определение очень нестойкий. Поэтому на практике процент СО часто определяют подсчетом по формуле, зная про­ цент СО2 и СО2 + О2. Как существующие электрические газо­ анализаторы, так и аппарат Орса не дают возможности опреде­ лить наличие в отходящих газах метана и тяжелых углеводоро­ дов в случаях, когда они не сгорают, а аппарат Орса не опреде­ ляет и содержания водорода, однако для правильного ведения процесса горения топлива кочегару вполне достаточно знать содержание в процентах СО2, О2 и СО по Орса или СО2 и СО + Нг по электрическому газоанализатору, или О2 по маг­ нитному газоанализатору. В случае необходимости проведения более детального анализа отходящих газов, применяются пере­ носные химические газоанализаторы — Норзе, ЦКТИ системы Николаева, ВТИ и другие.

5.32 Глава V

Тазов за котлом п больше избыток воздуха в топке, тем больше будут потери тепла с отходящими газами, а значит и больше

расход топлива.

Для уменьшения потери тепла с отходящими газаmi нужно вести процесс горения топлива с наименьшим избытком воздуха в топке и пе допускать загрязнения степок котла накипыо и сажей, являющимися плохими проводниками тепла, сильно затрудняющими передачу тепла от газов к воде. Для этого необ­ ходимо своевременно и тщательно производить продувку котлов и очищать нх стенки от накипи и сажи.

Следует учесть, что появление сажи на стенках котла при

•сжигании газообразного топлива является результатом неуме­ лого или небрежного отношения персонала к регулированию горения топлива и подаче воздуха в топку.

Уменьшить потери тепла с отходящими газами можно также установкой за котлом экономайзеров и воздухоподогревателей — устройств, служащих для подогревания питательной воды, посту­ пающей в котел, и воздуха, направляемого в топку для горения топлива, за счет тепла отходящих газов.

Малая величина потерь тепла с отходящими газами на круп­ ных котлах электростанций и высокий их к. и. д. достигаются в основном за счет установки экономайзеров и воздухоподогре­ вателей.

Для определения температуры отходящих газов за котлом или экономайзером в борове за ними устанавливаются термо­ электрические пирометры (термопары) или другие приборы, измеряющие высокие температуры. Указатели этих приборов соединяются с ними при помощи проводов и устанавливаются на фронте котла рядом с указателями газоанализатора. Наблю­ дая постоянно за температурой отходящих газов, кочегар легче сможет вести правильную работу топки котла и регулировать подачу воздуха в горелки и силу тяги, добиваясь работы уста­ новки с наименьшей температурой отходящих газов, а следова­ тельно, и с меньшей потерей тепла в дымовую трубу.

Второй вид тепловых потерь, называемый «химическим недо­ жогом», получается при неполном сгорании топлива, когда обра­ зуется окись углерода (угарный газ) или не сгорает часть водорода, метана и тяжелых углеводородов. При неполном сгорании выде­ ляется значительно меньше тепла, чем при полном. Потери тепла ■от неполного сгорания топлива, а значит и потери топлива могут

•быть очень большими: при наличии, например, в отходящих газах 1 % окиси углерода, потери топлива, в зависимости от избытка -воздуха, будут от 5 до 7%. Для уменьшения потерь тепла на «химический недожог» необходимо внимательно следить за горе­ нием топлива, добиваясь его полного сгорания путем подачи достаточного количества воздуха.

виды топлива, перемешиваются с воздухом, при хорошей кон­ струкции горелок и топочных устройств можно работать без потерь тепла на «химический недожог». Во всяком случае потерн тепла на «химический недожог» не должны превышать 1,5—2% от всего тепла топлива.

