Тема 5. Способы сжигания топлив и горелочные устройства.

Тема 5. Способы сжигания топлив и горелочные устройства.

5.1. Способы сжигания твердого топлива

5.2. Сжигание жидких топлив

       5.2.1. Качество мазута.

       5.2.2. Проблемы подготовки мазута к сжиганию

       5.2.3. Проблемы при использовании мазута на котельных и ТЭЦ

5.3. Сжигание газообразных топлив

       5.3.1. Подготовка газа

       5.3.2. Особенности процесса горения природного газа

       5.3.3. Сжигание газообразного топлива

       5.3.4. Газовые горелки

5.4.  Комбинированные горелки

5.5. Приборы контроля пламени

5.6. Газоанализаторы

5.7. Примеры газовых горелок

       5.7.1. БК-2595ПС

       5.7.2. МДГГ

       5.7.3.БИГ-2-14

       Weishaupt WG40

       5.8. Удаление продуктов горения.

Горелочные устройства для сжигания жидких топлив

На газифицированных или угольных котельных с установленной мощностью свыше 20 МВт в качестве резервного топлива используется мазут, а также в последнее время жидкое печное топливо.. Мазут применяют не только как резервное топливо для котельных агрегатов средней и большой производительности, но и как растопочное топливо для пылеугольных топок и дополни­тельное при комбинированном сжигании газа с жидким топливом В соответствии со СНиП 11-35-76 «Котельные установки» запасы мазута на котельных должны составлять не менее десятисуточного расхода при доставке по железной дороге и пятисуточного автомобильным транспортом. Работа котельных на мазуте осуществляется очень редко (в периоды ограничения потребления газового или угольного топлива), поэтому его обновление растягивается на длительное время. При длительном хранении мазут постепенно ухудшает свои качества и создает дополнительные технические сложности эксплуатационному персоналу. Рассмотрим проблемы, которые возникают перед эксплуатационным персоналом котельных в процессе поступления, длительного хранения, транспортировки из мазутохранилища, подготовке и сжиганию в топке котлов вязких тяжелых мазутов.

Качество мазута

Как известно, нефть добывается из подземных пластов вместе с водой. И, несмотря на то, что нефтеперерабатывающая промышленность должна по ГОСТ 10585-75* поставлять мазут с влажностью от 0, 3 до 1, 5%, на самом деле его влажность в результате сливо-наливных операций и хранения в резервуарах достигает 3-5 %, а при длительном хранении и до 20%. Вода в мазуте частично отстаивается, распределяясь в виде линз, прослоек и т.д., или присутствует в виде глобул (капелек) с размерами от единиц до сотен микрометров. Попытки удаления воды с помощью отстаивания не достигают цели, поскольку плотность тяжелого мазута практически не отличается от плотности воды даже при нагревании до 90 °С.

Табл.5.2.1 Отдельные показатели мазута.

Показатель	Единица измерения	1993-1996 гг.	2003-2005 гг.
Плотность	г/см3	0, 95-0, 97	0, 99-1, 05
Вязкость при 50 °С	М3/С	(260-400)- 1 06	(400-690)- 1 06
Коксуемость	-	10	10-15
Содержание:
серы	%	2-3, 5	3, 5-5
воды	%	1-2	6-12
асфальтенов	%	4-6	7-9

 

В энергетической стратегии развития России до 2020 г. предусматривается не только рост объемов добычи нефти, но и одновременное увеличение глубины ее переработки, что приведет к ухудшению качества мазута. Уже в ближайшее время следует ожидать поставку мазута, имеющего показатели, представленные в таблице.

