Spaľovanie zemného plynu je zložitý fyzikálno-chemický proces interakcie jeho horľavých zložiek s oxidačným činidlom, pričom sa chemická energia paliva premieňa na teplo. Spaľovanie môže byť úplné alebo neúplné. Keď sa plyn zmieša so vzduchom, teplota v peci je dostatočne vysoká na spaľovanie, palivo a vzduch sú nepretržite dodávané, dochádza k úplnému spáleniu paliva. Pri nedodržiavaní týchto pravidiel dochádza k nedokonalému spaľovaniu paliva, čo vedie k menšiemu uvoľňovaniu tepla (CO), vodíka (H2), metánu (CH4) a v dôsledku toho k usadzovaniu sadzí na vykurovacích plochách, čím sa zhoršuje prenos tepla a zvyšuje sa tepelné straty, čo zase vedie k nadmernej spotrebe paliva a zníženiu účinnosti kotla, a teda k znečisteniu ovzdušia.
Pomer prebytočného vzduchu závisí od konštrukcie plynového horáka a pece. Koeficient prebytočného vzduchu musí byť aspoň 1, inak môže dôjsť k neúplnému spaľovaniu plynu. A tiež zvýšenie koeficientu prebytočného vzduchu znižuje účinnosť zariadenia využívajúceho teplo v dôsledku veľkých tepelných strát s výfukovými plynmi.
Úplnosť spaľovania sa zisťuje pomocou analyzátora plynu a podľa farby a vône.
Úplné spaľovanie plynu. metán + kyslík \u003d oxid uhličitý + voda CH4 + 2O2 \u003d CO2 + 2H2O Okrem týchto plynov vstupuje do atmosféry s horľavými plynmi aj dusík a zvyšný kyslík. N2 + O2 Ak je spaľovanie plynu neúplné, do ovzdušia sa uvoľňujú horľavé látky - oxid uhoľnatý, vodík, sadze.CO + H + C
Neúplné spaľovanie plynu nastáva v dôsledku nedostatočného vzduchu. Zároveň sa v plameni vizuálne objavujú jazýčky sadzí.Nebezpečenstvo nedokonalého spaľovania plynu spočíva v tom, že oxid uhoľnatý môže spôsobiť otravu personálu kotolne. Obsah CO vo vzduchu 0,01-0,02% môže spôsobiť ľahkú otravu. Vyššia koncentrácia môže viesť k ťažkej otrave a smrti.Vzniknuté sadze sa usadzujú na stenách kotlov, čím sa zhoršuje prenos tepla do chladiacej kvapaliny a znižuje sa účinnosť kotolne. Sadze vedú teplo 200-krát horšie ako metán Na spálenie 1 m3 plynu je teoreticky potrebných 9 m3 vzduchu. V reálnych podmienkach je potrebné viac vzduchu. To znamená, že je potrebné nadmerné množstvo vzduchu. Táto hodnota, označovaná ako alfa, udáva, koľkokrát sa spotrebuje vzduchu viac, než je teoreticky potrebné.Koeficient alfa závisí od typu konkrétneho horáka a býva predpísaný v pase horáka alebo v súlade s odporúčaniami organizácie, ktorá uvádza do prevádzky. So zvýšením množstva prebytočného vzduchu nad odporúčanú hodnotu sa zvyšujú tepelné straty. Pri výraznom zvýšení množstva vzduchu môže dôjsť k oddeleniu plameňa, čím vznikne núdzová situácia. Ak je množstvo vzduchu menšie, ako sa odporúča, spaľovanie nebude úplné, čím vzniká riziko otravy personálu kotolne. Nedokonalé spaľovanie je určené:
Spaľovanie plynného paliva je kombináciou týchto fyzikálnych a chemických procesov: zmiešavanie horľavého plynu so vzduchom, zahrievanie zmesi, tepelný rozklad horľavých zložiek, vznietenie a chemické spojenie horľavých prvkov so vzdušným kyslíkom.
Stabilné spaľovanie zmesi plyn-vzduch je možné pri kontinuálnom prísune potrebných množstiev horľavého plynu a vzduchu do čela spaľovania, ich dôkladnom premiešaní a zahriatí na zápalnú alebo samozápalnú teplotu (tab. 5).
Zapálenie zmesi plynu a vzduchu sa môže uskutočniť:
- zahriatie celého objemu zmesi plynu a vzduchu na teplotu samovznietenia. Táto metóda sa používa v spaľovacích motoroch, kde sa zmes plynu a vzduchu zahrieva rýchlym stlačením na určitý tlak;
- použitie cudzích zdrojov vznietenia (zapaľovače atď.). V tomto prípade sa na zápalnú teplotu nezohrieva celá zmes plynu a vzduchu, ale jej časť. Táto metóda sa používa pri spaľovaní plynov v horákoch plynových spotrebičov;
- existujúci horák nepretržite v procese spaľovania.
