La combustión del gas natural es un proceso físico y químico complejo de interacción de sus componentes combustibles con un comburente, mientras que la energía química del combustible se convierte en calor. La quema puede ser completa o incompleta. Cuando el gas se mezcla con el aire, la temperatura en el horno es lo suficientemente alta para la combustión, el combustible y el aire se suministran continuamente y se lleva a cabo la combustión completa del combustible. La combustión incompleta del combustible ocurre cuando no se observan estas reglas, lo que conduce a una menor liberación de calor (CO), hidrógeno (H2), metano (CH4) y, como resultado, a la deposición de hollín en las superficies de calefacción, empeorando la transferencia de calor y aumentando pérdida de calor, lo que a su vez conduce a un consumo excesivo de combustible y una disminución de la eficiencia de la caldera y, en consecuencia, a la contaminación del aire.
La proporción de exceso de aire depende del diseño del quemador de gas y del horno. El coeficiente de exceso de aire debe ser al menos 1, de lo contrario puede provocar una combustión incompleta del gas. Y también un aumento en el coeficiente de exceso de aire reduce la eficiencia de la instalación que usa calor debido a las grandes pérdidas de calor con los gases de escape.
La integridad de la combustión se determina utilizando un analizador de gases y por color y olor.
Combustión completa de gas. metano + oxígeno \u003d dióxido de carbono + agua CH4 + 2O2 \u003d CO2 + 2H2O Además de estos gases, el nitrógeno y el oxígeno restante ingresan a la atmósfera con gases combustibles. N2 + O2 Si la combustión del gas es incompleta, se emiten sustancias combustibles a la atmósfera: monóxido de carbono, hidrógeno, hollín.CO + H + C
La combustión incompleta del gas ocurre debido a la falta de aire. Al mismo tiempo, lenguas de hollín aparecen visualmente en la llama El peligro de una combustión incompleta del gas es que el monóxido de carbono puede provocar el envenenamiento del personal de la sala de calderas. El contenido de CO en el aire 0,01-0,02% puede causar una intoxicación leve. Una concentración más alta puede provocar intoxicaciones graves y la muerte. El hollín resultante se deposita en las paredes de las calderas, lo que dificulta la transferencia de calor al refrigerante y reduce la eficiencia de la sala de calderas. El hollín conduce el calor 200 veces peor que el metano Teóricamente, se necesitan 9 m3 de aire para quemar 1 m3 de gas. En condiciones reales, se necesita más aire. Es decir, se necesita una cantidad excesiva de aire. Este valor, denominado alfa, muestra cuántas veces se consume más aire del teóricamente necesario. El coeficiente alfa depende del tipo de quemador en particular y generalmente se prescribe en el pasaporte del quemador o de acuerdo con las recomendaciones de la organización encargada. Con un aumento en la cantidad de exceso de aire por encima del recomendado, aumentan las pérdidas de calor. Con un aumento significativo en la cantidad de aire, puede ocurrir una separación de llamas, creando una emergencia. Si la cantidad de aire es inferior a la recomendada, la combustión será incompleta, lo que creará un riesgo de intoxicación para el personal de la sala de calderas. La combustión incompleta se determina por:
La combustión de combustible gaseoso es una combinación de los siguientes procesos físicos y químicos: mezcla de gas combustible con aire, calentamiento de la mezcla, descomposición térmica de componentes combustibles, ignición y combinación química de elementos combustibles con oxígeno atmosférico.
La combustión estable de una mezcla de gas y aire es posible con un suministro continuo de las cantidades necesarias de gas combustible y aire al frente de combustión, su mezcla completa y calentamiento hasta la temperatura de ignición o autoignición (Tabla 5).
El encendido de la mezcla gas-aire se puede realizar:
- calentar todo el volumen de la mezcla gas-aire a la temperatura de autoignición. Este método se utiliza en motores de combustión interna, donde la mezcla de gas y aire se calienta por compresión rápida hasta una determinada presión;
- el uso de fuentes extrañas de ignición (encendedores, etc.). En este caso, no toda la mezcla gas-aire se calienta a la temperatura de ignición, sino parte de ella. Este método se usa cuando se queman gases en los quemadores de los aparatos de gas;
- antorcha existente continuamente en el proceso de combustión.
Para iniciar la reacción de combustión del combustible gaseoso, es necesario gastar una cierta cantidad de energía necesaria para romper los enlaces moleculares y crear otros nuevos.
