что такое отрыв пламени в инжекционной газовой горелки
Стабилизация пламени горелки, отрыв и проскок
Стабильность пламени является существенным фактором, определяющим надежность работы газовых горелок. Пламя сохраняет стабильность, то есть остается неподвижным относительно горелки, в тех случаях, когда в зоне горения устанавливается равновесие между стремлением пламени продвинуться навстречу потоку газовоздушной смеси и стремлением потока отброс ить пламя от горелки.
Схема горелки полного предварительного смешения
Стабильное пламя существует, когда скорость газовоздушной смеси V см равна скорости распространения пламени V пл. Возможно нарушение устойчивой работы горелок, вызываемое либо отрывом пламени от горелки, либо проскоком пламени в её смесительную часть.
Причинами отрыва могут быть:
Проскок пламени это проникновение пламени внутрь горелки. Такое явление происходит в том случае, когда скорость истечения газовоздушной смеси V см меньше скорости распространения пламени V пл. В результате возможно горение внутри горелки с неполным сгоранием. Горелка забивается сажей, возможно ее прогорание. Также при проскоке возможно полное погасание пламени, что приводит к загазованности. Чаще всего проскок происходит при малом давлении газа, не обеспечивающем устойчивую работу горелки.
Для бытовою газоиспользующего оборудования в России производителем устанавливается одна из двух величин номинального давления природного газа перед аппаратом: 130 лаПа или 200 даПа. В этом случае сжигание газа происходит с наилучшим качеством, аппарат работает с установленным производителем коэффициентом полезного действия. Из-за особенностей сетей газораспределения, подающих газ в жилые дома, возможно изменение давления перед аппаратом, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, что может привести к отрыву или проскоку пламени. В сильные морозы потребление газа возрастает, что приводит к уменьшению давления в наружном газопроводе. Наиболее значительное снижение давления происходит в конечных точках газовых сетей, расположенных вдали от источников газа – пунктов редуцирования газа (ПРГ). Давление может понизиться настолько, что произойдет проскок газа в горелку. В этом случае автоматика безопасности аппарата должна прекратить подачу газа на горение. Также количество получаемого при сжигании газа тепла уменьшается, что не позволяет обеспечить необходимый микроклимат в помещениях и комфорт потребителя.
Повышение давления происходит при уменьшении расхода газа до самых малых значений, что обычно происходит летом в ночное время. Больше всего это заметно в жилых домах, расположенных вблизи ПРГ. Давление повышается настолько, что возможен частичный отрыв пламени от горелки. Кроме того, зимой, чтобы обеспечить приемлемое давление в крайних точках газовой сети у самых удаленных от ПРГ потребителей, давление на этих пунктах редуцирования газа повышают. Это приводит к увеличению давления газа у потребителей, находящихся ближе всех к ПРГ. Как следствие, возможен частичный отрыв пламени от горелок. В этом случае рекомендуется при ручном регулировании уменьшать подачу газа, для чего прикрывать кран перед горелкой.
Отрыв и проскок пламени
При работе горелок возможны два вида неустойчивости горения: проскок пламени в горелку и отрыв пламени от горелки.
Проскок пламени — это перемещение фронта пламени из топки в горелку, при котором горение топлива начинается непосредственно в горелке. При проскоке пламени в горелку образуются продукты неполного сгорания топлива, горелка раскаляется и может выйти из строя.
Отрыв пламени — это перемещение фронта пламени от выходного отверстия горелки по направлению движения газовоздушной смеси, сопровождающееся погасанием. Отрыв приводит к наполнению топки газовоздушной смесью, а затем к хлопку или взрыву. Отрыв пламени может произойти при любом принципе сжигания топлива. Проскок пламени в горелку невозможен при диффузионном принципе сжигания.
Проскок пламени для горелок с предварительным смешением происходит, если скорость выхода газовоздушной смеси меньше скорости распространения пламени.
Отрыв пламени от горелок любого типа происходит в том случае, когда скорость выхода газа или газовоздушной смеси больше скорости распространения пламени.
Количество воздуха в газовоздушной смеси является одним из важнейших факторов, влияющих на скорость распространения пламени. В смесях, в которых содержание газа превышает верхний предел его воспламенения, пламя вообще не распространяется. С увеличением количества воздуха в смеси скорость распространения пламени увеличивается, достигая наибольшей величины при содержании воздуха около 90% от его теоретического количества необходимого для полного сгорания газа.
