Вся електронна бібліотека >>>

Зміст книги >>>

  

Будівництво та ремонт

Побутові печі, каміни і водонагрівачі


Ю. П. Соснін, Е. Н. Бухаркин

 

РОЗДІЛ II

РОБОТА ПОБУТОВИХ ПЕЧЕЙ НА ГАЗОПОДІБНОМУ І РІДКОМУ ПАЛИВІ

РОЗДІЛ 3

ПЕРЕКЛАД НА ГАЗ ОПАЛЮВАЛЬНИХ ПЕЧЕЙ

13. Принципи створення стійкого процесу спалювання газу в топливнике

  

 

Стійкість процесу горіння газу залежить не тільки від створюваного в топковому просторі факела (світиться або прозорого), але і від ряду інших факторів.

В даному розділі буде освітлено дію лише тих факторів, які сприяють запобіганню відриву полум'я від газопальникових отворів. На. практиці це явище зустрічається досить часто при розпалюванні пальників, коли зростає тиск газу в мережі (до 1800-2000 Па), і при наявність сильної тяги в топковому просторі.

Фактори, що запобігають відрив газового факела від газопальникових отворів, тісно пов'язані зі швидкістю поширення полум'я.

Відомо, що зона горіння стабілізується в тій області, де швидкість виходу газоповітряної суміші стає рівною нормальної швидкості поширення полум'я. На 44 схематично, у вигляді конуса, показана поверхня фронту займання газоповітряної суміші.. В будь-якій точці цього конуса швидкість поступального руху газоповітряної суміші (WIB) може бути розкладена на дві складові - нормальну до його поверхні і дотичну до нею. Нормальна складова дорівнює за величиною швидкості розповсюдження полум'я в даній суміші, а тому компенсується останньої. Дотична складова нічим не компенсується, тому елементарний кільцевої шар палаючої суміші зміщується вздовж поверхні конуса в напрямку до його вершині, а йому на зміну приходить знизу сусідній елементарний гарячий шар. Цим пояснюється безперервність і своєрідна форма фронту полум'я. Найбільш стійкий фронт полум'я по відношенню до відриву в тій області, де спостерігається найбільша швидкість нормального поширення полум'я

Якщо взяти дві близькі одна до одної точки В і С на:верх-ності фронту займання, то cos <p між векторами WTB і VHOPM МОЖНА прийняти постійним. У той же час швидкість руху газоповітряної суміші по перерізу трубки неоднакова. Максимальна величина W*TBC буде по осі трубки і мінімальна, наближається до нуля (WMHH), біля стінки. З формули (2) видно, що при однаковій cos <p величина VЈ в точці С буде більше, ніж V в точці Ст. Звідси можна зробити

висновок, що нормальна швидкість поширення полум'я буде максимальною в точці А по осі і мінімальною в точці D, яка знаходиться на деякій відстані від стінки вихідного отвору. По всій. кола трубки такі точки утворюють кільце, яке оперізує що виходить з трубки газоповітряну суміш, від стабільності якої залежить стабільність всього полум'я в цілому, що доводиться наступним досвідом. Якщо в основі газогорелоч-ного отвори розмістити металеве кільце, то, коли вона розжариться, полум'я буде зберігати стійкість навіть при швидкостях закінчення більших, ніж швидкості, що перевищують допустимі, для ус-тойчизого існування полум'я в звичайних умовах (без кільця).

Однією з ефективних заходів, що підтримують сталий стан факела, є підвід до кореня полум'я розпечених продуктів згоряння. Останні, внаслідок утворюється розрідження в місці виходу газоповітряної суміші з пальникового отвори, автоматично подсасываются до кореня факела і створюють стійку кільцеву зону запалення. У разі розташування факела в просторі, заповненому холодним повітрям, до кореня його будуть потрапляти холодні повітряні потоки, внаслідок чого при збільшенні швидкості витікання газоповітряної суміші сталий периферійне самозажигание буде порушено.

Зі сказаного вище випливає, що подавати вторинний холодне повітря до кореня факела, як рекомендують деякі дослідники, недоцільно. Концентрований подача вторинного повітря в корінь факела шкідливо позначається не тільки на стійкість процесу горіння, але і на його тепловому режимі, бо основна ідея правильного протікання процесу горіння складається в рівномірному підводі повітря до всієї поверхні факела одночасно.

Стійка кільцева зона полум'я може бути отримана також за рахунок штучного утворення додаткового підпалювача кільця. Присутність останнього дозволяє в широких межах зміни швидкостей витікання газу або газоповітряної суміші отримати стійкий факел у холодному відкритому просторі.

Пристрій додаткового полум'яного кільця дає найбільший ефект в тому випадку, коли в кільце поступає горюча суміш з великою швидкістю поширення полум'я, наприклад газокисневе.

