IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

В условиях развивающейся экономики проблема экономии топлива и сокращение затрат на производство является наиболее актуальной. В конце 20 начале 21 века доля производственных предприятий использующих природный газ в виде основного топлива для производства значительно возросла. Поэтому в развитых странах Европы стала актуальной проблема экономии природного газа на производстве, для этого необходим правильный выбор газогорелочных устройств. Именно от правильного выбора горелочного устройства зависит экономия топлива в технологическом процессе

Основным условием сжигания газов является смеше­ние их с воздухом (кислородом), необходимым для протекания реакции горения. В зависимости от места подготовки горючей газовоздушной смеси различают два основных вида горения: кинетическое (с предварительным смешением газа с воздухом) и диффузионное (без предварительного смешения газа с воздухом). Если происходит предварительное смешение газа с недостаточным количеством воздуха (коэффициент расхода  первичного воздуха α<1), то полное сгорание газа возможно лишь при дополнительной подаче воздуха к факелу. В этом случае горение будет диффузионно-кинетическое. На рис. 1 показаны три типа горелок, иллюстрирующих различные способы сжигания газов.

При кинетическом горении газовоздушную смесь приго­товляют вне топки, обычно в смесителе горелки. Здесь процесс смешения газа с воздухом происходит без внеш­него теплового воздействия. В топке протекает лишь процесс нагрева и воспламенения готовой смеси, а так­же стабилизация фронта пламени.

При диффузионном горении газ и воздух в топку вводят­ся раздельно. В этом случае в топке происходит не толь­ко сжигание газовоздушной смеси, но и процесс образо­вания смеси. При малых расходах воздух, необходимый для горения, притекает из окружающей воздушной среды (атмосферы) за счет молекулярной диффузии; в го­релках с большим расходом газа воздух подается к месту выхода из горелки газовой струи принудительно и происходит их турбулентное перемешивание.

Диффузионным и диффузионно-кинетическим спосо­бами обычно сжигают относительно небольшие количе­ства газа. Для сжигания больших количеств газа при­меняют способ предварительного смешения газа с воз­духом, т. е. кинетическое сжигание.

Способ сжигания газа в различных установках оп­ределяется конструкцией и назначением тепловых агре­гатов и газогорелочных устройств. Большинство газовых    горелок имеют общие для всех типов основные конструктивные элементы: устройство  для подвода газа и воздуха, смесительную камеру, горелочный насадок и стабилизи­рующее устройство.

Устройство для подвода газа и воздуха пред­назначено для подачи в горелку необходимых  ко­личеств газа и воздуха. Оно может иметь различную форму, но наиболее часто выполняется в виде сопла (форсунки)/

Смесительная камера служит для предварительного смешения газа с воздухом в однородную газовоздушную смесь и выравнивания скоростного поля смеси. Смеси­тели бывают различных видов, Наиболее широкое при­менение нашли смесители в виде трубки Вентури шщ цилиндрических труб.

Горелочный насадок служит для распределения газо­воздушной смеси, а для некоторых типов горелок - газа по выходным горелочным отверстиям. Горелочный насадок часто совмещается со стабилизатором горения и имеет различную форму, в зависимости от конструк­ции и габаритов тепловых агрегатов,

Стабилизирующее устройство предназначено, для обес­печения устойчивой работы горелки без: проскока и от­рыва пламени. Проскок пламени (обратный удар) за­ключается в проникании пламени в смеситель горелки. Происходит это явление в том случае, когда скорость истечения газовоздушной смеси из горелочного отвер­стия меньше скорости распространения пламени.

Особое место в промышленности занимают, диффузионные горелки являющиеся наиболее распространенными как в России, так и в странах Европы.

Диффузионными называются горелки, у которых весь необходимый для процесса горения воздух посту­пает к факелам пламени в качестве вторичного, путем диффузии его к зоне горения. При этом горение происходит одновременно со смесеобразованием и на­гревом газовоздушной смеси. Горелки диффузионного типа называют также горелками внешнего смешения, или атмосферными. Простейший вид диффузионной го­релки - труба с рядом просверленных отверстий (рис. 2). Газ входит в трубу и выходит из отверстий без предва­рительного смешения с воздухом. Смешение газа с воз­духом происходит только за счет диффузии из окружаю­щего пространства (атмосферы) и протекает медленно, в связи, с чем пламя получается вытянутым, светящимся.

Диффузионные горелки просты в изготовлении и экс­плуатации, устойчивы в работе, имеют значительные пределы регулирования и допускают использование воз­духа, нагретого до температуры выше предела воспла­менения газа. Большая устойчивость работы диффузи­онных горелок объясняется тем, что через горелки пода­ется только газ и из-за отсутствия воздуха пламя внутрь горелки проскочить не может. Отрыв пламени от горелочных насадков происходит при значительном увеличе­нии тепловых нагрузок. Диаметр горелочных отверстий принимают равным 1- 5 мм. Расстояние меж­ду осями отверстия должно равняться 5-6 диаметрам отверстий. При уменьшении рас­стояния происходит слияние факелов и за­трудняется подвод воздуха. Увеличение рас­стояния затрудняет пе­редачу пламени от фа­кела к факелу.

 В коммунальном хозяйст­ве получили широкое распространение диф­фузионные горелки трубчатого типа, так называемые подовые горелки. Подовые горелки свое наз­вание получили от места установки на колосниковой решетке или на поду печей. Горелка представляет собой коллектор (трубу) диаметром 25-68 мм в которой просверлены один или два ряда отверстий диамет­ром 2-4 мм под утлом 90-180°. Шаг отверстий состав­ляет 5-10 диаметров отверстий. Коллектор размещается на колосниковой решетке (рис. 3), через которую посту­пает воздух, под кирпичным огневым каналом (щелью).

Принцип работы горелки заключается в подаче мел­ких струй газа под углом к входящему в огневую щель потоку воздуха. Такая подача интенсифицирует процесс смешения газа с воздухом и обеспечивает устойчивое зажигание образующейся смеси. В горелках может сжи­гаться газ низкого или среднего давления.

Проведя анализ данных горелочных устройств можно прийти к выводу, что роль их в современном производстве очень велика и наиболее распространенными являются диффузионные и подовые горелки. Большинство печей, таких как Мартеновские печи, медеплавильные установки, вращающиеся печи для обжига цементного клинкера используют данные горелочные устройства. Но нельзя забывать, что и данный тип горелок используется в отопительных котлах. И именно потому, что область применения этих устройств очень обширна, необходим правильный их подбор. Ведь благодаря правильному подбору мы обеспечиваем хорошую и правильную работу оборудования  и  экономим топливо необходимое для работы агрегатов.  

Литература

1.Гордюхин А.И.  Газовые сети и установки. (Устройство и проектирование). Учебник для техникумов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат,1978. 383с.

Код для цитирования: Скопировать