La fórmula química para la combustión del combustible gaseoso, que indica todo el mecanismo de reacción asociado con la aparición y desaparición de un gran número de átomos libres, radicales y otras partículas activas, es compleja. Por lo tanto, para simplificar, se utilizan ecuaciones que expresan los estados inicial y final de las reacciones de combustión de gases.
Si los gases de hidrocarburo se denotan C m H n, entonces la ecuación para la reacción química de combustión de estos gases en oxígeno tomará la forma
C m H n + (m + n/4) O 2 = mCO 2 + (n/2) H 2 O,
donde m es el número de átomos de carbono en el gas hidrocarburo; n es el número de átomos de hidrógeno en el gas; (m + n/4) - la cantidad de oxígeno requerida para la combustión completa del gas.
De acuerdo con la fórmula, se derivan las ecuaciones para la combustión de gases:
- metano CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O
- etano C 2 H 6 + 3.5O 2 \u003d 2CO 2 + ZH 2 O
- butano C 4 H 10 + 6.5O 2 \u003d 4CO 2 + 5H 2 0
- propano C 3 H 8 + 5O 3 \u003d ZSO 2 + 4H 2 O.
En condiciones prácticas de combustión de gases, el oxígeno no se toma en su forma pura, sino que forma parte del aire. Dado que el aire consta de 79 % de nitrógeno y 21 % de oxígeno por volumen, se requieren 100:21 = 4,76 volúmenes de aire o 79:21 = 3,76 volúmenes de nitrógeno por cada volumen de oxígeno. Entonces, la reacción de combustión del metano en el aire se puede escribir de la siguiente manera:
CH 4 + 2O 2 + 2 * 3.76N 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O + 7.52N 2.
La ecuación muestra que para la combustión de 1 m 3 de metano se requiere 1 m 3 de oxígeno y 7,52 m 3 de nitrógeno o 2 + 7,52 = 9,52 m 3 de aire.
Como resultado de la combustión de 1 m 3 de metano se obtienen 1 m 3 de dióxido de carbono, 2 m 3 de vapor de agua y 7,52 m 3 de nitrógeno. La siguiente tabla muestra estos datos para los gases combustibles más comunes.
Para el proceso de combustión de una mezcla gas-aire, es necesario que la cantidad de gas y aire en la mezcla gas-aire esté dentro de ciertos límites. Estos límites se denominan límites de inflamabilidad o límites de explosión. Hay límites de inflamabilidad inferior y superior. El contenido mínimo de gas en la mezcla gas-aire, expresado como porcentaje en volumen, en el que se produce la ignición, se denomina límite inferior de inflamabilidad. El contenido máximo de gas en la mezcla de gas y aire, por encima del cual la mezcla no se enciende sin el suministro de calor adicional, se denomina límite superior de inflamabilidad.
La cantidad de oxígeno y aire durante la combustión de ciertos gases.
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Para quemar se requiere 1 m 3 de gas, m 3 |
Al quemar 1 m 3 se libera gas, m 3 |
Calor de combustión He, kJ / m 3 |
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oxígeno |
dióxido carbón |
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monóxido de carbono |
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Si la mezcla de gas y aire contiene menos gas que el límite inflamable inferior, entonces no se quemará. Si no hay suficiente aire en la mezcla de gas y aire, entonces la combustión no procede por completo.
Las impurezas inertes en los gases tienen una gran influencia en la magnitud de los límites explosivos. Un aumento en el contenido de lastre (N 2 y CO 2) en el gas reduce los límites de inflamabilidad, y cuando el contenido de lastre aumenta por encima de ciertos límites, la mezcla de gas y aire no se enciende en ninguna proporción de gas y aire (tabla a continuación) .
El número de volúmenes de gas inerte por 1 volumen de gas combustible en el que la mezcla de gas y aire deja de ser explosiva.
La cantidad más pequeña de aire requerida para la combustión completa del gas se denomina flujo de aire teórico y se denota por Lt, es decir, si el valor calorífico neto del combustible gaseoso es 33520 kJ / m 3 , entonces la cantidad teóricamente requerida de aire para quemar 1 m 3 gasolina
LT\u003d (33 520/4190) / 1.1 \u003d 8.8 m 3.
Sin embargo, el caudal de aire real siempre supera al teórico. Esto se explica por el hecho de que es muy difícil lograr una combustión completa del gas a caudales de aire teóricos. Por lo tanto, cualquier planta de combustión de gas funciona con algo de aire en exceso.
Entonces, flujo de aire práctico
L n = αL T,
donde Ln- consumo práctico de aire; α - coeficiente de exceso de aire; LT- consumo teórico de aire.