Третьим видом тепловых потерь котла является потеря тепла «в окружающую среду». Эти потери включают в себя тепло, отда­ ваемое обмуровкой и другими частями котла во время его работы окружающему котел воздуху. Величина этих потерь зависит от качества обмуровки или изоляции наружных стенок котла

иот разности температуры между наружной поверхностью котла и окружающей средой. При исправной обмуровке и хоро­ шей теплоизоляции открытых металлических поверхностей котла

итеплом помещении котельной, без сквозняков, потери в окру­ жающую среду будут в пределах от 3 до 10% от всего тепла, содержащегося в топливе. Следует отметить, что чем крупнее, мощнее котельная установка, тем меньше процент потери тепла

У котлов, работающих на твердом топливе, имеется еще один вид потерь тепла, называемый «механическим недожогом». Он обусловливается потерями части топлива, проваливающегося через колосниковую решетку, выгребаемого при чистке топки со шлаками, и мелочью топлива, уносимой тягой в дымоход. Этот вид потерь может составлять от 2 до 10% тепла, содержа­ щегося в топливе.

Таким образом, котлы, работающие на газообразном топливе, не имея потерь тепла на «механический недожог», имеют меныппе потери с отходящими газами, благодаря отсутствию заноса сте­ нок котла золой и сажей, и меньше теряют тепла на «химический недожог» вследствие более совершенного перемешивания горю­ чих газов с воздухом.

Поэтому к. п. д. паровых котлов мелких п среднпх котельных установок, переведенных на газообразное топливо, может быть повышен от 5 до 20% против к. и. д. при их работе на твердом топливе.

Коэффициент полезного действия водогрейных отопительных котлов при правильном переводе пх на газообразное топливо может быть доведен до 85% и более. В некоторых специальных газовых котлах и водонагревателях контактного типа к. п. д. может достигать и более 90%. Коэффициент полезного действия различных печей на твердом топливе крайне разнообразен и может быть менее 10% п доходить до 40%. Перевод печей на газ может повысить их к. и. д. на 3—20% при одновременпом новы-

шеиии производительности большинства из mix. У некоторых печей, рассчитанных для работы на газе, как, например, пекар­ ных, к. п. д. может быть доведен до 65%.

Из изложенного в настоящем разделе следует, что от пра­ вильного обслуживания топочных устройств в большой степени зависит величина потерь и к. п. д. установки.

Способы сжигания горючих газов и типы горелок

Полное сгорание топлива при наименьшем избытке воздуха против теоретически необходимого зависит от того, насколько хорошо, полно будет происходить перемешивание топлива с воз­ духом.

Скорость и полнота сгорания газообразного топлива, длина факела и температура его пламени практически зависят от ско­ рости и качества перемешивания газа с воздухом. Чем полнее происходит перемешивание, тем быстрее и лучше будет сгорать газ, короче будет факел и выше температура пламени. Особенно велико значение перемешивания для природных газов, которые имеют меньшую скорость горения (о чем подробнее будет сказано ниже) и требуют для своего сгорания наибольшего количества

газов). Поэтому при сжигании природных газов необходимо обратить внимание на создание наилучших условий перемеши­ вания газа с воздухом в горелках п топках, независимо от спо­ соба их сжигания.

В настоящее время в зависимости от способов перемешивания газа с воздухом существуют три способа сжигания газа.

1.Сжигание газа светящимся пламенем (диффузионное горе­

ние).

2.Сжигание газа несветящнмся пламенем.

3.Беспламенное сжигание газа.

С ж и г а н и е г а з о в с в е т я щ и м с я п л а м е н е м

Этот способ сжигания газов состоит в том, что в топку при помощи устройств, называемых горелками, подается газ, который встречается с воздухом и перемешивается с ним уже в топке. При этом перемешивание газа с воздухом, а следовательно, и горение его, идущее одновременно с перемешиванием, происхо­ дит относительно медленно, в результате чего получается длин­ ное, иногда до 3—4 м и более светящееся пламя. Такое переме­ шивание газа с воздухом происходит за счет диффузии — спо­ собности частиц одного вещества проникать взаимно в другое. В данном случае частицы газа стремятся распространиться в окру­ жающий факел слой воздуха, а частицы воздуха, наоборот, —

в слой газа. По этой причине указанный способ сжигания газа получил еще название диффузионного, а горелки, применяемые при этом способе сжигания газа, — горелки внешнего смешения, или горелки светящегося пламени, или диффузионные горелки.