В процессе добычи, транспортировки, хранения и глубокой переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах в состав высоковязких тяжелых топочных мазутов попадают твердые минеральные примеси, вместе с которыми в мазут переходят соли щелочных металлов, продукты коррозии трубопроводов, резервуаров и оборудования. В процессе крекинговой переработки нефти образуются высокореакционные соединения непредельных углеводородов, в том числе асфальтосмолистые вещества, которые могут переходить в первоначальном виде или трансформироваться в процессе термокаталитического крекинга в асфальтены, карбены и карбоиды. Асфальтены являются естественными поверхностно-активными соединениями, которые склонны к коагуляции и оказывают существенное влияние на вязкость мазута. При хранении и транспортировке мазута по трубопроводам его температура для обеспечения низкой вязкости должна поддерживаться на уровне 50-90 °С. В то же время снижение вязкости мазута только способствует увеличению скорости осаждения грубодисперсных частиц, которые не способно поддерживать во взвешенном состоянии даже тепловое (броуновское) движение молекул дисперсионной среды. Недостаточно эффективная стабилизация дисперсных частиц поверхностно-активными веществами приводит к коагуляции и образованию агломератов, выпадающих в осадок. Карбены и карбоиды, являющиеся основой грубодисперсной части асфальтосмолистых веществ, увеличивают нестабильность мазутов вследствие их склонности к коагуляции и осаждению при отстаивании. Скорость процесса осаждения, обусловленная разностью плотностей твердых коксовых частиц и жидких компонентов мазута, в зависимости от температуры изменяется, увеличиваясь с ее ростом. Осадок накапливается в придонной части емкостей мазутохранилищ, и его прирост составляет от 0, 3 до 0, 7 м в год и более. При длительном хранении мазута осадок покрывает подогреватели, распложенные в мазутных емкостях, что приводит к существенному увеличению термического сопротивления и снижению эффективности их работы. С другой стороны, выпадающие в осадок асфальтены, корбены и карбоиды включают в свой состав сернистые соединения, в результате чего происходит коррозия трубной системы днищевых подогревателей, что приводит к дополнительному обводнению мазута за счет образовавшихся свищей. Необходимо отметить, что существующая на котельной технология подготовки мазута к сжиганию способствует повышению скорости полимеризации асфальтеносмолистых включений. Полимеризация асфальтеносмолистых включений приводит к росту коксования и появлению отложений на поверхностях нагрева подогревателей мазута, котлов. В результате появления отложений ухудшается эффективность работы подогревателей, увеличиваются потери тепла с уходящими газами, вследствие ухудшения коэффициента теплопередачи и появления дополнительного расхода топлива.

Образующийся нефтяной осадок обладает низкой текучестью, что затрудняет его всасывание и перекачку топливными насосами. Вместе с топливом насосы захватывают воду, приготавливая водо-мазутную смесь (эмульсию) с неконтролируемым содержанием воды. Неоднородность состава, переменная вязкость и плотность перекачиваемой среды приводят к появлению нерасчетных, предельно-допустимых нагрузок в топливных насосах, которые начинают работать в неустойчивом пульсирующем режиме. Как известно, используемые для перекачки мазута объемные насосы (винтовые и шестеренчатые) чувствительны к изменениям характеристик перекачиваемой среды, переменному давлению на всасывающей линии и присутствию механических примесей. Это приводит к снижению напорных характеристик с большими перепадами давления в топливоподающем трубопроводе и, как следствие, к снижению устойчивой надежной работы всей топливоподающей системы мазутного хозяйства котельной.

Кроме того, неоднородность состава мазута (переменная вязкость и плотность перекачиваемой среды) является причиной нарушения не только гидродинамических, но и тепловых процессов, происходящих в теплообменных аппаратах мазутного хозяйства, к повышенной коксуемости мазута, к снижению качества его распыливания, ухудшению функционирования горелочных устройств, к снижению качества процесса горения топлива в топках котлов. Это в конечном итоге приводит к снижению экономичности, надежности, ухудшению экологии, к уменьшению межремонтного цикла котельного агрегата в целом.

5.2.2 Проблемы подготовки мазута к сжиганию

По существующей традиционной технологии подготовки к сжиганию и транспортировке температура мазута в резервуарах находится в пределах 80-95 °С и поддерживается за счет местного подогрева паровыми подогревателями, расположенными на днище мазутной емкости. Затем при помощи рециркуляционного разогрева выносными подогревателями разогретый мазут с необходимой вязкостью подается в котельную к котлам. Остатки мазута поступают по рециркуляционной линии обратно в мазутные емкости. Растекание в резервуаре турбулентных затопленных струй и сопутствующие им вихревые токи обеспечивают перемешивание мазута в резервуарах и равномерное распределение температур в объеме резервуаров. В то же время, за счет многократного прокачивания мазута, получается грубая водотопливная смесь (эмульсия), качество которой не соответствует требованиям по условиям горения. Низкое качество топливной смеси приводит к пульсирующему горению мазута в топке котлов. С другой стороны, используемая технология подготовки находящегося на хранении в резервуарах мазута с переменным влагосодержанием не позволяет в должной мере обеспечить качественный процесс отстаивания и удаления воды из мазута до влагосодержания, обеспечивающего условия экономичной и экологичной работы котлов.