El coeficiente de exceso de aire es siempre mayor que uno. Para el gas natural es α = 1,05 - 1,2. Coeficiente α muestra cuántas veces el flujo de aire real excede al teórico, tomado como una unidad. si un α = 1, entonces la mezcla gas-aire se llama estequiométrico.
En α = 1.2 La combustión de gas se realiza con un exceso de aire en un 20%. Como regla general, la combustión de gases debe tener lugar con un valor mínimo de a, ya que con una disminución del exceso de aire, disminuyen las pérdidas de calor con los gases de escape. El aire que interviene en la combustión es primario y secundario. Primario llamado aire que ingresa al quemador para mezclarse con gas en él; secundario- el aire que entra en la zona de combustión no se mezcla con el gas, sino por separado.
La combustión de gas es una combinación de los siguientes procesos:
Mezcla de gas combustible con aire.
calentando la mezcla
descomposición térmica de componentes combustibles,
Ignición y combinación química de componentes combustibles con oxígeno atmosférico, acompañada de la formación de una antorcha y liberación intensa de calor.
La combustión del metano se produce según la reacción:
CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O
Condiciones requeridas para la combustión del gas:
Asegurar la proporción requerida de gas combustible y aire,
calentamiento hasta la temperatura de ignición.
Si la mezcla de gas y aire es menor que el límite inflamable inferior, entonces no se quemará.
Si hay más gas en la mezcla de gas y aire que el límite inflamable superior, entonces no se quemará por completo.
La composición de los productos de combustión completa de gas:
CO2 - dióxido de carbono
H2O - vapor de agua
* N 2 - nitrógeno (no reacciona con el oxígeno durante la combustión)
Composición de los productos de la combustión incompleta del gas:
CO - monóxido de carbono
C - hollín.
La combustión de 1 m 3 de gas natural requiere 9,5 m 3 de aire. En la práctica, el consumo de aire siempre es mayor.
Actitud consumo real aire a teóricamente flujo requerido se denomina coeficiente de exceso de aire: α = L/L t .,
Dónde: L- gasto real;
L t - caudal requerido teóricamente.
El coeficiente de exceso de aire es siempre mayor que uno. Para gas natural, es 1.05 - 1.2.
2. Propósito, dispositivo y características principales de los calentadores de agua instantáneos..
Calentadores de agua a gas corriente. Diseñados para calentar el agua a una cierta temperatura durante la extracción, los calentadores de agua que fluye se dividen según la carga de energía térmica: 33600, 75600, 105000 kJ, según el grado de automatización, en las clases más alta y primera. eficiencia calentadores de agua 80%, el contenido de óxido no supera el 0,05%, la temperatura de los productos de combustión detrás del interruptor de tiro no es inferior a 180 0 C. El principio se basa en calentar el agua durante el período de extracción.
Las unidades principales de los calentadores de agua instantáneos son: un quemador de gas, un intercambiador de calor, un sistema de automatización y una salida de gas. El gas de baja presión se alimenta al quemador de inyección. Los productos de combustión pasan a través del intercambiador de calor y se descargan en la chimenea. El calor de la combustión se transfiere al agua que fluye a través del intercambiador de calor. Para enfriar la cámara de fuego, se utiliza un serpentín, por el que circula agua, pasando por el calentador. Los calentadores de agua instantáneos a gas están equipados con dispositivos de escape de gas e interruptores de tiro que, en caso de una violación breve del tiro, evitan que la llama del quemador de gas se apague. Hay un tubo de humos para la conexión a la chimenea.
Calentador de agua instantáneo a gas - VPG. En la pared frontal de la carcasa hay: una perilla de control de la llave de gas, un botón para encender la válvula solenoide y una ventana para observar la llama de los quemadores piloto y principal. En la parte superior del dispositivo hay un dispositivo de escape de humo, en la parte inferior hay ramales para conectar el dispositivo a los sistemas de gas y agua. El gas ingresa a la válvula solenoide, la válvula de cierre de gas del bloque del quemador de agua y gas enciende secuencialmente el quemador piloto y suministra gas al quemador principal.
El bloqueo del flujo de gas al quemador principal, con la operación obligatoria del encendedor, se realiza mediante una válvula electromagnética que opera desde un termopar. El bloqueo del suministro de gas al quemador principal, dependiendo de la presencia de entrada de agua, se realiza mediante una válvula accionada a través del vástago de la membrana de la válvula de bloqueo de agua.