Стійкості кільцевої запалювала зони сприяє також установка пальника головкою похило вниз, причому чим більше буде кут нахилу, тим стабільніше відбувається горіння (найкраще розташування головки пальники - вертикально вниз).

На стійкість факела в топковому просторі у великій мірою впливають розпечені вогнетривкі поверхні, роль яких полягає в наступному. Вогнетривкі цеглини, мають порівняно малою теплопровідністю, зменшують втрати теплоти, що виділяється в результаті процесу горіння газу в навколишнє зону горіння простір. Завдяки цьому в топковому (реакційному) обсязі підтримується вища температура, ніж могла б бути за відсутності вогнетривів. Вогнетривка поверхню, отримуючи теплоту конвекції і випромінюванням від розпечених продуктів горіння, при високому тепловому напрузі топки загострюється і опромінює надходить з отворів пальники горючу суміш, прискорюючи її нагрівання і активацію.

Теплота, акумульована розпеченій вогнетривкої поверхнею, забезпечує безперервність процесу горіння, стійка підпал суміші і стабілізує горіння при можливих змінах теплового навантаження, складу і питомої теплоти згоряння надходить газоповітряної суміші.

Таким чином, якщо горюча суміш спрямована на розпечену поверхню твердого тіла, що має більш високу температуру, ніж температура спалахування даної суміші, то процес горіння стабілізується і воно залишається стійким навіть при великих швидкостях переміщення суміші.

При спалюванні газу у паливниках опалювальних печей можна використовувати позитивний ефект розпечених вогнетривких цеглин. Для цього навпаки вихідних отворів пальника, наприклад ГДП-1,5, слід влаштувати гірку з шамотної цегли, що буде не тільки стабілізувати горіння, але й внаслідок інтенсивного випромінювання посилювати нагрівання стінок топливника.

Простим і технічно легко здійсненним способом, стабілізуючим процес горіння, є використання погано обтічних вогнетривких тел. Одне з таких тіл, поставлене в топці поблизу пальникового отвори, створює за собою зону, в якій при збільшених швидкостях закінчення утворюється вихровий рух газового потоку. При роботі пальника вихор розпечених продуктів згоряння, що утворюються за таким тілом, підпалюють свіжу, ще не вступила в реакцію горіння горючу суміш. Інакше кажучи, область завихрення за погано обтічним тілом є своєрідною другий, стійкої периферійною зоною конуса полум'я. Таким чином, ідея використання необтекаемых вогнетривких тел полягає у створенні автоматичного самозажигания горючої суміші розпеченими продуктами згоряння. В зоні завихрення відбувається також допалювання не повністю прореагировавших горючих компонентів газового палива, бо в цей простір, що має незначне розрідження, підсмоктується і кисень повітря з топкової камери. Чим більше джерел завихрення в топковій камері, тим швидше буде закінчуватися догорання свіжої суміші і тим більш короткою по довжині можна буде проектувати топку.

Досліди показують, що при наявності стабілізаторів (сталевих стрижнів діаметром 12,5 мм) і при утриманні первинного повітря в газоповітряної суміші від 40% і вище зрив полум'я не спостерігається навіть при швидкостях потоку 120 м/с. Стабілізаторами в топці опалювальної печі можуть бути вогнетривкі цегла, поставлені на ребро.

Таким чином, щоб забезпечити постійний процес горіння з топкової камері, слід комплексно, використовувати описані вище методи забезпечення стійкості полум'я в топці а якщо це неможливо конструктивним причин, бажано застосовувати останні два методу разом або хоча б один з них. - Способи подачі вторинного повітря в топливник. Для повного спалювання газу в печі при малих значеннях коефіцієнта надлишку повітря (ат) необхідно організувати правильний розподіл потоків вторинного повітря в пальнику. Основні вимоги до розподілу повітряних потоків зводяться до наступного: вторинний повітря повинен бути рівномірно розподілений в зоні горіння; повітряні потоки повинні проходити в дымообороты, тільки перетинаючи факел пальника або принаймні стикаючись з ним; напрям потоків вторинного повітря в топливнике повинно бути таким, щоб вони охолоджували головку пальника, яка знаходиться зазвичай в області високих температур. Якщо маси вторинного повітря розподіляються ст. топливнике нерівномірно, то при малих значеннях цт в ньому будуть створюватися зони або з надлишком або нестачею повітря, необхідного для повного згоряння газэ. При цьому повітря, що знаходиться в надлишку в одній зоні, не можна використовувати, там, де відчувається його нестача, в результаті чого може з'явитися хімічний недопал пального газу.

Якщо в дымообороты будуть надходити потоки повітря, не беруть участь в процесі горіння, то з-за цього знизиться ККД печі.

Охолодження головки пальника вторинним повітрям значно збільшує термін служби пальника.

Розглянемо деякі способи подачі вторинного повітря в топливники опалювальних печей ( 45) зверху або знизу пальника.