Другой проблемой, существенно влияющей на экономическую эффективность работы котельной, является то, что в существующих схемах мазутного хозяйства котельных отработанный конденсат пара из мазутоподогревателей выносных и находящихся в емкостях после охлаждения водой городского водопровода до требуемой температуры (40 °С) сбрасывается в систему производственно-дождевой канализации и после очистки в городской коллектор. Применяемые сейчас методы очистки сточных вод от нефтепродуктов являются дорогостоящими и не всегда эффективными. Особенно это относится к очистке сильно загрязненных нефтепродуктами вод, которые могут появиться при разрывах или свищах в мазутных подогревателях. Поэтому возврат загрязненного нефтепродуктами конденсата в питательный контур паровых котлов может привести к выходу их из рабочего состояния. Потеря конденсата от подогревателей мазута приводит к необходимости дополнения подпиточной химочищенной водой котлового контура и дополнительного топлива.

В настоящие время на котельных применяются подогреватели мазута - поверхностные теплообменники с противоточным движением сред, с трубчатой теплообменной поверхностью, с компенсацией температурного удлинения за счет нежестких конструкций. Подогреватели мазута типа ПМ представляют собой кожухотрубный аппарат с горизонтальным исполнением. В процессе длительной эксплуатации на ряде предприятий выявлены серьезные недостатки в работе данных подогревателей, к которым следует отнести:

- невозможность использования данных подогревателей на высоковязких мазутах с УВ°> 100 с температурой подогрева до 120-135°С;

- повышенную скорость отложений на внутренней поверхности труб со снижением тепловой мощности (коэффициент теплопередачи снижается по оценкам ЦКТИ до 70%);

- трудности, связанные с очисткой внутренней поверхности труб от отложений окисленных продуктов полимеризации мазута при температурах пара на стенке свыше 120°С;

- относительно низкие скорости движения мазута (0, 2-0, 5 м/с);

- низкая гидравлическая плотность (как по пару, так и по мазуту) не позволяет повторно использовать конденсат греющего пара в технологической схеме котельной, который после охлаждения сбрасывается через очистные сооружения в канализацию;

- обводнение мазута за счет возможного попадания пара или конденсата в топливо в случаях появления свищей в трубной системе подогревателей.

           Современные методы промышленного сжигания мазута в топках котлов основаны на факельном сжигании мелкораспыленного топлива при обязательном условии предварительного его нагрева и принудительного распыливания при помощи форсунок. Для распыления мазута в отопительных котлах нередко используются форсунки с механическим или паровым распыливанием, а также с комбинированным паромеханическим распылом. Механические форсунки требуют высокого давления и даже при этих условиях не могут обеспечить широкий диапазон регулирования нагрузки. Форсунки с паровым распылом требуют расход пара, что трудно осуществить в котельной с водогрейными котлами. В 70-80-х годах некоторое распространение в России получили ротационные форсунки, выпускаемые заводом «Ильмарине». Эти форсунки не нуждались в повышенном давлении мазута. Однако сложность конструкции и шум в работе не позволили обеспечить широкое распространение их в энергетике. Все отечественные форсунки имеют определенные недостатки, которые особенно сказываются при сжигании низкосортного мазута. В последние годы на российском рынке появились ротационные форсунки, лишенные этих недостатков. Одним из таких образцов являются форсунки фирмы «ЗААКЕ (г. Бремен, Германия). Они могут сжигать любое жидкое котельное топливо, в том числе мазуты марок 40 и 100, остатки тяжелых минеральных масел, гудрон и т. д. Они не требуют тщательной фильтрации мазута. Однако все вышеперечисленные форсунки не обеспечивают устойчивость пламени при сжигании сильно обводненного мазута, полноту сгорания грубодисперсных фракций, которые скапливаются в донных отложениях при длительном хранении мазута. Решить эти проблемы путем совершенствования конструкции форсунок не представляется возможным.