Ld. - la cantidad real de aire suministrado al horno, normalmente se suministra en exceso. La relación entre caudal teórico y real se expresa mediante la ecuación:donde α es el coeficiente de exceso de aire (generalmente mayor que 1).
La combustión incompleta de gas conduce a un consumo excesivo de combustible y aumenta el riesgo de intoxicación por productos de combustión incompleta de gas, que también incluyen monóxido de carbono (CO).
Productos de la combustión de gases y control sobre el proceso de combustión.
Los productos de combustión del gas natural son dióxido de carbono (dióxido de carbono), vapor de agua, algo de exceso de oxígeno y nitrógeno. El exceso de oxígeno está contenido en los productos de la combustión sólo en aquellos casos en que la combustión ocurre con exceso de aire, y el nitrógeno está siempre contenido en los productos de la combustión, ya que es parte integral del aire y no toma parte en la combustión.
Los productos de la combustión incompleta del gas pueden ser monóxido de carbono (monóxido de carbono), hidrógeno y metano sin quemar, hidrocarburos pesados, hollín.
El proceso de combustión se puede juzgar más correctamente mediante dispositivos de análisis de gases de combustión que muestran el contenido de dióxido de carbono y oxígeno en él. Si la llama en el horno de la caldera se alarga y tiene un color amarillo oscuro, esto indica falta de aire, y si la llama se vuelve corta y tiene un color blanco deslumbrante, entonces su exceso.
Hay dos formas de regular el funcionamiento del grupo caldera cambiando la potencia térmica de todos los quemadores instalados en la caldera o apagando parte de ellos. El método de regulación depende de las condiciones locales y debe especificarse en las instrucciones de producción. Se permite un cambio en la potencia térmica de los quemadores si no va más allá de los límites de funcionamiento estable. La desviación de la potencia térmica más allá de los límites de funcionamiento estable puede provocar la separación o el retroceso de la llama.
Ajuste el funcionamiento de los quemadores individuales en dos pasos, cambiando lenta y gradualmente el flujo de aire y gas.
Al reducir la salida de calor, primero reduzca el suministro de aire, y luego gasolina; con un aumento en la potencia térmica, primero aumente el suministro de gas, y luego aire.
En este caso, el vacío en el horno debe regularse cambiando la posición de la válvula de compuerta con la caldera o las paletas de la paleta guía frente al extractor de humos.
Si es necesario aumentar la potencia calorífica de los quemadores, aumentar el vacío en el horno; con una disminución de la potencia térmica, primero se regula el funcionamiento de los quemadores y luego se reduce el vacío en el horno.
Métodos de combustión de gases.
Según el método de enseñanza. ACS Los métodos de combustión se pueden dividir en difusión, mixta y cinética.
En difusión En este método, el gas ingresa al frente de combustión bajo presión y el aire del espacio circundante debido a la difusión molecular o turbulenta, la formación de la mezcla se produce simultáneamente con el proceso de combustión, por lo tanto, la velocidad del proceso de combustión está determinada por la velocidad de formación de la mezcla.
El proceso de combustión comienza después de la formación de contacto entre el gas y el aire y la formación de agua caliente de la composición requerida. En este caso, el aire se difunde hacia el chorro de gas y el gas se difunde desde el chorro de gas hacia el aire. Por lo tanto, se crea un suministro de agua caliente cerca del chorro de gas, como resultado de la combustión de la cual se forma una zona de combustión de gas primario. (2) . La combustión de la mayor parte del gas se produce en la zona (Z), en la zona (4) productos de combustión en movimiento.
Este método de combustión se utiliza principalmente en la vida cotidiana (hornos, estufas de gas, etc.)
Con el método mixto de combustión de gas, el quemador asegura que el gas se premezcle con solo una parte del aire necesario para la combustión completa del gas. El resto del aire viene del ambiente directamente a la antorcha.
En este caso, sólo una parte del gas mezclado con primario aire (50%-60%), y el resto del gas, diluido con los productos de combustión, se quema después de la adición de oxígeno del aire secundario.
El aire que rodea la llama se llama secundario .
Con el método cinético de combustión de gas, el ACS se suministra al sitio de combustión completamente preparado dentro del quemador.
Clasificación de los quemadores de gas. .
Un quemador de gas es un dispositivo que proporciona una combustión estable de combustible gaseoso y regulación del proceso de combustión.
Las principales funciones de los quemadores de gas:
Suministro de gas y aire al frente de combustión;
formación de mezclas;
Estabilización del frente de encendido;
Asegurando la intensidad requerida del proceso de combustión del gas.