Из этого следует, что при увеличении подачи воздуха в горелку создается смесь, более бедная газом, способная гореть быстрее и вызвать проскок пламени внутрь горелки. Поэтому при увеличении нагрузки, сначала увеличивается подача газа, а зачем воздуха, а при уменьшении нагрузки наоборот — сначала уменьшается подача воздуха, а затем газа. По этой причине в момент пуска горелок воздух не должен в них поступать и зажигание газа производится в диффузионном режиме за счет воздуха, поступающего в топку, с последующим переходом на подачу воздуха в горелку.
Причинами отрыва факела от горелки могут быть резкое повышение давления газа или воздуха, нарушение соотношения газ-воздух, резкое увеличение разрежения на выходе из топки, работа горелки за пределами, указанными в паспорте.
Причинами проскока пламени в горелку могут быть понижение давления газа или воздуха, уменьшение производительности горелок с предварительным смешением газа и воздуха ниже значений, указанных в паспорте.
Действия оператора котельной при проскоке и отрыве пламени
При проскоке пламени необходимо отрегулировать работу горелки, изменяя соотношение газ-воздух.
При отрыве пламени производится аварийная остановка котла, согласно инструкции.
stroysoc.ru
Устойчивость горения является существенным фактором, определяющим надежность работы газовых горелок. В практике сжигания газа часто приходится сталкиваться с нарушением устойчивой работы горелок, вызываемым либо отрывом пламени от насадка горелки, либо проскоком пламени в ее смесительную часть.
Пламя сохраняет устойчивость, т. е. остается неподвижным относительно насадка горелки, в тех случаях, когда в зоне горения устанавливается равновесие между стремлением пламени продвинуться навстречу потоку газовоздушной смеси и стремлением потока отброс ить пламя от горелки. Однако такое равновесие наблюдается в очень узком диапазоне скоростей выхода газовоздушной смеси из горелки.
На рис. 5 в качестве примера даны кривые, показывающие пределы-отрыва и проскока пламени при сжигании природного газа в зависимости от величины избытка воздуха для инжекционной горелки среднего давления с диаметром насадка 35 мм. Приведенные кривые соответствуют пределам устойчивого горения при работе горелки в атмосферных условиях, т. е. без стабилизации горения, и при сжигании газа в топочной камере со стабилизатором. Кривая 2 показывает, при каких скоростях шсм наблюдается для раз
Уменьшение содержания первичного воздуха в смеси расширяет пределы устойчивого горения, так как возрастает значение скорости, при которой наступает отрыв, и уменьшается значение скорости, когда наступает проскок пламени. Таким образом, область устойчивого горения газа в горелке располагается между кривыми
Проскока и отрыва пламени. Следовательно, от ширины этой зоны зависит диапазон регулирования газовой горелки.
На рис. 5 приведены предельные кривые устойчивого горения при работе этой же горелки, снабженной стабилизатором в виде керамического туннеля. Кривая 3 характеризует проскок пламени. Отрыв пламени в этом случае вообще не получен при имевшемся давлении газа. Известно, что отрыв пламени в керамических туннелях наступает при скоростях выхода газовоздушной смеси свыше 100 м/сек, а эти горелки обычно работают со скоростями порядка 30 м/сек.
Очевидно, что диапазон скоростей устойчивой работы горелки со стабилизатором значительно возрос. При избытке воздуха (аг=1,1) горелка может работать в диапазоне скоростей от
2,0 м/сек до максимально достижимых значений. Если в первом случае диапазон устойчивой работы горелки П составлял всего 1: 1,5, то во втором случае он превышает 1: 10.
В табл. 3 для горелок низкого давления приведены максимальные и минимальные расстояния между отверстиями, при которых
Обеспечивается надежное зажигание факелов и отсутствует их слияние для сланцевого газа ( поддержание скорости выхода газовоздушной смеси в безопасных пределах;
— поддержание температуры в зоне горения не ниже температуры воспламенения газовоздушной смеси.
При попадании вместо газовоздушной смеси в горелку чистого газа пламя будет наиболее устойчиво, потому что в чистом газе пламя не распространяется и проскок пламени не возникает. При резком увеличении скорости выхода газа есть вероятность отрыва пламени, но это менее вероятно, чем при подаче газовоздушной смеси. Регулировать расход чистого газа в горелке можно в достаточно широких пределах.
При подаче газовоздушной смеси, с содержанием воздуха 50-60 % от теоретически необходимого для полного сжигания газа, обеспечивается горение менее устойчивое. Заранее подготовленные газовоздушные смеси для полного сжигания газа обеспечивают наименьшее горение пламени. Чем меньше воздуха содержится в газовоздушной смеси, тем устойчивее процесс его сгорания.
