Copyright оао цкб бибком & ооо Aгентство KнигаCервис удк 621. 64
 Скачать 2.47 Mb.
|
|
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» к месту ее горения. На устойчивость пламени оказывает влияние также соотношение объемов газа и воздуха в газовоздушной смеси, причем, чем больше газа, тем устойчивее пламя. При проскоке пламени горение газа происходит внутри горелки. Это приводит к неполному сгоранию газа и образованию оксида углерода или даже погасанию пламени. Горение газа внутри горелки приводит к тому, что она раскаляется и может выйти из строя. При отрыве пламени газовоздушная смесь поступает в окружающее пространство, что может привести к взрыву газовоздушной смеси. Поэтому обеспечение стабильного горения газа – важнейшее условие его безопасного использования. Стабилизацию пламени газовоздушной смеси можно обеспечить с помощью специальных устройств. Необходимые условия при этом поддержание скорости выхода газовоздушной смеси в безопасных пределах поддержание температуры в зоне горения не ниже температуры воспламенения газовоздушной смеси. Когда в горелку поступает не газовоздушная смесь, а чистый газ, пламя наиболее устойчиво. Объясняется это тем, что в чистом газе пламя не распространяется и проскок пламени не возникает. Однако прирезком увеличении скорости выхода газа может произойти отрыв пламени, но ион менее вероятен, чем при подаче газовоздушной смеси. При подаче чистого газа в горелку его расход можно регулировать в достаточно широких пределах. Если же к факелу подается газовоздушная смесь, содержащая 50–60 % воздуха от теоретически необходимого для полного сжигания газа, то горение такой смеси будет менее устойчивым. Наименее устойчиво горение заранее подготовленных для полного сжигания газа газовоздушных смесей. Итак, чем меньше воздуха содержится в газовоздушной смеси, тем устойчивее процесс его сгорания. Стабилизация пламени при сжигании полностью подготовленной газовоздушной смеси достигается с помощью специальных устройств (рис. 7). Например, проскок пламени предотвращается, если сузить выходное отверстие для газовоздушной смеси. Увеличивающаяся при этом скорость выхода смеси не позволяет произойти проскоку. Пламя не распространяется через узкие щели плоской стабилизирующей решетки (см. рис. 7, г, так как в них газовоздушная смесь быстро охлаждается. Если выходное отверстие выполнено в виде мелкой решетки, то это тоже предотвращает проскок пламени в горелку. Вероятность проскока пламени можно снизить, если охлаждать выходное отверстие носика горелки. Скорость распространения пламени в этом месте снижается, и температура смеси становится ниже температуры воспламенения ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Отрыв пламени от горелки предотвращают установкой различных устройств. Например, у устья горелки помещают небольшую дежурную горелку с устойчивым факелом для постоянного поджигания выходящей из горелки газовоздушной смеси, либо на поду печи выполняют горку избитого огнеупорного кирпича см. рис. 7, в). Наибольшее распространение получила стабилизация горения с помощью огнеупорных тоннелей. Газовоздушная смесь поступает из кратера горелки в цилиндрический тоннель (см. риса, б, диаметр которого в 2–3 раза больше диаметра кратера горелки. Прирезком расширении тоннеля вокруг корневой части факела создается разрежение, что вызывает обратное движение части раскаленных продуктов горения. За счет этого температура газовоздушной смеси в корне факела повышается и обеспечивается устойчивая зона зажигания. Такой же эффект достигается при размещении на выходе из горелки плохо обтекаемого тела (рассекающий стабилизатор (см. рис. 7, в). методы сжигания газа В зависимости от способа образования газовоздушной смеси методы сжигания газа (рис. 8) можно разделить на диффузионный, кинетический и смешанный (диффузионно-кинетический). Диффузионно-кинетический метод сжигания газа реализуется в двух вариантах неполным предварительным без образования однородной смеси и частичным предварительным смешением Рис. 7. Устройства для стабилизации пламени газа: а – огнеупорный тоннель б – дырчатая горелочная насадка в – рассекающий стабилизатор г – плоская стабилизирующая решетка д – решетка с огнеупорной наброской; е – горка из огнеупорного кирпича а г б д в е Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» газа с воздухом. При частичном предварительном смешении образуется однородная смесь с недостатком окислителя в начальной смеси. При диффузионном методе сжигания к фронту горения газ поступает под давлением, а необходимый для горения воздух – из окружающего