Según el método de combustión de gas, todos los quemadores se pueden dividir en tres grupos:
Difusión - sin mezcla preliminar de gas con aire;
Difusión-cinética - con mezcla preliminar incompleta de gas con aire;
Cinético: con mezcla previa completa de gas con aire.
Según el método de suministro de aire, los quemadores se dividen en:
Sin soplado: en el que el aire ingresa al horno debido a la descarga en él.
Inyección: en la que se aspira aire debido a la energía del chorro de gas.
Explosión: en la que se suministra aire al quemador u horno mediante un ventilador.
Según la presión del gas con el que funcionan los quemadores:
- baja presión hasta 0,05 kgf/cm 2 ;
- presión media superior a 0,05 a 3 kgf/cm 2 ;
- alta presión superior a 3 kgf/cm 2 .
Requisitos generales para todos los quemadores:
Asegurar la integridad de la combustión de gas;
Estabilidad al cambiar la potencia térmica;
Confiabilidad durante la operación;
compacidad;
Utilidad.
Propiedades físicas y químicas del gas natural.
El gas natural es incoloro, inodoro e insípido, no tóxico.
Densidad de los gases a t = 0°C, Р = 760 mm Hg. Art.: metano - 0,72 kg / m 3, aire -1,29 kg / m 3.
La temperatura de autoignición del metano es de 545 a 650 °C. Esto significa que cualquier mezcla de gas natural y aire calentado a esta temperatura se encenderá sin una fuente de ignición y se quemará.
La temperatura de combustión del metano es de 2100°C en hornos de 1800°C.
Valor calorífico del metano: Q n \u003d 8500 kcal / m 3, Q en \u003d 9500 kcal / m 3.
Explosividad. Distinguir:
- el límite explosivo inferior es el contenido de gas más bajo en el aire en el que se produce una explosión, es del 5% para el metano.
Con un menor contenido de gas en el aire, no habrá explosión por falta de gas. Al introducir una fuente de energía de terceros, pops.
- el límite explosivo superior es el contenido de gas más alto en el aire en el que se produce una explosión, es del 15% para el metano.
Con un mayor contenido de gas en el aire, no habrá explosión por falta de aire. Cuando se introduce una fuente de energía de terceros: fuego, fuego.
Para una explosión de gas, además de mantenerlo en el aire dentro de los límites de su explosividad, se necesita una fuente de energía externa (chispa, llama, etc.).
Durante una explosión de gas en un volumen cerrado (una habitación, una cámara de combustión, un tanque, etc.), hay más destrucción que al aire libre.
Cuando se quema gas con subcombustión, es decir, con falta de oxígeno, se forma monóxido de carbono (CO) o monóxido de carbono en los productos de combustión, que es un gas altamente tóxico.
La velocidad de propagación de la llama es la velocidad a la que se mueve el frente de la llama en relación con el chorro de mezcla fresca.
Velocidad estimada de propagación de llama metano - 0,67 m / s. Depende de la composición, la temperatura, la presión de la mezcla, la proporción de gas y aire en la mezcla, el diámetro del frente de llama, la naturaleza del movimiento de la mezcla (laminar o turbulento) y determina la estabilidad de la combustión.
odorización de gases- esta es la adición de una sustancia de olor fuerte (odorante) al gas para darle un olor antes de entregarlo a los consumidores.
Requisitos para los odorantes:
- un fuerte olor específico;
- no debe impedir la combustión;
- no debe disolverse en agua;
– debe ser inofensivo para las personas y los equipos.
El etil mercaptano (C 2 H 5 SH) se usa como odorante, se agrega al metano: 16 g por 1000 m 3, en invierno la tasa se duplica.
Una persona debe oler el olor en el aire cuando el contenido de gas en el aire es del 20 % del límite explosivo inferior para el metano: 1 % por volumen.
Este es un proceso químico de combinación de componentes combustibles (hidrógeno y carbono) con el oxígeno contenido en el aire. Ocurre con la liberación de calor y luz.
Cuando el carbono se quema, se forma dióxido de carbono (CO 2 ) y el hidrógeno se convierte en vapor de agua (H 2 0).
Etapas de combustión: suministro de gas y aire, formación de una mezcla gas-aire, encendido de la mezcla, su combustión, eliminación de los productos de la combustión.
Teóricamente, cuando todo el gas se quema y toda la cantidad de aire necesaria participa en la combustión, la reacción de combustión de 1 m 3 de gas:
CH 4 + 20 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O + 8500 kcal / m 3.