Добить стабилизации пламени, при сжигании полностью подготовленной газовоздушной смеси, можно с помощью специальных устройств (рис. 1).
Например, проскок пламени предотвращается, если сузить выходное отверстие для газовоздушной смеси, при этом увеличивающаяся скорость выхода смеси не позволяет произойти проскоку. Пламя не распространяется через узкие щели плоской стабилизирующей решетки (рис. 1, г), из-за быстрого охлаждения в них газовоздушной смеси. Предотвратить проскок пламени в горелку можно с помощью выходного отверстия в виде мелкой решетки. При охлаждении выходного отверстия носика горелки можно снизить вероятность проскока пламени, скорость распространения пламени в этом месте снижается, и температура смеси становится ниже температуры воспламенения.
С помощью установки различных устройств предотвращают отрыв пламени от горелки. 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 из битого огнеупорного кирпича (рис. 1, в).
Широко используются при стабилизации горения огнеупорные тоннели. Газовоздушная смесь поступает из кратера горелки в цилиндрический тоннель (рис. 1, а, б) диаметр которого в 2-3 раза больше диаметра кратера горелки. Резкое расширении тоннеля вокруг корневой части факела создается разрежение, и 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 (рис.1, в).
Что представляют собой «проскок» пламени в горелку и отрыв его от горелки и как их предупреждают?
Газовоздушная смесь, выходящая в действующую топку из горелки, быстро подогревается до температуры воспламенения и загорается. Зона или слой истекающей смеси, в котором начинается горение, имеет форму вытянутой дуги или конуса и называется фронтом воспламенения или горения.
Передача тепла, требуемого для воспламенения смеси, идет из топки нормально к фронту воспламенения. Сама же смесь выходит с некоторой скоростью из горелки в топку навстречу фронту распространения пламени. Скорость распространения пламени зависит от состава газовой смеси, содержания в ней воздуха, температуры, характера вытекания смеси из горелки.
При увеличении содержания первичного воздуха в смеси скорость распространения пламени возрастает и при содержании воздуха около 90% становится наибольшей. Сильно возрастает она также с ростом температуры и при вихреобразном (турбулентном) выходе смеси.
Скорость самой газовоздушной смеси зависит от количества смеси и размеров горелки. Для данных размеров она тем больше, чем больше газа подается в горелку и чем больше содержание подаваемого в нее или инжектируемого воздуха в газовоздушной смеси.
Скорость смеси должна превышать скорость нормального распространения фронта пламени. В этом случае между нормальной составляющей скорости смеси и нормальной скоростью распространения пламени установится равновесие.
Не бывает проскоков пламени в диффузионных горелках, так как внутри них находится только газ без примеси воздуха.
Наиболее опасны в отношении проскока пламени периоды розжига и отключения горелки, а также значительных изменений ее нагрузки. Во избежание проскока пламени в горелку розжиг горелок производят при закрытой подаче воздуха; при увеличении нагрузки работающей горелки сначала прибавляют подачу газа и после этого увеличивают тягу и подачу воздуха; при снижении нагрузки, наоборот, сначала уменьшают подачу воздуха и лишь после этого убавляют тягу и подачу газа.
Отрыв пламени от горелок также опасен из-за возможного загазования топки и газоходов котла при погасании факела.
Во время работы горелок необходимо поддерживать нормальное положение факела в объеме топки и относительно горелки и цвет факела в соответствии с указаниями инструкции.
Понятие проскока пламени и методы борьбы с ним.
а) Проскок пламени (обратный удар) – это проникновение пламени внутрь горелки. Такое явление происходит в том случае, когда скорость истечения газовоздушной смеси из горелки меньше скорости распространения пламени. Чаще всего проскок происходит при неправильном зажигании и выключении горелки, а также при быстром снижении ее производительности. Проскок пламени может быть только у горелок с предварительным смешением газа и воздуха.
б) Метод борьбы: охлаждение туннеля горелки.
Причины проскока и отрыва пламени.
Причины проскока пламени в горелку – понижение давление газа или воздуха, уменьшение производительности горелки ниже значений, указанных в паспорте
Типы стабилизаторов пламени.
а) Стабилизаторы газового пламени. Наиболее распространенными стабилизаторами пламени являются туннели конической и цилиндрической формы, применяемые при установке горелок различных типов. В туннелях стабилизацию пламени обеспечивают высокая температура и большая излучающая способность поверхности туннеля. Кроме того, в туннелях создаются зоны обратных токов (рециркуляции) или завихрений части продуктов горения, имеющих высокую температуру и способствующих воспламенению вытекающей из горелки газовоздушной смеси.
