Принципы создания устойчивого процесса сжигания газа в топливнике




В данном разделе будет освещено действие только тех факторов, которые способствуют предотвращению отрыва пламени от газогорелочных отверстий. На. практике это явление встречается довольно часто при розжиге горелок, когда возрастает давление газа в сети (до 1800—2000 Па), и при наличии сильной тяги в топочном пространстве.

Устойчивость процесса горения газа зависит не только от создаваемого в топочном пространстве факела (светящегося или прозрачного), но и от ряда других факторов.

Известно, что зона горения стабилизируется в той области, где скорость выхода газовоздушной смеси становится равной нормальной скорости распространения пламени. На  44 схематично, в виде конуса, показана поверхность фронта воспламенения газовоздушной смеси.. В любой точке этого конуса скорость поступательного движения газовоздушной смеси (WIB) может быть разложена  на две составляющие — нормальную к его поверхности и касательную к ней. Нормальная составляющая равна по величине скорости распространения пламени в данной смеси, а потому компенсируется последней. Касательная составляющая ничем не компенсируется, поэтому элементарный кольцевой слой горящей смеси смещается вдоль поверхности конуса в направлении к его вершине, а ему на смену снизу приходит соседний элементарный горящий слой. Этим объясняется непрерывность и своеобразная форма фронта пламени. Наиболее устойчив фронт пламени по отношению к отрыву в той области, где наблюдается наибольшая скорость нормального распространения пламени

Факторы, предотвращающие отрыв газового факела от газогорелочных отверстий, тесно связаны со скоростью распространения пламени.

вывод, что нормальная скорость распространения пламени будет максимальной в точке А по оси и минимальной в точке D, которая находится на некотором расстоянии от стенки выходного отверстия. По всей. окружности    трубки   такие  точки   образуют кольцо, опоясывающее выходящую из трубки газовоздушную смесь, от устойчивости которого зависит стабильность всего пламени в целом, что доказывается следующим опытом. Если в основании газогорелоч-ного отверстия разместить металлическое кольцо, то, когда оно раскалится, пламя будет сохранять устойчивость даже при скоростях истечения больших, чем скорости, превышающие допустимые, для ус-тойчизого существования пламени в обычных условиях (без кольца).

Если взять две близкие друг к другу точки В и С на по:верх-ности фронта воспламенения, то cos <p между векторами WTB и VHOPM МОЖНО принять постоянным. В то же время скорость движения газовоздушной смеси по сечению трубки неодинакова. Максимальная величина W*TBC будет по оси трубки и минимальная, приближающаяся к нулю (WMHH), около стенки. Из формулы (2) видно, что при одинаковом cos <p величина VЈ в точке С будет больше, чем V  в точке В. Отсюда можно сделать

Из сказанного выше следует, что подавать вторичный холодный воздух к корню факела, как рекомендуют некоторые исследователи, нецелесообразно. Концентрированный подвод вторичного воздуха в корень факела вредно сказывается не только на устойчивости процесса горения, но и на его тепловом режиме, ибо основная идея правильного протекания процесса горения состоит в равномерном подводе воздуха ко всей поверхности факела одновременно.

Одной из эффективных мер, поддерживающих устойчивое состояние факела, является подвод к корню пламени раскаленных продуктов сгорания. Последние, вследствие образующегося разрежения в месте выхода газовоздушной смеси из горелочного отверстия, автоматически подсасываются к корню факела и создают устойчивую кольцевую зону зажигания. В случае расположения факела в пространстве, заполненном холодным воздухом, к корню его будут подсасываться холодные воздушные потоки, вследствие чего при увеличении скорости истечения газовоздушной смеси устойчивое периферийное самозажигание будет нарушено.

Устройство дополнительного пламенного кольца дает наибольший эффект в том случае, когда в кольцо поступает горючая смесь с большой скоростью распространения пламени, например газокислородная.

Устойчивая кольцевая зона пламени может быть получена также за счет искусственного образования дополнительного поджигающего кольца. Присутствие последнего позволяет в широких пределах изменения скоростей истечения газа или газовоздушной смеси получить устойчивый факел в холодном открытом пространстве.

На устойчивость факела в топочном пространстве в большой степени влияют раскаленные огнеупорные поверхности, роль которых заключается в следующем. Огнеупорные кирпичи, обладающие сравнительно малой теплопроводностью, уменьшают потери теплоты, выделяемой в результате процесса горения газа в окружающее зону горения пространство. Благодаря этому в топочном (реакционном) объеме поддерживается более высокая температура, чем могла бы быть при отсутствии огнеупоров. Огнеупорная поверхность, получая теплоту конвекции и излучением от раскаленных продуктов горения, при высоком тепловом напряжении топки накаляется и облучает поступающую из отверстий горелки горючую смесь, ускоряя ее нагрев и активацию.

Устойчивости кольцевой поджигающей зоны способствует также установка горелки головкой наклонно вниз, причем чем больше будет угол наклона, тем стабильнее происходит горение (наилучшее расположение головки горелки — вертикально вниз).