Para quemar 1 m 3 de metano se necesitan 9,52 m 3 de aire.
Prácticamente no todo el aire aportado a la combustión participará en la combustión.
Por tanto, además del dióxido de carbono (CO 2 ) y el vapor de agua (H 2 0), en los productos de la combustión aparecerán:
- el monóxido de carbono, o monóxido de carbono (CO), si entra en la habitación, puede provocar la intoxicación de los asistentes;
- el carbono atómico u hollín (C), al depositarse en conductos de gas y hornos, empeora la tracción y la transferencia de calor en las superficies de calefacción.
- gas sin quemar e hidrógeno - acumulados en hornos y conductos de gas, forman una mezcla explosiva.
Con falta de aire, se produce una combustión incompleta del combustible: el proceso de combustión se produce con subcombustión. La subcombustión también ocurre con una mala mezcla de gas con aire y baja temperatura en la zona de combustión.
Para una combustión completa del gas, el aire de combustión se suministra en cantidad suficiente, el aire y el gas deben estar bien mezclados y se requiere una temperatura alta en la zona de combustión.
Para la combustión completa del gas, se aporta aire en mayor cantidad que la teóricamente necesaria, es decir, con exceso, no todo el aire participará en la combustión. Parte del calor se gastará en calentar este exceso de aire y se liberará a la atmósfera.
El coeficiente de exceso de aire α es un número que indica cuántas veces el consumo real para la combustión es mayor que el requerido teóricamente:
α = V re / V t
donde V d - consumo real de aire, m 3;
V t - aire teóricamente necesario, m 3.
α = 1,05 - 1,2.
Métodos de quema de gas
El aire de combustión puede ser:
- primario: se alimenta al quemador, se mezcla con gas y la mezcla de gas y aire se usa para la combustión;
- secundario - entra en la zona de combustión.
Métodos de combustión de gas:
1. Método de difusión: el gas y el aire de combustión se suministran por separado y se mezclan en la zona de combustión, todo el aire es secundario. La llama es larga, se requiere un gran espacio de horno.
2. Método mixto: parte del aire se suministra al quemador, mezclado con gas (aire primario), parte del aire se suministra a la zona de combustión (secundario). La llama es más corta que con el método de difusión.
3. Método cinético: todo el aire se mezcla con gas dentro del quemador, es decir, todo el aire es primario. La llama es corta, se requiere un pequeño espacio en el horno.
Dispositivos quemadores de gas
Los quemadores de gas son dispositivos que suministran gas y aire al frente de combustión, forman una mezcla gas-aire, estabilizan el frente de combustión y aseguran la intensidad requerida del proceso de combustión.
Un quemador equipado con un dispositivo adicional (túnel, dispositivo de distribución de aire, etc.) se denomina dispositivo quemador de gas.
Requisitos del quemador:
1) debe estar hecho en fábrica y pasar las pruebas estatales;
2) debe garantizar la integridad de la combustión del gas en todos los modos de funcionamiento con un mínimo exceso de aire y una mínima emisión de sustancias nocivas a la atmósfera;
3) poder utilizar control automático y seguridad, así como medir los parámetros de gas y aire frente al quemador;
4) debe tener un diseño simple, ser accesible para reparación y revisión;
5) debe trabajar de manera estable dentro del reglamento de funcionamiento, si es necesario, tener estabilizadores para evitar la separación y el retroceso de la llama;
6) para quemadores en funcionamiento, el nivel de ruido no debe exceder los 85 dB y la temperatura de la superficie no debe exceder los 45 ° C.
Parámetros de los quemadores de gas.
1) potencia térmica del quemador N g - la cantidad de calor liberado durante la combustión de gas en 1 hora;
2) el límite inferior de funcionamiento estable del quemador N n. .PAG. . - la potencia más baja a la que el quemador funciona de manera estable sin separación ni descarga disruptiva de la llama;
3) potencia mínima N min - la potencia del límite inferior, aumentada en un 10%;
4) el límite superior de funcionamiento estable del quemador N in. .PAG. . - la potencia más alta a la que el quemador funciona de manera estable sin separación ni descarga disruptiva de la llama;
5) potencia máxima N max - potencia del límite superior, reducida en un 10%;
6) potencia nominal N nom: la potencia más alta con la que funciona el quemador durante mucho tiempo con la mayor eficiencia;
7) rango de control operativo: valores de potencia de N min a N nom;
8) coeficiente de regulación de trabajo: la relación entre la potencia nominal y el mínimo.