При сжигании газа в этих горелках имеет место как моле­ кулярная диффузия, при которой смешение между газом п воз­ духом происходит за счет движения их молекул, так и диффузия отдельных масс воздуха и газа, перемешивающихся между собой вследствие вихреобразиого движения, создаваемого скоростью

При сжигании в диффузионных горелках генераторных газов, не имеющих в своем составе метана и особенно тяжелых углево­ дородов, свечения пламени может не быть; пламя будет длинное, но не светящееся.

Сжигание газообразного топлива при помощи горелок внеш­ него смешения и воздуха, поступающего в топку только за счет силы тяги, может быть допущено для горелок малой мощности. Как правило, в горелки котлов и печей необходимый для горения воздух должен подаваться при помощи вентиляторов или го­

136 Глава V

На рис. 56 изображены схемы нескольких конструкций го­ релок внешнего смешения с различным подведением воздуха к струе газа. При одинаковом расходе газа и воздуха наиболее длинный факел и неполное сгорание получается в горелке 1. В го­ релке 2 факел получается короче, а горение полнее. В горелке 3 благодаря завихрению воздуха, создаваемому винтообразной вставкой, факел становится еще более коротким, а горение еще более полным. Наиболее короткий факел и полное сгорание газа получается в горелке 4, сплющенный конец которой со­ здает увеличение скорости выхода воздуха и газа и пересечение

газового потока воздухом под углом, что в свою оче­ редь способствует наиболее полному перемешиванию газа с воздухом.

• Диффузионное светящееся пламя природного газа отли­ чается равномерной темпера­ турой по всей длине факела, равной 1000—J050° С по его наружной поверхности. Вну­ тренняя часть пламени имеет более высокую температуру, достигающую 1400° С на рас­ стоянии примерно 2/ з высоты (или длины) факела, считая от горелки.

Относительно низкая температура пламени объясняется тем, что светящееся пламя обладает большой прямой отдачей тепла путем лучеиспускания от светящихся частиц. Кроме того, на температуру пламени влияет малая скорость сгорания газа вследствие недостаточно быстрого перемешивания его с воздухом и довольно большой избыток воздуха, с которым происходит сжигание газа от а = 1,2 до а = 1,6 и более.

Вследствие того, что факел светящегося пламени имеет боль­ шую длину, сжигание газов при помощи диффузионных горелок применяется в различных печах, в которых требуется свечение пламени и поддержание равномерной температуры на значи­ тельной длине топки или каналов печи, и имеются большие объемы, позволяющие свободно развиваться пламени факела.

В топках котлов вследствие большой отдачи тепла лучеиспу­ сканием от факела пламени к поверхности нагрева котла, снижа­ ющей температуру горения, оно замедляется еще больше и пере­ носится частично из топки в дымоходы котла, в результате чего

низкокалорийных, генераторных и доменных газах работа котлов

в котлах лишь при сжигании их при помощи горелок несветяще­ гося пламени и, в частности, беспламенным способом. При сжи­ гании газов светящимся пламенем в топках котлов нельзя до­ пускать касания факелом поверхности нагрева котлов, что не­ медленно приведет к охлаждению пламени, неполному сгоранию и образованию сажи, а в некоторых случаях — к пережогу труб котла.