Таким образом, если горючая смесь направлена на раскаленную поверхность твердого тела, имеющего более высокую температуру, чем температура воспламенения данной смеси, то процесс горения стабилизируется и оно остается устойчивым даже при больших скоростях перемещения смеси.

Теплота, аккумулированная раскаленной огнеупорной поверхностью, обеспечивает непрерывность процесса горения, устойчивое поджигание смеси и стабилизирует горение при возможных изменениях тепловой нагрузки, состава и удельной теплоты сгорания поступающей газовоздушной смеси.

Простым и технически легко выполнимым способом, стабилизирующим процесс горения, является использование плохо обтекаемых огнеупорных тел. Одно из таких тел, поставленное в топке вблизи горелочного отверстия, создает за собой зону, в которой при увеличенных скоростях истечения образуется вихревое движение газового потока. При работе горелки вихри раскаленных продуктов сгорания, образующиеся за таким телом, поджигают свежую, еще не вступившую в реакцию горения горючую смесь. Иначе говоря, область завихрения за плохо обтекаемым телом является своеобразной второй, устойчивой периферийной зоной конуса пламени. Таким образом, идея использования необтекаемых огнеупорных тел заключается в создании автоматического самозажигания горючей смеси раскаленными продуктами сгорания. В зоне завихрения происходит также дожигание не полностью прореагировавших горючих компонентов газового топлива, ибо в это пространство, имеющее незначительное разрежение, подсасывается и кислород воздуха из топочной камеры. Чем больше источников завихрения в топочной камере, тем быстрее будет заканчиваться догорание свежей смеси и тем более короткой по длине можно будет проектировать топку.

При сжигании газа в топливниках отопительных печей можно использовать положительный эффект раскаленных огнеупорных кирпичей. Для этого напротив выходных отверстий горелки, например ГДП-1,5, следует устроить горку из шамотного кирпича, которая будет не только стабилизировать горение, но и вследствие интенсивного излучения усиливать нагрев стенок топливника.

Таким образом, чтобы обеспечить постоянный процесс горения з топочной камере, следует комплексно, использовать описанные выше методы по обеспечению устойчивости пламени в топке а если это невозможно по конструктивным причинам, желательно применять последние два метода вместе или хотя бы один из них. -  Способы подачи вторичного воздуха в топливник. Для полного сжигания газа в печи при малых значениях коэффициента избытка воздуха (ат) необходимо организовать правильное распределение потоков вторичного воздуха в топливнике. Основные требования к распределению воздушных потоков сводятся к следующему: вторичный воздух должен быть равномерно распределен в зоне горения; воздушные потоки должны проходить в дымообороты, только пересекая факел горелки или по крайней мере соприкасаясь с ним; направление потоков вторичного воздуха в топливнике должно быть таким, чтобы они охлаждали головку горелки, которая находится обычно в области высоких температур. Если массы вторичного воздуха распределяются в. топливнике неравномерно, то при малых значениях цт в нем будут создаваться зоны либо с избытком, либо с недостатком воздуха, необходимого для полного сгорания газэ. При этом воздух, находящийся в избытке в одной зоне, нельзя использовать, там, где ощущается его недостаток, в результате чего может появиться химический недожог горючего газа.

Опыты показывают, что при наличии стабилизаторов (стальных стержней диаметром 12,5 мм) и при содержании первичного воздуха в газовоздушной смеси от 40% и выше срыв пламени не наблюдается даже при скоростях потока 120 м/с. Стабилизаторами в топке отопительной печи могут быть огнеупорные кирпичи, поставленные на ребро.

Охлаждение головки горелки вторичным воздухом значительно увеличивает срок службы горелки.

Если в дымообороты будут поступать потоки воздуха, не участвующие в процессе горения, то из-за этого снизится КПД печи.

С теоретической точки зрения подача воздуха сверху горелки более целесообразна, так как при этом должно наблюдаться явление так называемого газослива. Холодные потоки атмосферного воздуха, поступая в топливник через отверстие, расположенное во фронтальном щитке выше головки горелки, и имея большую относительную плотность, чем топочные газы, в силу законов гидродинамики должны равномерно распределяться в зоне горения. Однако это может наблюдаться только в том случае, когда разность между давлениями внутри и снаружи топливника ничтожна, в действительности же она достигает 15— 25 Па. При этом равномерное распределение в топочной камере потоков холодного воздуха нарушается вследствие разрежения. Допустим, в топливник через отверстие, выполненное выше горелки во фронтальном щитке, подается вторичный воздух.

Рассмотрим некоторые способы подачи вторичного воздуха в топливники отопительных печей ( 45) сверху или снизу горелки.

Если разрежение в топливнике по абсолютной величине больше давления, создаваемого потоками вторичного воздуха, то вторичный воздух будет в основном двигаться по схеме, изображенной на  45, а. В незаштрихованной области будет избыток кислорода, в заштрихованной — недостаток. Особенно резко ощущается неравномерное распределение воздуха при подаче его сверху горелки в больших по длине топливниках.