пространства за счет молекулярной или турбулентной диффузии. Смесеобразование здесь протекает одновременно с процессом горения, поэтому скорость процесса горения в основном определяется скоростью смесеобразования. Процесс горения начинается после образования контакта между газом и воздухом. К струе газа (см. риса) диффундирует воздуха из струи газа в воздух – газ. Сгорание топлива осуществляется в тонком поверхностном слое факела, называемом фронтом горения, к которому из внутренней части факела поступает газа из топки – воздух. Выделяемые продукты сгорания осложняют взаимную диффузию газа и воздуха, в результате чего горение протекает медленно с образованием частиц сажи. Этими объясняется, что диффузионное горение характеризуется значительной длиной и светимостью пламени. Одно из достоинств диффузионного метода сжигания газа – возможность регулирования процесса горения в широком диапазоне. Процесс смесеобразования легко управляем при применении различных регулировочных элементов. Площадь и длину факела можно регулировать дроблением струи газа на отдельные факелы, изменением диаметра сопла горелки, регулированием давления газа и т. д. Преимущества диффузионного метода сжигания высокая устойчивость пламени при изменении тепловых нагрузок, отсутствие проскока пламени, равномерность температуры по длине пламени. Недостатки этого метода вероятность термического распада углеводородов, потребность в больших топочных объемах, низкая интенсивность горения, вероятность неполного сгорания газа. Рис. 8. Методы сжигания газа: а – диффузионный б – кинетический в – диффузионно-кине- тический в горелках с неполным предварительным смешением г – диффузионно-кинетический в горелках с частичным предварительным смешением а б в г Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» При кинетическом методе сжигания (см. рис. 8, б) к месту горения подается газовоздушная смесь, полностью подготовленная внутри горелки. Газовоздушная смесь сгорает в коротком факеле в виде голубого прозрачного конуса. Сгорание топлива в данном случае осуществляется на поверхности этого конуса, называемом фронтом кинетического горения. Достоинство этого метода сжигания малая вероятность химического недожога, небольшая длина пламени, высокая температура факела. Недостатком является необходимость стабилизации газового пламени. При реализации диффузионно-кинетического метода сжигания факел имеет два фронта горения (см. рис. 8, в и г кинетический в виде голубого прозрачного конуса и диффузионный, в котором происходит догорание топлива. Факел при этом прозрачный, бледно-голубого цвета. В горелках с неполным предварительным смешением (см. рис. 8, в) воздух поступает в них в полном объеме. Из горелки выходит плохо перемешанная неоднородная газовоздушная смесь. Воздух к диффузионному фронту горения поступает из внутренней части факела. При частичном предварительном смешении (см. рис. 8, г) горелка обеспечивает предварительное смешение газа только счастью воздуха, необходимого для полного сгорания газа, остальной воздух поступает из окружающей среды непосредственно к факелу. В этом случае сначала выгорает во фронте кинетического горения лишь часть газа, смешанная с первичным воздухом, а оставшаяся часть газа, разбавленная продуктами сгорания, выгорает после присоединения кислорода вторичного воздуха из топки во фронте диффузионного горения. основные направления повышения эффективности использования газового топлива Газовое топливо, добываемое с огромными затратами трудовых и материальных ресурсов, часто используется с недостаточно высокой эффективностью. При правильном контроле процесса горения и использовании теплоты уходящих газов КПД котлов, работающих на газе, достигает 90–94 %, а при отсутствии должного контроля существенно снижается. Повышение эффективности использования газа имеет большое народнохозяйственное значение. Одна из актуальных задач, стоящих перед работниками газовых хозяйств, – систематическая работа над повышением КПД использования теплоты ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Для устранения перерасхода газового топлива необходимо осуществлять систематический контроль за его сжиганием. Это дает возможность устранять потери теплоты, вызванные неполнотой сгорания, высокой температурой уходящих газов, большим избытком воздуха. Для повышения эффективности использования газа в газо- использующих установках необходимо быстро и с минимальными затратами труда определять потери теплоты и КПД газоисполь- зующих установок. Эффективность использования газового топлива во многом зависит от