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

180 Глава VI

ударом языка, колебание натянутой струны при касании ее, колебание 1слоев воздуха, вызванное выстрелом или взрывом, и т. п.

Колебания звучащего тела передаются окружающему его

колебаний звуковой волны, тем выше тон звука и наоборот. Сово­ купность многих кратковременных разнообразных звуков (раз­ личных частот) представляет собой шум.

Колебания одного звучащего тела могут возбуждать звуковые колебания в другом теле, причем, если частота колебания первого совпадает с собственной частотой колебания второго, сила звуча­

заставляет резонировать ее корпус и находящийся в нем воздух, что вызывает усиление силы звука.

Изучением процесса образования шума в топках котлов и печей во время их работы установлено, что их звучание происхо­ дит вследствие резонансного усиления получаемых при сгорании газовоздушной смеси звуковых колебаний (частот). Иначе говоря, звуковые колебания, порождаемые при образовании и сгорании газовоздушных смесей, вызывают колебание самих топок котлов и печей, что приводит к гудению их, достигающему наибольшей силы при совпадении их частот колебаний, т. е. при резонансе. Частота колебания печей находится в пределах от 60 до 160 гц. Частота колебания, вызываемая работой горелок, также лежит в пределах низких топов н составляет от 60 до 300 гц и более.

Для предотвращения явления резонаса и, следовательно, сильного гудения котлов и печей необходимо, чтобы частота их собственных колебаний отличалась от частоты колебаний, со­ здаваемой горелками, не менее чем на 50 гц.

Теперь разберем, отчего же шумит (гудит) горелка? Известно, что гудение получается главным образом при сжигании газовоз­ душных смесей в инжекционных горелках высокого давления.

Увеличение подачи первичного воздуха в горелки с частичным смешением больше установленного предела также немедленно приводит к появлению гудения. Отсюда следует, что гудение го­ релок происходит при поступлении в топку газовоздушной смеси

отдельных мелких непрерывно чередующихся взрывов, приводя­ щих к ударам частиц нагретых, расширяющихся при сгорании газов, о частицы окружающего воздуха и порождает этим ряд звуковых волн, которые, сливаясь, создают шум. Таким образом, гудение горелок происходит в результате взрывного характера горения газовоздушиых смесей.

Наблюдаемое гудение горелок, происходящее при увеличе­ нии их нагрузки, лишь подтверждает взрывной характер горения газовоздушных смесей, так как при увеличении нагрузки горелок увеличивается турбулентность потока смеси, способствующая по­ вышению скорости горения и перемещению фронта пламени, что повышает силу взрывов. Кроме того, наблюдение за работой инжекциопных горелок высокого давления показало, что другой причиной особо сильного их звучания являются удары газовой струи в подсасываемый поток воздуха, происходящие в смесителе горелок. При этом в результате резонанса звучание усиливается колебанием стенок смесителя.

Гудение горелок, часто сильное и монотонное, отрицательно влияет на самочувствие обслуживающего персонала, вызывая преждевременное утомление и неприятные ощущения, иногда при­ водящие к заболеванию слуховой и нервнойсистемы.

Желая уменьшить шум, кочегары нередко уменьшают откры­ тие воздушных шайб горелок, сокращая подачу в них первичного воздуха. В результате этого нарушается основной принцип ра­ боты горелок полного смешения — подача в горелку всего необхо­ димого для горения газа воздуха, обеспечивающего возможность сжигания газа полным горением при наименьших избытках воз­ духа в топке.

Горение в топке становится неполным с образованием зна­ чительного количества окиси углерода, недогоревшего водо­ рода, метана, тяжелых углеводородов и выделением сажи, осо­ бенно в тех случаях, когда нет возможности подвести в топку вто­ ричный воздух взамен сокращения подачи первичного из-за отсут­ ствия в топке специальных отверстий.

Такой способ борьбы с шумом нельзя признать допустимым вследствие того, что он не только ведет к большому перерасходу газа, но при недостаточной тяге и в моменты повышенных форси­ ровок (нагрузок) котлов и печей может стать причиной взрыва окиси углерода в дымоходах и борове установки или проникнове­ ния окиси углерода в помещение котельной.