Na spustenie spaľovacej reakcie plynného paliva je potrebné vynaložiť určité množstvo energie potrebnej na rozbitie molekulárnych väzieb a vytvorenie nových.
Chemický vzorec na spaľovanie plynového paliva, ktorý naznačuje celý reakčný mechanizmus spojený so vznikom a zánikom veľkého počtu voľných atómov, radikálov a iných aktívnych častíc, je zložitý. Preto sa pre zjednodušenie používajú rovnice, ktoré vyjadrujú počiatočný a konečný stav reakcií spaľovania plynu.
Ak sú uhľovodíkové plyny označené C m H n, potom rovnica pre chemickú reakciu spaľovania týchto plynov v kyslíku bude mať tvar
CmHn+ (m + n/4)02 = mC02+ (n/2)H20,
kde m je počet atómov uhlíka v uhľovodíkovom plyne; n je počet atómov vodíka v plyne; (m + n/4) - množstvo kyslíka potrebné na úplné spálenie plynu.
V súlade so vzorcom sú rovnice pre spaľovanie plynov odvodené:
- metán CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O
- etán C2H6 + 3,5O2 \u003d 2CO2 + ZH20
- bután C4H10 + 6,502 \u003d 4CO2 + 5H20
- propán C3H8 + 503 \u003d ZSO2 + 4H20.
V praktických podmienkach spaľovania plynu sa kyslík neprijíma v čistej forme, ale je súčasťou vzduchu. Pretože vzduch pozostáva zo 79 % dusíka a 21 % objemových kyslíka, na každý objem kyslíka je potrebných 100:21 = 4,76 objemov vzduchu alebo 79:21 = 3,76 objemov dusíka. Potom sa spaľovacia reakcia metánu vo vzduchu dá zapísať takto:
CH4 + 202 + 2 * 3,76 N2 \u003d C02 + 2H20 + 7,52 N2.
Z rovnice vyplýva, že na spálenie 1 m 3 metánu je potrebný 1 m 3 kyslíka a 7,52 m 3 dusíka alebo 2 + 7,52 = 9,52 m 3 vzduchu.
V dôsledku spaľovania 1 m 3 metánu, 1 m 3 oxidu uhličitého, 2 m 3 vodnej pary a 7,52 m 3 dusíka. V tabuľke nižšie sú uvedené tieto údaje pre najbežnejšie horľavé plyny.
Pre proces spaľovania zmesi plynu a vzduchu je potrebné, aby množstvo plynu a vzduchu v zmesi plynu a vzduchu bolo v určitých medziach. Tieto limity sa nazývajú limity horľavosti alebo limity výbušnosti. Existujú dolné a horné hranice horľavosti. Minimálny obsah plynu v zmesi plynu so vzduchom vyjadrený v objemových percentách, pri ktorom dôjde k vznieteniu, sa nazýva dolná hranica horľavosti. Maximálny obsah plynu v zmesi plynu so vzduchom, nad ktorým sa zmes bez prísunu dodatočného tepla nezapáli, sa nazýva horná hranica horľavosti.
Množstvo kyslíka a vzduchu pri spaľovaní určitých plynov
|
Na spálenie 1 m 3 plynu je potrebných m 3 |
Pri spálení 1 m 3 plynu sa uvoľní m 3 |
Spaľné teplo He, kJ/m 3 |
|||||
|
kyslík |
oxidu uhličitého uhlíka |
||||||
|
oxid uhoľnatý |
|||||||
Ak zmes plynu a vzduchu obsahuje menej plynu ako je dolná hranica horľavosti, nebude horieť. Ak v zmesi plynu a vzduchu nie je dostatok vzduchu, spaľovanie neprebehne úplne.
Inertné nečistoty v plynoch majú veľký vplyv na veľkosť limitov výbušnosti. Zvýšenie obsahu balastu (N 2 a CO 2) v plyne zužuje limity horľavosti a keď sa obsah balastu zvýši nad určité limity, zmes plynu a vzduchu sa nezapáli pri žiadnom pomere plynu a vzduchu (tabuľka nižšie) .
Počet objemov inertného plynu na 1 objem horľavého plynu, pri ktorom zmes plynu a vzduchu prestáva byť výbušná
Najmenšie množstvo vzduchu potrebné na úplné spálenie plynu sa nazýva teoretický prietok vzduchu a označuje sa Lt, teda ak je výhrevnosť plynového paliva 33520 kJ/m. 3 , potom teoreticky potrebné množstvo vzduchu na spálenie 1 m 3 plyn
L T\u003d (33 520/4190) / 1,1 \u003d 8,8 m 3.