правильности его выбора. Так, для высокотемпературных процессов целесообразно использовать газ с малым содержанием балласта и высокой жаропроизводительностью. В этом случае обеспечивается повышение производительности газовых установок и, благодаря уменьшению продолжительности процесса сгорания газа и снижению потерь топлива в окружающую среду, снижается удельный расход топлива на единицу выпускаемой про- дукции. Во многих технологических процессах, связанных с процессами сушки воздухом, применяется промежуточный теплоноситель водяной пар. Получение водяного пара требует дополнительных источников теплоты, а между тем для сушки с успехом можно применять продукты сгорания газа, тогда отпадает необходимость специальных котельных установок и калориферов для нагрева воздуха паром. Известно, что при сжигании 1 м газа выделяется м водяного пара, уходящего с продуктами сгорания. Если теплоту конденсации этих водяных паров использовать для нагрева питательной воды, можно повысить КПД котельных установок. Другой резерв повышения эффективности использования газового топлива – сжигание газа в горелочных устройствах при больших тепловых напряжениях, что позволяет получать большее количество теплоты в малом объеме. Многие технологические процессы протекают при высокой температуре уходящих газов. Эффективность использования газа в этом случае повышается, если использовать теплоту уходящих газов для производства пара, нагрева воды или воздуха. Каждая калория, вносимая в печь с подогретым воздухом, экономит несколько калорий теплоты сжигаемого газа. Однако сооружение специальных рекуператоров хотя и приводит к значительной экономии газа, но требует дополнительных капиталовложений. Поэтому актуальной задачей является разработка методов снижения температуры уходящих газов и повышения эффективности Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» использования газа, несвязанных с применением дополнительного оборудования и капитальных вложений. Наиболее прогрессивен метод ступенчатого использования теплоты продуктов сгорания, основанный на сочетании работы низкотемпературных, среднетемпературных и высокотемпературных установок. Теплоту уходящих газов, отводимых от котлов и печей, можно использовать для отопления сушильных установок, а теплоту конденсации водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания газа, отводимых из котлов или сушилок, – для нагрева воды в контактных экономайзерах. Таким образом, продукты сгорания, отводимые из высокотемпературных установок, используют в низкотемпературных процессах для отопления этих установок. КПД ступенчатых установок может быть доведен до 95 Продукты сгорания газа можно с успехом использовать в качестве источника диоксида углерода и инертных газов. Большой интерес представляет применение диоксида углерода для ускорения развития растений и повышения урожая. Известно, что органическая масса растений образуется путем фотосинтеза из СО и НОВ атмосфере воздуха содержится около 0,03 % СО по объему и 21 % О. Многие растения до сих пор не приспособились к таким концентрациям СО и О, их фотосинтетический аппарат и сейчас лучше работает при значительно более высоких концентрациях СО (чем 0,03 %) и при более низких (чем 21 %) концентрациях кислорода. Поэтому более высокие показатели роста растений и повышения урожайности наблюдаются в искусственных условиях при повышении концентрации СО и снижении концентрации О 2 в окружающем воздухе. Повышение концентрации диоксида углерода в теплицах с доведением содержания СО в воздухе теплиц до 0,3 % позволяет увеличить на 20 % урожай огурцов и других овощей, на 50 % – число цветов и ускорить их развитие, примерно на 100 % повысить зеленую массу табака, чая, герани и других культур. Обогащение воздуха теплиц диоксидом углерода имеет важное значение, так как с ростом количества теплиц и применением гидропоники, при которой отсутствует выделение СО из почвы, потребность в диоксиде углерода значительно возрастает. Чистые продукты сгорания природного газа можно использовать для хранения в течение длительного срока фруктов и других пищевых продуктов. Продукты полного сгорания газа можно применять также в качестве инертных газов для изоляции огнеопасных и взрывоопасных материалов от контакта с воздухом, продувки взрывоопасной аппаратуры ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» рациональное сжигание газа и защита воздушного бассейна Защита воздушного бассейна от загрязнений – одна из важнейших проблем современности. Быстроразвивающиеся промышленность и транспорт приводят к загрязнению атмосферы