Здесь следует отметить, что в решении проблемы сжигания обводненного мазута сделано немало. Разработано достаточно много различных диспергирующих устройств, обеспечивающих диспергацию находящейся в мазуте воды. Наиболее простые из них, так называемые ультразвуковые свистки, осуществляющие грубое перемешивание мазута с водой, работают при условии строгого соблюдения параметров рабочей среды (давление, вязкость, температура и т. п.).

Наиболее распространенный тип диспергаторов - электро-механические, осуществляющие перемешивание воды с мазутом посредством шестерен либо роторов различной конфигурации. Наибольший эффект достигается при использовании виброкавитационных диспергаторов, последовательно осуществляющих перемешивание мазута с водой, измельчение твердых фракций мазута до частиц размером не более 5 мкм и приготовление гомогенной смеси (эмульсии) с высокой степенью дисперсности. Эмульсия получается обратного вида - вода в топливе. Это обеспечивает дополнительное распыление мазута за счет взрыва капелек воды в камере сгорания и как следствие - более полное сгорание топлива и его экономию.

Виброкавитационные диспергаторы позволяют решать сразу несколько задач:

- сжигание твердых фракций мазута;

- устойчивое сжигание обводненного до 30% мазута;

- утилизацию нефтесодержащих вод (при наличии устройств контроля и регулирования влагосодержания мазута).

 

Мазутные форсунки.

Мазут сжигают в камерных топках в распыленном состоянии. Для распыливания, т.е. раздробления топлива на возможно большее количество отдельных капель служат форсунки, которые по прин­ципу действия разделяют на несколько типов (рис. 5.15).

Процесс сжигания состоит из пульверизации (распыливания) при помощи форсунок, испарения и термического разложения жидкого топлива, смешения полученных продуктов с воздухом, воспламенения смеси и собственно горения (рис. 5.16, а).

Цель пульверизации заключается в увеличении поверхности со­прикосновения жидкости с воздухом и газами. Поверхность при этом возрастает в несколько тысяч раз. За счет сильного излуче­ния горящего факела капельки очень быстро испаряются и под­вергаются термическому разложению (крекингу). На

 

рис. 5.16, 6 показана схема факела с характерными зонами: испарения, кре­кинга и горения. Эти зоны, как правило, накладываются одна на другую.

В факеле сжигаемое жидкое топливо находится в жидком, твер­дом (дисперсный углерод от разложения жидких углеводородов) и газообразном состояниях.

Скорость горения, как и при сжигании горючих газов, зависит от условий смесеобразования, степени предварительной аэрации, степени турбулентности факела, температуры камеры сгорания и условий развития факела. Факел получается светящимся из-за на­личия в нем раскаленного дисперсного углерода. Высокомолеку­лярные углеводородные газы, разлагаясь при высоких температу­рах на простые соединения, выделяют сажистый углерод, разме­ры частичек которого очень малы (~ 0, 3 мкм). Эти частицы, раска­ляясь, придают пламени светящийся характер.

В механических форсунках со специальным завихрителем (см. Рис. 5.15, в) жидкое топливо (мазут) под давлением 0, 8...2, 0 МПа проходит мелкокалиберные отверстия в головке форсунки, дро­бится, завихривается, а его частицы приобретают значительную скорость на выходе. В паровоздушных форсунках (см. рис. 5.15, д, ё) для пульверизации мазута используется кинетическая энергия потока пара или воздуха. Давление пара на входе составляет 0, 3... 1, 6 МПа, воздуха-0, 3."..0, 7 МПа.

Форсунки с паровым распыливанием неэкономичны из-за боль­но расхода пара (до 0, 4 кг пара на 1 кг мазута), применяются как растопочные при совместном сжигании угольной пыли и мазута, также используются в небольших котельных установках.

Крупные котлоагрегаты оборудуют форсунками с механическими распыливанием топлива. При этом мазут предварительно по­девается в теплообменниках до 100... 120°С для уменьшения его вязкости. Мазут подается насосами, а для очистки его от механических примесей, загрязняющих форсунку, его фильтруют.

На рис. 5.17 показаны форсунки с механическим (а) и паровым распылением (б). Механические форсунки могут быть ротационными, а паровые — паровоздушными высокого давления.