б) Газовые котлы отопления
Экологические проблемы при горении газов и других видов топлива.
В газовых выбросах присутствуют оксиды азота и серы. При растворении в атмосферном воздухе образуются кислотные осадки, что приводит к подкислению снежного и почвенного покрова, выпадению нитратов и сульфатов.
Что касается вредных влияний на почву, совокупная площадь нарушенных почв от воздействия выбросов горящих факелов составляет около 100 тыс. га. Вблизи факелов при воздействии высоких температур происходит практически полное выжигание.
Для лесных экосистем наиболее характерны такие негативные последствия, как сокращение лесов, повышение риска пожаров лесов вблизи факелов, снижение численности животных, насекомых и микроорганизмов.
Образование сажи и оксида углерода при горении.
Оксид углерода содержится в продуктах сгорания из перечисленных веществ в наибольшем количестве. Схема образования и выгорания СО имеет следующий характер: на начальном участке выгорания идёт накопление СО, а затем его окисление по длине факела или камеры сгорания. Высокие концентрации СО сохраняются, если происходит «замораживание» продуктов сгорания, т.е. быстрое охлаждение в результате расширения или соприкосновения с относительно холодными поверхностями теплообмена.
(В атмосфере оксид углерода окисляется до диоксида.)
Сажа обнаруживается в продуктах сгорания углеводородных газов при низком качестве смесеобразования и при значительном недостатке кислорода в зоне горения, а также вследствие резкого локального охлаждения пламени. Причина образования сажи заключается в том, что под воздействием высокой температуры углеводородные молекулы полностью разрушаются. Более лёгкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородный слой и окисляются. А атомы углерода образуют аморфные частицы сажи.
Образование оксидов азота при сжигании газов.
Оксиды азота образуются в промышленных печах при высоких температурах 1800-2000 °С. Обычно концентрация оксида NO при выходе из дымовой трубы превышает в 1000-20000 раз ПДК. После выхода из дымовой трубы оксид азота переходит в диоксид NO2 по двум реакциям:
1 В корне дымового факела протекает окисление кислородом
2 При низких концентрациях окисление идет за счет атмосферного воздуха
39. Тепловой механизм Я.Б. Зельдовича образования NO при горении
Высокотемпературный механизм окисления азота в зоне горения был предложен Я. Б. Зельдовичем в середине 1940-х годов и считается основным механизмом образования оксидов азота при горении. Этот механизм включает следующие элементарные стадии:
к которым добавляется реакция (Фенимор и Джонс, 1957 ):
Образование канцерогенных ПАУ при горении.
Полициклические ароматические углеводороды – нежелательный побочный продукт сжигания ископаемого топлива, в первую очередь угля и нефтепродуктов. Уголь считается смесью огромного количества поликонденсированных ароматических бензольных ядер с минимальным содержанием водорода. При сжигании этих веществ в печах, электростанциях, двигателях внутреннего сгорания эти соединения разлагаются. При низких температурах сгорания и недостаточном поступлении атмосферного кислорода образуется очень реактивный ацетилен, равно как и различные алифатические фрагменты углеводородов. Ацетилен полимеризуется в бутадиен, который в дальнейшем образует ядро ароматического углеводорода. При добавлении его к существующим ароматическим ядрам возникает ПАУ, например пирен, из которого путем добавления еще одной молекулы бутадиена выделяется наиболее известный канцероген – бензо[а]пирен (БаП). При сжигании при высокой температуре и обильном поступлении атмосферного кислорода образуется мало ПАУ, потому что практически весь углерод сгорает, превращаясь в оксид углерода.
При неполном сгорании возникают частички углерода – сажа. Можно предположить, что образующиеся ПАУ, адсорбированные на поверхности частичек сажи и дыма, вместе с ними попадают в окружающую нас среду. Сажа, твердые частички дыма и выхлопных газов содержатся в дорожной пыли, смоге больших городов, пыльном воздухе коксовых заводов. Вместе с пылью они попадают на одежду, кожу, в дыхательные пути. Сегодня известно уже несколько сот различных полициклических ароматических веществ: несколько десятков из них – канцерогены. Однако их действие неодинаково и зависит от строения соответствующего вещества.
Отрыв пламени от горелки и проскок.
Отрыв пламени от горелки произойдет в том случае, если скорость истечения ГВС (газовоздушной смеси) будет больше скорости распространения пламени. При этом пламя укорачивается, удаляется от устья горелки, может оторваться полностью и может загазоваться топка.