дымом, диоксидом углерода, парами хлора, пылью металлургических и других промышленных предприятий. Выхлопные газы автомобилей выбрасывают в атмосферу свинец и оксид углерода. Так, водном литре этилированного бензина содержится 200–500 мг свинца. Перевод в крупных городах автомобилей на сжиженный газ во многом способствует очищению воздушного бассейна. Другой источник загрязнения воздушного бассейна – всевозрастающие темпы потребления различного топлива, с ростом потребления которого увеличивается количество выбрасываемых в атмосферу токсичных и канцерогенных веществ. Известно, что при сжигании топлива образуются вредные для здоровья человека вещества сажа, зола, оксид углерода, оксиды азота и др. Токсичным веществом является оксид азота О, один из наиболее опасных загрязнителей воздушного бассейна. Оксид азота образуется в пламени, в зоне высоких температур, путем соединения азота с кислородом. При температурах 1500–1800 С наблюдается наибольшая концентрация NO. Выбрасываемые в атмосферу горячие газы охлаждаются, и оксид азота превращается в диоксид азота (О. Оксиды азота, попадая в организм человека, поглощаются кровью и оказывают вредное действие на органы дыхания. В нашей стране установлены предельно допустимые нормы концентрации оксидов азота в атмосфере населенных пунктов мг/м 3 ). Продукты сгорания должны удаляться через дымовые трубы. При сжигании твердого и жидкого топлива могут образоваться канцерогенные вещества, которые способствуют возникновению раковых заболеваний. Особенно опасна тонкая пыль, адсорбирующая химические вещества воздуха и переносящая их в легкие человека. Сажа, образующаяся в процессе горения и несущая мельчайшие частицы угля, может быть носителем ароматических веществ, вызывающих различные тяжелые заболевания. В связи с этим перед человечеством стоит важнейшая проблема борьбы с загрязнением воздушного бассейна. Одно из наиболее эффективных средств борьбы – замена твердого и жидкого топлива природным газом. Каждый год тысячи Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» промышленных и коммунальных предприятий переводят на газовое топливо. Большим достоинством природного газа является то, что при его сжигании не образуются твердые частицы. Если месторождения природных газов содержат сероводород, то его обязательно удаляют, чтобы исключить возможность образования оксидов серы. Отечественные газогорелочные устройства обеспечивают полноту сжигания газа и уменьшают концентрацию оксида углерода в продуктах сгорания до допустимых пределов. Существующие методы сжигания газа и конструкции горелок обеспечивают снижение количества образующихся оксидов азота до приемлемого минимума. С целью сокращения выбросов вредных веществ в окружающую среду и улучшения очистки уходящих газов от вредных примесей повсеместно совершенствуют технологические процессы и транспортные средства, увеличивают выпуск высокоэффективных газо- и пылеулавливающих аппаратов, водоочистного оборудования, а также приборов и автоматических станций контроля за состоянием окружающей среды ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Глава 4 газовЫе горелки классификация Устройство, обеспечивающее устойчивое сжигание газообразного топлива и регулирование процесса горения, называется газовой горелкой. Основные функции газовых горелок подача газа и воздуха к фронту горения газа, смесеобразование, стабилизация фронта воспламенения, обеспечение требуемой интенсивности процесса горения газа. По способу подачи в топочную камеру газа и воздуха и условий их смешения все горелки можно разделить на четыре группы) без предварительного смешения газа с воздухом – диффузионные) с полным предварительным смешением газа с воздухом – кинетические) с неполным предварительным смешением газа с воздухом) с частичным предварительным смешением газа с воздухом. Широкое распространение имеет классификация горелок по способу подачи воздуха. Поэтому признаку горелки подразде- ляют: на бездутьевые – воздух поступает в топку за счет разрежения в ней; инжекционные – воздух засасывается за счет энергии струи газа; дутьевые – воздух подается в горелку или топку с помощью вентилятора. Горелки могут работать при различных давлениях газа низком до 5000 Па, среднем – от 5000 Па до 0,3 МПа и высоком – более 0,3 МПа. Наибольшее распространение имеют горелки, работающие на низком и среднем давлениях газа. Важная характеристика горелки – ее тепловая мощность , С Т Н Г Q Q где Q T – тепловая мощность горелки, МВт (кДж/ч); С Н Q – низшая теплота сгорания газа, кДж/м 3 ; V Г – часовой расход газа горелкой, м 3 /ч. |