В механической форсунке мазут по подводящему стволу 4 поступает в распыливающую головку. Головка состоит из распредилительного диска 3, где поток мазута разделяется на отдельныйе струйки, завихривающего диска 2 и распыливающей шайбы.

Механические форсунки изготовляют производительностью 0, 2..4, 0 т/ч. Механические форсунки работают практически бесшумно. Их недостатком является ограниченная возможность регулирования подачи топлива (80... 100 % производительности).

В паровой форсунке пар поступает по внутренней трубе 3 в расширяющееся сопло 2, из которого вытекает с большой скоро­стью (Д° ЮСЮ м/с и более). Мазут, проходя кольцевой канал между трубами 3 и 4, попадает в поток пара тонкой концентрической струйкой, которая разбивается паром на мелкие капли.

Мазутные форсунки устанавливают обычно на фронтальной стенке топки. Глубина топки должна быть не менее 3 м для малых форсунок и не менее 4 м для крупных. Чтобы избежать попадания капель неиспарившегося мазута на боковые стенки и на под топ­ки, расстояние от них до оси форсунки должно быть не менее 2 м.

Для лучшего перемешивания распыленного топлива и воздуха последний подается со скоростью 25...30 м/с через специальные регистры, установленные у форсуночных амбразур и предназна­ченные для завихрения воздуха.

 

 

 

 

Рис. 5.3.8. Схемы подачи газа и воздуха в горелках

Горелка:

а—диффузионная;

б — инжекционная среднего давления с центральной подачей газа, одно-сопловая, однофакельная;

в — инжекционная низкого давления, одно-сопловая, многофакельная;

г — инжекционная среднего давления, с центральной подачей газа, много сопловая;

д—то же, плоско факельная;

е — инжекционная среднего давления, с периферийной подачей газа;

ж—с принудительной подачей воздуха, центральной подачей газа и осевым лопаточным завихрителем;

з — то же, с периферийной подачей газа и улиточным подводом воздуха;

и — то же, с простым тангенциальным подводом воздуха (для п. З. и И. туннели-стабилизаторы условно не показаны).

 

Основными достоинствами инжекционных горелок являются отсутствие затрат электроэнергии на привод вентилятора для подачи воздуха, автоматическое поддержание в определенных пределах тепловой мощности горелок, расчётного соотношения количеств газа и инжектируемого воздуха, хорошее перемешивание газа и воздуха. Недостатки — резкое возрастание размеров с увеличением тепловой мощности; ограниченный диапазон регулирования при a»1; высокий уровень шума при использовании газа среднего и высокого давлений. Увеличение числа сопел у каждой горелки, а также применение газогорелочных устройств в виде блоков из элементов небольшой мощности позволяют уменьшить длину горелок и увеличить диапазон регулирования расхода газа.

Снижение уровня шума достигается применением шумопоглощающих устройств. Различают инжекционные горелки с центральной (осесимметричной) и периферийной подачей газа. Если горелка имеет одно сопло, то его ось совпадает с осью смесителя; если у горелки несколько сопел (обычно 3—4), то они расположены у центральной части инжектора горелки, а их оси параллельны оси смесителя. Горелками с центральной подачей газа считаются также те, у которых смеситель имеет форму щели, а сопла расположены по ее оси.

Большинство конструкций инжекционных горелок с центральной подачей газа имеет устройство в виде подвижной заслонки, позволяющее регулировать поступление первичного воздуха при розжиге и в необходимых случаях во время работы. У инжекционных горелок с периферийной подачей газа сопла расположены по периферии трубки-смесителя, а оси сопел образуют угол с осью смесителя в пределах 10¸ 25°. Горелки имеют небольшую длину, соизмеримую с толщиной стенок топки. Весь воздух, необходимый для сгорания газа, поступает через открытый конец смесителя. Горелки не требуют устройств для регулирования количества воздуха, а также наличия запальных и смотровых окон.