Отрыв пламени от горелки может произойти от чрезмерной тяге в дымоходе, при подаче газа с большей скоростью, при большом давлении ГВС, поступающей в горелку.
Отрыв может произойти при розжиге горелки, при выключении части горелок. Нельзя подавать давление газа и воздуха в горелку больше, чем указано в паспорте горелки.
Проскок пламени в горелку произойдет, если скорость истечения ГВС будет меньше скорости горения – распространения пламени. Проскок сопровождается хлопком. При этом языки пламени вылетают через все отверстия в горелке и оператор может получить ожог.
Проскок пламени наиболее вероятен в горелках, внутри которых имеется газо-воздушная смесь, т.е. газ и воздух. Это горелки инжекционные и с принудительной подачей воздуха (кинетические).
При проскоке пламени в горелку она перегревается, может выйти из строя, а топка может загазоваться. Проскок пламени возможен из-за плохой тяги, а также при подаче давления в горелку ГВС давлением меньше, чем указано в паспорте горелки. Проскок возможен при уменьшении производительности горелки, при выключении инжекционной горелки с открытым регулятором первичного воздуха, при перегретой горелке.
При отрыве или проскоке необходимо немедленно перекрыть подачу газа на горелку, а затем выяснить причину и разжечь снова согласно инструкции.
Методы стабилизации пламени горелки в топке
Пределами устойчивой работы горелок является отрыв пламени от горелок и проскок пламени внутрь горелки.
Стабилизация пламени производится с помощью специальных устройств и создания условий для предотвращения отрыва или проскока:
· Поддержание скорости выхода ГВС в безопасных пределах;
· Поддержание температуры в зоне горения не ниже температуры воспламенения ГВС.
Когда в горелку поступает чистый газ без воздуха, то пламя в этом случае наиболее устойчиво, т.к. проскока быть не может, а отрыв маловероятен, т.к. такие устройства работают на низком давлении газа.
В горелках, в которых имеется готовая газо-воздушная смесь, т.е. газ и воздух, возможен отрыв и проскок. Проскок пламени в горелку можно предотвратить, если:
· Уменьшить выходное отверстие для ГВС;
· В устье горелки установить щелевой стабилизатор с размером щели не более 1,2мм или сетки с мелкой ячейкой, размером не более 2,5мм;
· Если охлаждать выходное отверстие горелки.
Отрыв пламени от горелки можно предотвратить, установив у устья горелки постоянно горящую запальную горелку, с помощью огнеупорных туннелей различной конструкции, установки рассекающего стабилизатора, установки в топке котла огнеупорной горки из огнеупорного кирпича. Горка (огнеупорная) в топке предотвращает отрыв пламени и поддерживает температуру в топке котла.
ПОДОВАЯ ГОРЕЛКА
Устройство, состоящее из перфорированного газового коллектора, изготовленного из стальной трубы и размещенного по оси прямоугольного канала, выполненного из огнеупорных материалов. Подовая горелка работает по диффузионному принципу. Газ без предварительного смешения истекает из двух рядов отверстий (расстояние между центрами отверстий в ряду — 15—26 мм) и образующих между собой угол 90. Воздух подается через колосниковую решетку из поддувального пространства под газовый коллектор вентилятором или поступает туда за счет разрежения в топке, проходит в канале, с двух сторон омывая газовый коллектор, который устанавливается строго по оси туннеля. Газовые струйки в результате турбулентной диффузии интенсивно перемешиваются с воздухом, и на расстоянии 20—40 мм от отверстий коллектора начинается процесс горения. Длина факела подовой горелки (0,5—1 м) требует соответствующей высоты топки. Полнота сгорания газа в горелках этого типа зависит от соотношения скоростей газа и воздуха, диаметрам расположения газовых отверстий, расстояния между ними, размеров, формы и качества кладки канала, разрежения в топке.
Достоинства подовых горелок: 1) бесшумность работы и широкий предел регулирования производительности; 2) при наличии в топке разрежения более 3 мм вод. ст. при полной или пониженной нагрузке горелки могут эксплуатироваться без принудительной подачи воздуха.
Недостатки подовых горелок: 1) в полностью экранированных топках для установки горелок требуется вырезать часть экранов или разводить экранные трубы; 2) при расположении горелок вблизи экранных поверхностей может произойти перерезание труб факелом; 3) значительная неравномерность температур в горизонтальном сечении топки и частый выход из строя футеровки.
Последнее изменение этой страницы: 2019-05-18; Просмотров: 803; Нарушение авторского права страницы