При высоте #=0,3 м и средней температуре топочных газов 800°С давление, оказываемое потоками вторичного воздуха на под топливника, согласно формуле (3), окажется равным 2,6 Па. Учитывая, что разрежение в топливнике (АЛ) практически не бывает ниже 7—8 Па, можно считать, что оно во всех случаях по абсолютной величине будет превышать давление, создаваемое холодными массами вторичного воздуха.

Подвод воздуха снизу горелки может быть осуществлен в двух вариантах: в виде сосредоточенного потока или в виде отдельных струй, равномерно распределенных по всему поперечному сечению топочной камеры. Оба варианта могут применяться на практике и при надлежащем конструктивном оформлении давать положительные результаты. Ввод вторичного воздуха снизу горелки сосредоточенным потоком целесообразно осуществлять в том случае, когда горючая газовоздушная смесь вводится в топливник   через одно или два   отверстия, образуя один сплошной факел с большой поверхностью воспламенения. Для примера рассмотрим организацию подачи вторичного -воздуха при сжигании газа в горелке ГДП-1,5, установленной в топливнике отопительной печи ( 45, б). Отверстие для выхода воздуха в топливник должно находиться непосредственно под факелом. При таком взаимном расположении входного отверстия и факела потоки вторичного воздуха направляются перпендикулярно всей поверхности фронта воспламенения, в результате чего происходит усиленное перемешивание горючих компонентов, находящихся в диффузионной зоне факела, с массами вторичного воздуха, что в свою очередь способствует более полному сжиганию газа. Следует обратить внимание также на то, чтобы пространство между зольником и топливником (показанное точками на  45, б) не имело бы участков, через которые воздух мог бы пройти в дымоходы, минуя факел. Исследования показывают, что при такой подаче вторичного воздуха снизу горелки не только сводятся к минимуму потери теплоты от химического недожога (?з=1—1,5%), но и увеличивается срок службы горелки, так как насадки ее интенсивно охлаждаются непрерывно поступающим снизу холодным воздухом.

Из изложенного выше можно сделать вывод, что подавать вторичный воздух сверху горелки нецелесообразно, ибо при таком способе подвода, во-первых, потоки воздуха распределяются неравномерно в зоне горения и, во-вторых, не охлаждается головка горелки.

Короб можно выкладывать в основании топливника из кирпичей или целиком выполнять из металлического листа толщи-ной 1 —1,25 мм. В процессе топки печи стальные стенки короба будут непрерывно охлаждаться поступающим в топливник воздухом. Поэтому короб может служить в течение нескольких отопительных сезонов.

Если головка горелки выполнена в виде трубы длиной 500 мм и более, то в этом случае наиболее совершенным способом подачи вторичного воздуха в зону горения является подвод воздушных потоков снизу горелки через специальный короб, в верхнем днище которого просверлен ряд отверстий. При этом воздух'поступает в топливник в виде отдельных струй, равномерно распределенных по всему сечению топливника ( 45, в).

Пример. Требуется определить размеры короба вторичного воздуха при следующих данных: подача природного газа с удельной теплотой сгорания Q = 35 500 кДж/м3 составляет Угаз=1,8 м3/ч, коэффициент первичного воздуха горелки А = 35%, коэффициент избытка воздуха в топливнике ат = 2,1. Разрежение в топливнике ДА—12 Па, длина горелки /.=550 мм



Рекомендуем бригаду по демонтажу и вывозу строительного мусора.
Для облагораживания территории рекомендуем - trimmer.su - электрические и бензиновые триммеры.

Конструктивные особенности и выбор топливников Выбор рациональной схемы дымооборотов Печи-каменки для бань, водонагреватели, дымоходы и общая технология выкладки печей Принципы создания устойчивого процесса сжигания газа в топливнике Перевод отопительно-варочных печей с твердого топлива на газ Камины и бытовые печи на твердом топливе. назначение и классификациякаминов Конструирование и строительство индивидуальных и малых сельских бань Отопительные приборы заводского изготовления Ремонт и эксплуатация печей и дымовых труб Конструкции отопительных печей и каминов Статистические данные полученные по результатам эксплуатации бытовыхпечей на газе
Меню:
Главная Строительные смеси Стиль Сауны и бани Кондиционирование Двери Фундамент Перепланировка Вентилирование Материалы Теплоизоляция Мебель Строительные растворы Двери Бетон Кухня Кладка Гидратация Габариты Электромонтаж Паркет Облицовка Мебель Потолок Камень Тесты Квартира Свойства строительных смесей Интерьер Обои Дерево Краска Фаянс Перекрытия Ипотека Теплообмен Фриз Стены Трубы Приусадьба Лестницы Литье Керамика Здоровье Глина Опора Стекло Дерево Пластмасса Отделка Кондиционирование Штукатурка Переплет Кладка Гидроизоляция Краны Брус Приспособления Штукатурка Печи Оборудование Инструмент Синтетика Малярство Печи Толь Лепка Самоделки Внешние строения Электромонтаж
Сайт создан в системе uCoz