С ж и г а н и е г а з а н е с в е т я щ и м с я п л а м е н е м

При этом способе сжигания газа в топку поступает газ, пред­ варительно смешанный в горелке с частью воздуха, необходи­ мого для его полного сгорания; остальная часть воздуха посту­ пает к факелу из топочного пространства вокруг пламени.. Так как газ частично уже смешай с воздухом, то горение его происходит значительно быстрее, чем при внешнем смешении, без разложения углеводородов, в результате чего факел пламени получается коротким, а само пламя несветящимся и высокой температуры (до 1600° С по наружной поверхности). При этом сгорание газа происходит более полное н при меньших избытках воздуха, чем при сжигании газа в горелках внешнего смешения. Вследствие указанных преимуществ сжигания газа несветящимся пламенем, горелки внутреннего смешения получили нанболыпеераспростраиение. Особенно удобно их применение в котлах с малым топочным пространством. Количество воздуха, подавае­ мого в горелку для смешения с газом, составляет примерно от 30 до 60% от всего необходимого для горения количества воз­ духа, поэтому эти горелки называются горелками неполногоили частичного смешения.

Воздух, подающийся в горелки для смешения с газом, назы­ вается первичным, а поступающий к пламени из топочного про­ странства — вторичным. Подача первичного воздуха в горелки может осуществляться путем инжекции, т. е. засасывания воз­ духа в смеситель горелки энергией струп газа, поступающего в горелку. Горелки, работающие, таким образом, называются инжекционными. Они работают иа низком давлении газа, кото­ рым можно подсосать только часть воздуха, нужного для горе­ ния газа.

В другом типе горелок внутреннего сгорания первичный возДЗ'Х подается принудительно при помощи вентилятора. Различныеконструкции этих горелок могут работать иа низком и на среднем, давлении газа.

Прежде чем разбирать конструкции н работу горелок внутрен­ него смешения, необходимо ознакомиться со строением несве­

душной смеси неполного смешения при полном горении газа представляет собой короткий факел голубовато-фиолетового цвета с зеленовато-голубым ядром в виде конуса. В этом конусе (рпс. 57, 1) происходит нагревание выходящей из горелки газовоздушной смеси, а на поверхности конуса, в зоне 2, происходит

•ее сгорание. Однако это сгорание ввиду недостатка воздуха полу­ чается неполным, с образованием окиси углерода и части несгоревшего водорода. В зоне 3 про­ исходит уже догорание газов неполного горения, образовавшихся в зоне 2, при помощи кислорода вторичного воздуха, окружающего факел.

При неполном сгорании газа, по причине не­ достатка воздуха, пламя становится более тем­ ным, фиолетового цвета, а иа конце факела — све­ тящимся, желтого или красноватого цвета.

При излишке воздуха пламя уменьшается, становится бесцветным и отрывается от горелки; при этом горелка сильнее шумит.

Следует иметь в виду, что цвет газового пла­ мени на фоне раскаленного огнеупора топки несколько меняется, становясь при полном сго­ рании почти бледно-голубым, однако потемнение пламени и появление желтого или красноватого цвета на конце факела всегда указывает на не­ полное сгорание по причине недостатка воздуха.

Пламя горелок внутреннего смешения яв­ ляется менее устойчивым, чем в горелках светя­ щегося пламени, и поэтому они являются менее безопасными и требуют большого к себе внимания со стороны обслуживающего персонала.

Под неустойчивостью пламени понимается способност его отрываться от горелки или про­ скакивать внутрь ее. В первом случае возможно загазование топки и дымоходов котла пли печи

■вследствие того, что горение могло прекратиться, а поступление газа в топку продолжалось.

Особенно это опасно в тех случаях, когда топка котла ие имеет раскаленного огнеупора или недостаточно нагрелась, так как газовоздушная смесь ие воспламенится вновь и заполнит топку и дымоходы установки, а затем от случайной искры, тлеющей

•сажи или неправильных действий персонала может произойти

•ее взрыв.

При проскоке пламени в горелку возможны хлопки. При этом также возможно затухание горелки и загазование топки, или горение газа будет происходить внутри горелки, на выходе из