С целью уменьшения шума и обеспечения полного сгорания газа, хотя и с несколько повышенным избытком воздуха, Ленин­ градским проектным институтом «Ленгипроинжпроект» разрабо­ тан специальный насадок, окружающий головку смесителя инжекционных горелок высокого давления, обеспечивающий подвод

вторичного воздуха к корню факела горелки (рис. 82). Насадок снабжен устройством, позволяющим регулировать количество вторичного воздуха. В качестве стабилизатора горения приме-

Рис. 82. Схема установки горелки с надсадкой для вторичного воздуха в топке жаротрубного котла:

1 — смеситель горелки; г — чугунный надсадок; з — кольцевой канал для прохода воз­ духа; 1 — регулятор вторичного воздуха; 5 — шамотная горка; 6 — футеровка топки; 7 — дверца смотрового окпа.

иена шамотная горка. Устройство рассчитано на работу горелок при инжектировании первичного воздуха в них в количестве не более 70—80% от действительно необходимого. Остальное ко­ личество воздуха поступает в качестве вторичного к корню фа­ кела за счет силы тяги в топке.

Значительное уменьшение шума в котлах и печах может быть достигнуто заменой горелок большой производительности несколь­ кими горелками меньшей производительности и л и применением многосопловых горелок и, в частности, горелок, разработанных Институтом использования газа Академии наук Украинской ССР.

Звучание топок уменьшается при применении горелок с пластин­ чатыми излучателями, в которых протекание процесса сгорания происходит иа большей поверхности, более рассеянно и снижает частоту колебания топки, отдаляя ее от резонанса (см. рис. 95). Некоторое уменьшение шума достигается звукопоглотнтелямп, применяемыми на инжекционных горелках с пластинчатыми ста­ билизаторами (см. рис. 68).

На усиление гудения топок влияет вибрация самих горелок вследствие недостаточного укрепления их, повышения давления газа перед горелками выше установленной величины и перегрузки горелок, поэтому указанные явления не должны допускаться.

Гудение котлов и печей, происходящее при установившихся в них рабочих температурах, в результате резонанса, может быть устранено изменением их собственной частоты колебания путем изменения объема топок, их конфигурации, сечения дымо­ ходов и других переделок.

Так, например, сильное гудение нагревательной печи с откры­ тым окном было устранено повышением ее резонансной частоты путем увеличения размера окна.

Следует отметить, что шум, создаваемый при работе вентиля­ торов, подающих в горелки вторичный воздух (или других) бывает иногда не меньше шума, издаваемого горелками. Поэтому уста­ новку вентиляторов следует производить на резиновых или вой­ лочных прокладках, устанавливать их вне помещения котельной

вспециальных пристройках или других нерабочих помещениях.

Впоследнем случае для поддержания надлежащего воздухообмена

вкотельной всасывающий воздухопровод вентилятора выводится

впомещение котельной.

Нагнетательные воздухопроводы от вентилятора к горелкам во избежание передачи по ним шума целесообразно выполнять

стальных (старых) труб.

Дальнейшее изучение причин, вызывающих шум в котельных и печных установках, и способов их устранения без ухудшения процесса сжигания газов является настоятельной необходимостью в развитии техники сжигания горючих газов.

Глава VII

ПОДАЧА ВОЗДУХА И УДАЛЕНИЕ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ Естественная тяга

Необходимым условием для обеспечения нормальной работы котлов и печен или других установок, в которых производится сжигание газообразного топлива, является непрерывная подача в их горелки п топки достаточного количества воздуха. Образую­ щиеся при сгорании горючих газов продукты горения — дымо­ вые газы, проходя по газоходам котла или печи, отдают значитель­ ную часть своего тепла их поверхностям нагрева и выходят но бо­ рову в дымовую трубу. Движение воздуха и газов в котельной или другой установке создается тягой.