В горелки с принудительной подачей воздуха, как правило, подается такое его количество, которое необходимо для полного сгорания газа. Если эти горелки без предварительного смешения, то, как и в диффузионных, газ и воздух поступают в зону горения раздельно и смешение происходит за горелкой в амбразуре или топке одновременно с горением. В горелках с принудительной подачей воздуха и предварительным смешением можно обеспечить заранее заданное качество подготовки смеси до выхода ее в амбразуру или топку. Для ускорения процесса смешения газ чаще всего поступает через ряд щелей или отверстий, оси которых направлены под углом к потоку воздуха. При подаче газовых струй в поток воздуха от центра к периферии горелки называют «с центральной подачей газа», а при подаче от периферии к центру — «с периферийной подачей газа».

Существенное влияние на характер процесса и пределы устойчивости работы горелки оказывают степень аэрации горючей смеси (отношение количества воздуха в смеси к теоретически необходимому для горения) и скорость газо-воздушного потока. Лишь в определенных пределах находится зона устойчивого горения. При неустойчивой работе горелки может быть затягивание пламени в горелку (проскок) или, наоборот, отрыв пламени.

Так, при слишком малой скорости газо-воздушного потока происходит проскок, а при чрезмерном увеличении скорости пламя отрывается.

 

Комбинированные горелки

           В мощных котлоагрегатах газообразное топливо обычно сжига­ется в топках, рассчитанных на два вида топлива: газ — мазут, угольная пыль — газ, поэтому широко используются комбиниро­ванные пылегазовые и газомазутные горелки.

           В комбинированной пылегазовой горелке (рис. 5.23) природный газ через отверстия в кольцевой периферийной камере поступает в топку, а угольная пыль подается по центральному каналу.

           Многочисленны варианты комбинированной газомазутной горелки. Газ через щели в центральной трубе  или отверстия в кольцевой камере  попадает в поток воздуха, подаваемого через завихритель. Благодаря этому происходит ча­стичное смешение газа с воздухом в амбразуре горелки. Мазутные форсунки имеют обычно механическое распыливание.

 

Приборы контроля пламени

Приборы контроля наличия пламени используются для обеспечения безопасной работы газифицированных агрегатов подачей сигнала на срабатывание отсечных устройств при погасании пламени. Значение приборов контроля наличия пламени особенно возрастает при розжиге агрегатов, тем более что приборы контроля чаще всего агрегатируются с запальными устройствами, а большинство взрывов и хлопков происходит в момент первоначального розжига и значительное количество взрывов случается при повторных розжигах.

В настоящее время получили распространение в основном три метода контроля наличия пламени, которые условно могут быть названы термоэлектрическим, ионизационным и фотоэлектрическим, причем первый из них — термоэлектрический — в свое время наиболее распространенный, значительно уступил последним двум, из которых более часто применяется фотоэлектрический.

Фотоэлектрический метод контроля использует световое видимое и невидимое излучение пламени для изменения параметров фотодатчиков (фоторезисторов и фотодиодов).

 

5. 6. Газоанализаторы

Поддержание оптимального режима работы топки котлоагрегата требует непрерывного контроля количественного состава дымовых газов, причем наиболее важным является определение содержания в них свободного (остаточного) кислорода, характеризующего достигнутое соотношение между расходами топлива и воздуха.

Приборы для количественного анализа газов называются газоанализаторами. Для определения состава дымовых газов в прибор подается проба газа, отобранная из газохода котлоагрегата. Содержание в ней отдельных компонентов измеряется газоанализатором в объемных единицах, выраженных в процентах общего объема газовой смеси.

При полном сгорании топлива дымовые газы содержит азот (N₂), кислород (О₂), двуокись углерода (СО₂), водяной пар (Н₂О) и в случае содержания в топливе горючей серь (S) — двуокись серы (SO₂). При неполном сгорании в дымовых газах дополнительно появляются горючие газы: окись углерода (СО), водород (Н₂) и метан (СН₄).

Примерное объемное содержание отдельных компонентов в дымовых газах котлоагрегатов дано в табл. №3.

Таблица №3

Обозначение газа	Объемное содержание, %
О2	0-10
СО2	12-18
SO2	0-1
CO	0-2
H2	0-1
CH4	0-0, 1
N2	70-90

 

Зная состав горючих газов и реакции горения, можно подсчитать теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 м³ газа (т. е. для образования стехиометрической смеси).

