Методы сжигания газа: диффузионный, кинетический, смешанный.

Горение газа складывается из смесеобразования, подогрева газовоздушной смеси до температуры воспламенения и стадии химической реакции горения, т. е.

τ_гор = τ_см + τ_под + τ_хим = τ_физ + τ_хим

где τ_гор - общая продолжительность процесса горения;

τ_см - продолжительность смесеобразования;

τ_под - продолжительность подогрева смеси до температуры воспламенения;

τ_хим - продолжительность химической реакции горения;

τ_физ = τ_см + τ_под - продолжительность физической стадии подготовки горения.

Поскольку подогрев и химическая реакция горения смеси протекают весьма быстро, основным фактором, лимитирующим длительность процесса горения, является время, затрачиваемое на перемешивание газа и воздуха. От быстроты и качества перемешивания газа с необходимым количеством воздуха в горелке определенной конструкции зависят скорость и полнота сгорания газа, длина и температура пламени. В зависимости от места и способа смесеобразования методы сжигания газа условно подразделяют: на диффузионный, кинетический и смешанный.

Схематически эти методы представлены на примере инжекционной горелки (рис. 1).

При диффузионном методе сжигания (рис. 1, а) к месту горения из горелки поступает только газ (a_г = 0), а весь необходимый для его горения воздух поступает из внешней среды за счет молекулярной, а при большой скорости истечения газа и за счет турбулентной диффузии. В этом случае к струе холодного газа от периферии диффундирует воздух, а из струи газа к периферии - газ. В результате вблизи струи газа создается газовоздушная смесь горючей концентрации, горение которой образует зону первичного горения газа 2. В зоне 3 происходит горение основной части газа, в зоне 4 движутся продукты сгорания. Взаимная диффузия газа и воздуха, осложняемая выделением продуктов сгорания, протекает медленно, с образованием вследствие термического разложения углеводородов сажистых частиц. Поэтому характерными особенностями диффузионного метода сжигания являются светимость и значительная длина пламени. К преимуществам такого метода сжигания можно отнести: высокую устойчивость пламени в широком диапазоне изменения тепловых нагрузок, невозможность проскока, относительную равномерность температуры по длине пламени. Недостатками этого метода являются: низкая интенсивность горения, неизбежность термического распада углеводородов, потребность в больших топочных объемах, обеспечивающих развитие пламени без соприкосновения с теплообменными поверхностями, вероятность химического недожога даже при значительном коэффициенте расхода воздуха.

При кинетическом методе сжигания (рис. 1, в) к месту горения подается заранее подготовленная внутри горелки однородная смесь газа с количеством первичного воздуха, несколько превышающим теоретически необходимое (a_г = 1,02¸1,05). Сгорание такой смеси происходит быстро, в коротком прозрачном факеле, без видимого образования продуктов термического распада углеводородов.

Достоинствами этого метода сжигания являются высокая теплопроизводительность, малая вероятность химического недожога и небольшая длина пламени, а недостатком - необходимость стабилизации пламени.

При смешанном методе сжигания (рис. 1, б) часть воздуха в виде первичного подмешивается к газу за счет инжекции в самой горелке (0 <a_г <1), а остальной воздух, необходимый для завершения полного сгорания газа, в качестве вторичного диффундирует в зону горения из внешней среды. Факел получается более коротким и менее светящимся, чем при диффузионном горении. Светящаяся оболочка зоны первичного горения газа 2 при количестве первичного воздуха более 40-50% от теоретически необходимого становится весьма тонкой, чем и объясняется небольшая светимость факела в этом случае. Инжекционные горелки, сжигающие газ по смешанному методу, часто называют горелками неполного или частичного предварительного смешения. Частный случай смешанного метода имеет место при незавершенности перемешивания газа с полным количеством воздуха в горелке. Продолжение смесеобразования в объеме факела после выхода смеси из горелки увеличивает его длину по сравнению с длиной факела при кинетическом сжигании.

Рис.1.

Также по методу сжигания газа горелки можно разделить на три группы:

без предварительного смешения газа с воздухом - диффузион­ные;

с неполным предварительным смешением газа с воздухом - диф­фузионно-кинетические;

с полным предварительным смешением газа с воздухом - кине­тические.

Широкое распространение имеет классификация горелок по спо­собу подачи воздуха. По этому признаку горелки подразделяются на:

бездутьевые, у которых воздух поступает в топку за счет разреже­ния в ней;

инжекционные, в которых воздух засасывается за счет энергии струи газа;

дутьевые, у которых воздух подается в горелку или топку с помо­щью вентилятора.

Горелки могут работать при различных давлениях газа: низ­ком - до 5000 Па, среднем - от 5000 Па до 0,3 МПа и высо­ком - более 0,3 МПа.

Важной характеристикой горелки является ее тепловая мощ­ность, равная произведению теплоты сгорания газа на его часовой расход, т. е.

где Q_Т - тепловая мощность горелки, МВт (ккал/ч); Q_Н низшая те­плота сгорания газа, кДж/м³; V_ч - часовой расход газа го­релкой, м³/ч.

Лекции №7

ВОПРОСЫ:

1. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Их назначение и устройство.