Тяга может быть естественной или искусственной. Естествен­ ная тяга получается прп помощи дымовых труб, которые бывают железными, кирпичными и бетонными. Естественная тяга со­ здается вследствие того, что во время работы установки дымовая труба заполнена отходящими газами, которые при выходе из котла имеют температуру от 200 до 400° С. Если за котлом уста­ новлен экономайзер илн воздухоподогреватель, то температура отходящих газов прп входе в трубу будет ниже (но обычно не ниже 160—180° при естественной тяге). Как известно, газы при нагре­ вании сильно расширяются и поэтому становятся значительно легче наружного воздуха. Отсюда следует, что вес столба отходя­ щих газов в трубе всегда меньше веса такого же столба холодного воздуха. Вследствие этого наружный холодный воздух входит в топку, преодолевая сопротивление топки и дымоходов установки. Схематически действие тяги изображено на рис. 83.

С и л а т я г и , с о з д а в а е м а я д ы м о в ы м и т р у ­

и выше температура дымовых газов в ней, тем легче будет их столб в трубе и тем меньше его давление против такого же столбанаружного воздуха, тем с большей силой он будет вытеснять, дымовые газы из трубы. Вследствие того, что отходящие газы,, заполняющие дымовую трубу, легче воздуха, в нижней части ее

создается давление меньше атмосферного. Поэтому в борове, дымоходах и топке установки создается разрежение. Чем больше

газов в дымоходе. Раз­ ница между уровнями воды в тягомере покажет величину раз­

В случае попадания горючих газов в топку и дымоходы,, например, по причине неплотности запорной арматуры во время

•186 Глава VII

перерыва в работе топки или при отрыве пламени от горелки

хой.

Недостаток тяги может быть также причиной неполного сго­ рания газа из-за недостатка вторичного воздуха. Образующаяся при неполном сгорании окись углерода сама по себе может быть причиной взрыва газов в дымоходах или борове в случае подсоса в них воздуха.

Котлы и печи, постоянно имеющие недостаток тяги, дымящие через неплотности в кладке, вообще не могут работать на газооб­ разном топливе до переделки их тяговых устройств.

Разрежение в топках котлов и печей в зависимости от их мощ­ ности и нагрузки должно быть в пределах от 0,5 до 3 мм вод. ст. (наиболее часто 1—2 ли вод. ст.). За котлом перед шибером (ды­ мовой заслонкой), которым регулируется сила тяги, разрежение может быть от 5 до 20 мм вод. ст. п более, в зависимости от мощ­ ности установки. У крупных котлов электростанций разрежение за установкой достигает нескольких десятков и даже сотен милли­ метров водяного столба.

Согласно требованию правил Госгазтехннспекцни па котлах и печах и других агрегатах, работающих на газообразном топливе,

.для проверки наличия и силы тяги обязательна установка тяго­ меров за агрегатом п е р е д его шибером.

Кроме этого тягомера, нужно иметь второй на фронте топки агрегата для постоянного наблюдения за разрежением в топке как во время разжига горелок, так и во время их работы.

Излишне сильная тяга в топке не нужна и даже иредиа, так как способствует большим прпсосам в топку и дымоходы холод­ ного воздуха, в результате чего работа топки будет происходить

сбольшим избытком воздуха, чем это необходимо, и потеря тепла

сотходящими газами в трубу увеличится, а температура в топке

понизится. Кроме того, сильная тяга в топке способствует отрыву пламени от горелки.

Сильная тяга хороша только при проветривании (вентиляции) топок п дымоходов установки перед растопкой и в случае их загазования. Так как часть воздуха, а иногда и весь воздух необхо­ димый для сгорания газа, засасывается в горелки при помощи

.инжекции или подается в них вентилятором, то на долю тяги приходится обеспечение топки вторичным воздухом и удаление из установки отходящих газов. Поэтому на котлах и печах, рабо­ тающих на газе, нет необходимости в поддержании в топке боль­ шого разрежения. Оно должно быть возможно меньшим, однако таким, чтобы обеспечить необходимую подачу вторичного воздуха для получения полного сгорания газа. В то же время оно не дол­ жно уменьшаться до нуля во избежание проникновения топочных

газов в помещение котельной. Возможны даже случаи выбрасы­ вания пламени из смотровых и других отверстий топок.

Работа с давлением в топке выше атмосферного, сопровождаю­ щаяся небольшим выбиванием пламени через неплотности, допускается, как исключение, в некоторых печах, оборудованных специальной вытяжкой, цеховой или местной вентиляцией с уста­ новкой зонтов и других вытяжных устройств. Величина давления, поддерживаемого в печи, предусматривается эксплуатационной инструкцией.