Азот, содержащийся в воздухе, в горении не участвует и, нагреваясь, уносит значительное количество теплоты. Так как в воздухе содержится по объему около 21 % кислорода (О₂) и 79 % азота (N₂) и некоторых других газов, то теоретически необходимый для сжигания газа объем воздуха больше требующегося для реакции горения объема кислорода в 100: 21=4, 76 раза, а на каждый использованный кубический метр кислорода приходится 79: 21=3, 76 м³ азота.

Если бы топливо состояло из одного углерода (С) и сгорало полностью при теоретическом количестве возду­ха, то в дымовых газах отсутствовал бы кислород (О₂).

Однако если в топку подавать только теоретически необходимое количество воздуха, то добиться полного сгорания топлива невозможно. Объясняется это тем, что трудно так перемешать топливо с воздухом, чтобы к каждой молекуле горючих было подведено необходимое количество молекул кислорода. Поэтому на практике приходится подавать воздуха больше, чем теоретически необходимо, т. е. работать с избытком воздуха. При этом часть воздуха проходит через топку, не реагируя с топливом. Это приводит к увеличению количества воздуха, необходимого для горения, и вызывает повышение содержания О₂ в дымовых газах. Размер избытка или недостатка определяется коэффициентом расхода воздуха a, который показывает отношение действительного количества воздуха, расходуемого на горение, к теоретически необходимому, он не зависит от рода топлива, а зависит от способа сжигания топлива Например, если говорят, что двигатель работает при a=1, 5, это значит, что в камеру сгорания поступает воздуха в 1, 5 раза больше теоретически необходимого.

Таблица 7.6.1.

Топливо	Объемное содержание О2, %
Природный газ	2
Мазут	3

 

В табл. 4 для различных энергетических топлив указаны средние оптимальные значения объемного содержания О₂ в дымовых газах. Если при сжигании топлива измерено при помощи газоанализатора объемное содержание в дымовых газах О₂ в процентах, то приближенное значение коэффициента избытка воздуха a может быть найдено по формуле

Таким образом, определение объемного содержания О₂ в дымовых газах позволяет контролировать значение коэффициента a. Высокое содержание О₂ указывает на большой избыток воздуха, приводящий к увеличению потери с уходящими газами, и, наоборот, низкое содержание О₂ характеризует недостаток воздуха, вызывающий возрастание потерь тепла от химической неполноты горения.

Для более полного контроля процесса горения топлива наряду с О₂ при помощи газоанализаторов производится также определение СО, СО₂, Н₂ и других компонентов газов

 

 

Примеры газовых горелок.

Каждая газовая горелка рассчитывается на определенные режимные и конструктивные параметры. Согласно ГОСТ 17356-71 установлены следующие основные определения параметров и характеристик горелок:

Номинальная тепловая мощность – максимально достигнутая мощность при длительной работе горелки, химической неполноте сгорания, не превосходящей установленной нормы, и при принятом минимальном коэффициенте избытка воздуха.

Номинальные давления газа и воздуха перед горелкой – давления газа и воздуха непосредственно перед горелкой (т.е. после всех запорных и регулирующих устройств), соответствующие номинальной тепловой мощности при атмосферном давлении в камере сгорания.

Номинальная относительная длина факела – расстояние по оси факела от выходного сечения горелки, измеренное при номинальной тепловой мощности в калибрах выходного отверстия, до точки, где концентрация СО₂ при коэффициенте избытка воздуха a=1 составляет 95% от максимального значения.

Коэффициент предельного регулирования горелки по тепловой мощности – отношение максимальной тепловой мощности к минимальной тепловой мощности. При этом максимальная тепловая мощность составляет 0, 9 от мощности, соответствующей верхнему пределу устойчивой работы горелки, а минимальная – 1, 1 от мощности, соответствующей нижнему пределу устойчивой работы горелки.

Коэффициент рабочего регулирования горелки по тепловой мощности – отношение номинальной тепловой мощности к минимальной тепловой мощности.

Удельная металлоемкость – отношение массы горелки к номинальной тепловой мощности.

Давление (разрежение) в камере сгорания – давление (разрежение) в камере сгорания в зоне выходного сечения горелки при номинальной тепловой мощности.

Шумовая характеристика горелки – уровень звукового давления, создаваемого работающей горелкой, в зависимости от спектра частот.

 

Таблица 2

Наименование параметра