З теоретичної точки зору подача повітря зверху пальника більш доцільною, так як при цьому повинно спостерігатися явище так званого газослива. Холодні потоки атмосферного повітря, надходячи у топливник через отвір, розташоване у фронтальному щитку вище головки пальника, і маючи велику відносну щільність, ніж топкові гази, в силу законів гідродинаміки повинні рівномірно розподілятися в зоні горіння. Однак це може спостерігатися лише в тому випадку, коли різниця між тисками всередині і зовні топливника незначна, насправді ж вона досягає 15 - 25 Па. При цьому рівномірний розподіл в топковій камері потоків холодного повітря порушується внаслідок розрідження. Припустимо, у топливник через отвір, виконане вище пальника у фронтальному щитку, подається вторинний повітря.

При висоті #=0,3 м і середньої температури топкових газів 800°С тиск, який чиниться потоками вторинного повітря на під топливника, згідно з формулою (3), виявиться рівним 2,6 Па. Враховуючи, що розрідження в топливнике (АЛ) практично не буває нижче 7-8 Па, можна вважати, що воно під всіх випадках за абсолютною величиною буде перевищувати тиск, створюване холодними масами вторинного повітря.

Якщо розрідження в топливнике по абсолютній величині більше тиску, створюваного потоками вторинного повітря, то вторинний повітря буде в основному рухатися за схемою, зображеною на 45, а. У незаштрихованной області буде надлишок кисню, в заштрихованої - недолік. Особливо різко відчувається нерівномірний розподіл повітря при подачі його зверху пальники у великих за довжиною паливниках.

З викладеного вище можна зробити висновок, що подавати вторинний повітря зверху пальника недоцільно, бо при такому способі підведення, по-перше, потоки повітря розподіляються нерівномірно в зоні горіння і, по-друге, не охолоджується головка пальника.

Підведення повітря знизу пальника може бути здійснено в двох варіантах: у вигляді зосередженої потоку або у вигляді окремих струменів, рівномірно розподілених по всьому поперечному перерізу топкової камери. Обидва варіанти можуть застосовуватися на практиці і при належному конструктивному оформленні давати позитивні результати. Введення вторинного повітря знизу пальники зосередженим потоком доцільно здійснювати в тому випадку, коли горюча газоповітряна суміш вводиться у топливник через одне або два отвори, утворюючи суцільний факел з великою поверхнею займання. Для прикладу розглянемо організацію подачі вторинного-повітря при спалюванні газу в пальнику ГДП-1,5, встановленої в топливнике опалювальної печі ( 45, б). Отвір для виходу повітря в топливник має перебувати безпосередньо під факелом. При такому взаємному розташуванні вхідного отвори і факела потоки вторинного повітря направляються перпендикулярно всій поверхні фронту займання, в результаті чого відбувається посилене перемішування горючих компонентів, що знаходяться в дифузійній зоні факела, з масами вторинного повітря, що в свою чергу сприяє більш повному спалюванню газу. Слід звернути увагу також на те, щоб простір між зольником і топливником (показане точками на 45, б) не мало б ділянок, через які повітря міг би пройти в димоходи, минаючи факел. Дослідження показують, що при такій подачі вторинного повітря знизу пальники не тільки зводяться до мінімуму втрати теплоти від хімічного недопалу (?з=1-1,5%), але і збільшується термін служби пальника, так як насадки її інтенсивно охолоджуються безперервно надходять знизу холодним повітрям.

Якщо головка пальника виконана у вигляді труби завдовжки 500 мм і більш, то в цьому випадку найбільш досконалим способом подачі вторинного повітря в зону горіння є підведення повітряних потоків знизу пальника через спеціальний короб, у верхньому днищі якого просверлена ряд отворів. При це воздух'надходить у топливник у вигляді окремих струменів, рівномірно розподілених по всьому перерізу топливника ( 45, в).

Короб можна викладати на підставі топливника з цегли або цілком виконувати з металевого листа товщі"-ной 1 -1,25 мм. процесі топлення печі сталеві стінки короба будуть безперервно охолоджуватися вступникам у топливник повітрям. Тому короб може служити протягом декількох опалювальних сезонів.

Приклад. Потрібно визначити розміри короба вторинного повітря при наступних даних: подача природного газу з питомою теплотою згоряння Q = 35 500 кДж/м3 складає Угаз=1,8 м3/год, коефіцієнт первинного повітря пальника А = 35%, коефіцієнт надлишку повітря в топливнике ат = 2,1. Розрідження в топливнике ТАК-12 Па, довжина пальника /.=550 мм

    

 «Побутові печі, каміни та водонагрівачі» Наступна сторінка >>>

 

Інші книги розділу: Кладіть печі самі Будівництво будинку Червона цегла Будівельні розчини