Регулирование силы тяги в топке путем изменения величины открытия шибера за установкой следует делать осторожно, наблю­ дая за пламенем горелок и показанием топочного тягомера, под­ держивая в топке необходимое разрежение в 1 —3 мм вод. ст.

В практике работы газифицированных котельных были слу­ чаи отравления персонала котельных окисью углерода (угарным газом), образовавшейся и проникшей из топки в помещение ко­ тельной из-за недостатка тяги вследствие недостаточного откры­ тия шибера котла.

На силу естественной тяги оказывают свое влияние атмосфер­ ное давление и температура окружающего воздуха. Так, при понижении давления атмосферы, сопровождающемся ухудшением погоды, тяга становится хуже. При более высоком давлении ат­ мосферы в хорошую погоду тяга улучшается. С другой стороны, зимой, в морозное время, тяга бывает значительно лучше, чем в жаркое время лета; это объясняется изменением разности тем­ пературы дымовых газов в трубе и наружного воздуха. Так, например, в зимнее время прп температуре наружного воздуха, равной —20° С, и температуре отходящих газов в дымовой трубе +200° С разница температур будет в 220° С, а летом при темпе­ ратуре воздуха +20° С и такой же температуре в трубе разница температур будет только в 180° С.

Следовательно, в зимнее .время разница между весом холод­ ного воздуха и дымовых газов в трубе будет больше, чем летом, а поэтому и сила тяги зимой лучше. Величина силы естественной тяги уменьшается также от присосов воздуха в дымоходы и боров установки и в случае появления в борове сырости в результате действия подпочвенных вод или подъема канализационных вод при неисправности канализации. Присос воздуха легко устра­ нить замазыванием всех неплотностей в кладке глиной, асбесто­ глиняной массой и т. д. Отыскание неплотностей можно сделать во время работы агрегата при помощи пламени свечи, которое будет втягиваться прп поднесении его к местам возможных не­ плотностей — трещинам в кладке, изъянам и т. д.

Борьба с поступлением влаги в боров в дымоходы более сложна и производится различным способами в зависимости от местных условий — при помощи устройства различного типа дренажей

188 Глава VII

для отвода вод, бетонирования дымоходов и т. д. На ухудшение тяги дымовых труб может оказать влияние ветер, который в неко­ торых случаях в небольших установках может вызвать опрокиды­ вание тяги, т. е. такое явление, когда движение газов в трубе направится в обратную сторону. В таком случае возможно пре­ кращение горения газа п попадание его в помещение установки. Для предотвращения влияния ветра на тягу необходимо, чтобы дымовые трубы были выше окружающих их зданий, деревьев и т. д.; небольшие дымовые трубы следует оборудовать защитными колпаками.

Если дымовые трубы проходят в стенах зданий, то наружная часть пх должна выводиться выше конька крыши здания не ме­ нее чем на 0,5 м при расположении ее на расстоянии в 1,5 ль от него илн на одном уровне с коньком крыши при удалении от него на расстояние в 3 ж и более. Учитывая указанные выше возмож­ ности ухудшения естественной тяги и опасность работы на газо­

у котлов большой мощности, оказывающих движению газов боль­ шое сопротивление. Также применяются дымососы в случаях, когда дымовая труба не может обеспечить достаточной естественной тяги, пли в ус­ тановках, в которых при помощи эконо­ майзеров и воздухоподогревателей полу­ чается понижение температуры отходя­ щих газов до 140—120° С и ниже, что является недостаточным для получе­ ния необходимой естественной ' тяги.

Устройство дымососов (рис. 85) в основ­ ном не отличается от устройства вен­ тиляторов, служащих для перекачки

воздуха. Дымосос состоит из ротора — Рис. 85. Дымосос. лопастного рабочего колеса в виде

барабана, сидящего на валу и поме­ щенного в металлическом корпусе. При вращении ротора отхо­ дящие дымовые газы под действием центробежной силы вы­ брасываются через напорный патрубок дымососа в дымовую трубу, вследствие чего во всасывающем патрубке его, соеди­ ненном с боровом, создается разрежение. Дымовая труба в этом случае может быть невысокой. При работе дымососа его вал и