Clasificación de los quemadores de gas:
1) según el método de suministro de aire para la combustión:
- sin explosión: el aire ingresa al horno debido a la rarefacción en él;
- inyección: el aire es aspirado en el quemador debido a la energía del chorro de gas;
- explosión: se suministra aire al quemador o al horno mediante un ventilador;
2) según el grado de preparación de la mezcla combustible:
– sin mezcla preliminar de gas con aire;
- con mezcla previa completa;
- con mezcla previa incompleta o parcial;
3) por la velocidad de salida de los productos de combustión (baja - hasta 20 m/s, media - 20-70 m/s, alta - más de 70 m/s);
4) según la presión del gas frente a los quemadores:
- bajo hasta 0,005 MPa (hasta 500 mm de columna de agua);
- promedio de 0,005 MPa a 0,3 MPa (de 500 mm de columna de agua a 3 kgf / cm 2);
- alto más de 0,3 MPa (más de 3 kgf / cm 2);
5) según el grado de automatización del control del quemador: con control manual, semiautomático, automático.
Según el método de suministro de aire, los quemadores pueden ser:
1) Difusión. Todo el aire entra en la antorcha desde el espacio circundante. El gas se alimenta al quemador sin aire primario y, al salir del colector, se mezcla con el aire del exterior.
El quemador de diseño más simple, por lo general un tubo con orificios perforados en una o dos filas.
Variedad - quemador de hogar. Consiste en un colector de gas hecho de un tubo de acero, tapado en un extremo. Los agujeros se perforan en dos filas en la tubería. El colector está instalado en una ranura, hecha de ladrillos refractarios, a base de una rejilla. El gas a través de los orificios del colector sale al espacio. El aire entra por la misma ranura a través de la rejilla debido a la rarefacción en el horno o con la ayuda de un ventilador. Durante el funcionamiento, el revestimiento refractario de la ranura se calienta, lo que garantiza la estabilización de la llama en todos los modos de funcionamiento.
Ventajas del quemador: diseño simple, operación confiable (el retroceso de la llama es imposible), silencio, buena regulación.
Desventajas: bajo consumo, antieconómico, llama alta.
2) Quemadores de inyección:
a) baja presión o atmosférica (aplica a quemadores con premezclado parcial). El chorro de gas sale por la boquilla a gran velocidad y, debido a su energía, capta aire en el confusor, arrastrándolo al interior del quemador. La mezcla de gas con aire se lleva a cabo en un mezclador que consta de un cuello, un difusor y una boquilla contra incendios. El vacío creado por el inyector aumenta con el aumento de la presión del gas, mientras cambia la cantidad de aire primario aspirado. La cantidad de aire primario se puede cambiar usando una arandela de ajuste. Al cambiar la distancia entre la arandela y el confusor, se regula el suministro de aire.
Para asegurar la combustión completa del combustible, parte del aire entra por rarefacción en el horno (aire secundario). La regulación de su consumo se realiza cambiando el vacío.
Tienen la propiedad de autorregulación: al aumentar la carga, aumenta la presión del gas, lo que inyecta una mayor cantidad de aire en el quemador. A medida que disminuye la carga, disminuye la cantidad de aire.
Los quemadores se utilizan de forma limitada en equipos de alta capacidad (más de 100 kW). Esto se debe al hecho de que el colector del quemador está ubicado directamente en el horno. Durante el funcionamiento, se calienta a altas temperaturas y falla rápidamente. Tienen una alta relación de exceso de aire, lo que conduce a una combustión de gas antieconómica.
b) Media presión. Cuando se aumenta la presión del gas, se inyecta todo el aire necesario para la combustión completa del gas. Todo el aire es primario. Operan a una presión de gas de 0,005 MPa a 0,3 MPa. Se refieren a quemadores de premezcla completa de gas con aire. Como resultado de una buena mezcla de gas y aire, funcionan con una pequeña proporción de exceso de aire (1,05-1,1). Quemador Kazantsev. Consta de regulador de aire primario, tobera, mezclador, tobera y placa estabilizadora. Al salir de la tobera, el gas tiene energía suficiente para inyectar todo el aire necesario para la combustión. En el mezclador, el gas se mezcla completamente con el aire. El regulador de aire primario a su vez amortigua el ruido que se produce debido a la alta velocidad de la mezcla gas-aire. ventajas:
- simplicidad de diseño;
- funcionamiento estable cuando cambia la carga;
- falta de suministro de aire a presión (sin ventilador, motor eléctrico, conductos de aire);
– la posibilidad de autorregulación (manteniendo una relación gas-aire constante).
Desventajas:
- grandes dimensiones de los quemadores a lo largo, especialmente quemadores con mayor productividad;
– alto nivel de ruido.
3) Quemadores con suministro de aire forzado. La formación de la mezcla gas-aire comienza en el quemador y termina en el horno. El aire es suministrado por un ventilador. El suministro de gas y aire se realiza a través de tuberías separadas. Funcionan con gas de baja y media presión. Para una mejor mezcla, el flujo de gas se dirige a través de los orificios en ángulo con respecto al flujo de aire.
Para mejorar la mezcla, se le da al flujo de aire un movimiento de rotación utilizando remolinos con un ángulo de pala constante o ajustable.
Quemador de gas de remolino (GGV): el gas del colector de distribución sale a través de orificios perforados en una fila y, en un ángulo de 90 0, ingresa al flujo de aire girando con un remolino de palas. Las paletas están soldadas en un ángulo de 45° a la superficie exterior del colector de gas. Dentro del colector de gas hay una tubería para monitorear el proceso de combustión. Cuando se trabaja con fuel oil, se instala una boquilla mecánica de vapor.
Los quemadores diseñados para quemar varios tipos de combustible se denominan combinados.
Ventajas de los quemadores: alta potencia térmica, amplio rango de regulación de funcionamiento, capacidad de controlar la relación de exceso de aire, posibilidad de precalentamiento de gas y aire.
Desventajas de los quemadores: suficiente complejidad de diseño; es posible el desprendimiento y la ruptura de la llama, en relación con lo cual se hace necesario el uso de estabilizadores de combustión (túnel de cerámica, antorcha piloto, etc.).
Accidentes de quemadores
La cantidad de aire en la mezcla gas-aire es el factor más importante que afecta la velocidad de propagación de la llama. En mezclas en las que el contenido de gas supera el límite superior de su ignición, la llama no se propaga en absoluto. A medida que aumenta la cantidad de aire en la mezcla, aumenta la velocidad de propagación de la llama, alcanzando el valor más alto cuando el contenido de aire es aproximadamente el 90% de su cantidad teórica necesaria para la combustión completa del gas. Aumentar el flujo de aire al quemador crea una mezcla que es más pobre en gas, capaz de quemarse más rápido y provocar un destello de llama en el quemador. Por lo tanto, si se requiere aumentar la carga, primero aumente el suministro de gas y luego el de aire. Si es necesario reducir la carga, hacen lo contrario: primero reducen el suministro de aire y luego el gas. Al momento de encender los quemadores, no debe entrar aire en ellos y el gas se enciende en un modo de difusión debido al aire que ingresa al horno, seguido de una transición al suministro de aire al quemador.
1. Separación de llamas: movimiento de la zona de la antorcha desde las salidas de los quemadores en la dirección de combustión del combustible. Ocurre cuando la velocidad de la mezcla gas-aire se hace mayor que la velocidad de propagación de la llama. La llama se vuelve inestable y puede apagarse. El gas continúa fluyendo a través del quemador apagado, lo que conduce a la formación de una mezcla explosiva en el horno.
La separación ocurre cuando: un aumento en la presión del gas por encima de lo permitido, un fuerte aumento en el suministro de aire primario, un aumento en el vacío en el horno, el funcionamiento del quemador en modos trascendentes en relación con los indicados en el pasaporte.
2. Flashback: mover la zona de la llama hacia la mezcla combustible. Ocurre solo en quemadores con una mezcla preliminar de gas y aire. Ocurre cuando la velocidad de la mezcla gas-aire se vuelve menor que la velocidad de propagación de la llama. La llama salta dentro del quemador, donde continúa ardiendo, provocando que el quemador se deforme por sobrecalentamiento. Cuando es posible un resbalón, es posible un pequeño estallido, la llama se apagará, se producirá gas en el horno y los conductos de gas a través del quemador inactivo.
El avance ocurre cuando: la presión del gas frente al quemador cae por debajo del valor permitido; encendido del quemador cuando se suministra aire primario; Gran suministro de gas a baja presión de aire, lo que reduce el rendimiento de los quemadores al premezclar gas y aire por debajo de los valores especificados en el pasaporte. No es posible con el método de difusión de combustión de gas.
Actuaciones del personal en caso de accidente en el quemador:
- apagar el quemador,
- ventilar el horno,
- averiguar la causa del accidente,
- hacer una entrada en el diario