Skutočný prietok vzduchu však vždy prevyšuje teoretický. To sa vysvetľuje skutočnosťou, že je veľmi ťažké dosiahnuť úplné spálenie plynu pri teoretických prietokoch vzduchu. Preto každé zariadenie na spaľovanie plynu pracuje s určitým prebytkom vzduchu.
Takže praktické prúdenie vzduchu
Ln = aL T,
kde L n- praktická spotreba vzduchu; α - koeficient prebytočného vzduchu; L T- teoretická spotreba vzduchu.
Koeficient prebytočného vzduchu je vždy väčší ako jedna. Pre zemný plyn áno α = 1,05 - 1,2. Koeficient α ukazuje, koľkokrát skutočný prietok vzduchu prevyšuje teoretický, braný ako jednotka. Ak α = 1, potom sa nazýva zmes plynu a vzduchu stechiometrická.
o α = 1,2 spaľovanie plynu sa uskutočňuje s prebytkom vzduchu o 20 %. Spaľovanie plynov by malo spravidla prebiehať s minimálnou hodnotou a, pretože s poklesom prebytočného vzduchu klesajú tepelné straty výfukovými plynmi. Vzduch zapojený do spaľovania je primárny a sekundárny. Primárny nazývaný vzduch vstupujúci do horáka na zmiešanie s plynom v ňom; sekundárne- vzduch vstupujúci do spaľovacej zóny sa nezmiešava s plynom, ale oddelene.
Spaľovanie plynu je kombináciou nasledujúcich procesov:
Miešanie horľavého plynu so vzduchom
zahrievanie zmesi
tepelný rozklad horľavých zložiek,
Zapálenie a chemická kombinácia horľavých zložiek so vzdušným kyslíkom, sprevádzaná vytvorením pochodne a intenzívnym uvoľňovaním tepla.
Spaľovanie metánu prebieha podľa reakcie:
CH4 + 202 \u003d CO2 + 2H20
Podmienky potrebné na spaľovanie plynu:
zabezpečenie požadovaného pomeru horľavého plynu a vzduchu,
zahriatie na zápalnú teplotu.
Ak je zmes plynu a vzduchu nižšia ako dolná hranica horľavosti, potom nebude horieť.
Ak je v zmesi plynu a vzduchu viac plynu, ako je horná hranica horľavosti, potom úplne nezhorí.
Zloženie produktov úplného spaľovania plynu:
CO 2 - oxid uhličitý
H 2 O - vodná para
* N 2 - dusík (pri spaľovaní nereaguje s kyslíkom)
Zloženie produktov nedokonalého spaľovania plynu:
CO - oxid uhoľnatý
C - sadze.
Na spálenie 1 m 3 zemného plynu je potrebných 9,5 m 3 vzduchu. V praxi je spotreba vzduchu vždy vyššia.
Postoj skutočná spotreba vzduchu do teoreticky požadovaný prietok sa nazýva súčiniteľ prebytočného vzduchu: α = L/L t .,
Kde: L- skutočné náklady;
L t - teoreticky požadovaný prietok.
Koeficient prebytočného vzduchu je vždy väčší ako jedna. Pre zemný plyn je to 1,05 - 1,2.
2. Účel, zariadenie a hlavné charakteristiky prietokových ohrievačov vody.
Prietokové plynové ohrievače vody. Určené na ohrev vody na určitú teplotu pri čerpaní Prietokové ohrievače vody sa delia podľa zaťaženia tepelným výkonom: 33600, 75600, 105000 kJ, podľa stupňa automatizácie - do najvyššej a prvej triedy. efektívnosť ohrievače vody 80%, obsah oxidov nie je väčší ako 0,05%, teplota spalín za prerušovačom ťahu nie je menšia ako 180 0 C. Princíp je založený na ohreve vody počas doby čerpania.
Hlavnými jednotkami prietokových ohrievačov vody sú: plynový horák, výmenník tepla, automatizačný systém a výstup plynu. Nízkotlakový plyn sa privádza do vstrekovacieho horáka. Produkty spaľovania prechádzajú cez výmenník tepla a sú odvádzané do komína. Spaľovacie teplo sa odovzdáva vode prúdiacej cez výmenník tepla. Na chladenie ohniska sa používa špirála, cez ktorú cirkuluje voda a prechádza cez ohrievač. Plynové prietokové ohrievače vody sú vybavené zariadením na odvod plynu a ističom ťahu, ktoré pri krátkodobom narušení ťahu zabránia zhasnutiu plameňa plynového horáka. Na pripojenie ku komínu je potrubie na odvod spalín.
Plynový prietokový ohrievač vody - VPG. Na prednej stene puzdra sa nachádza: gombík na ovládanie plynového kohúta, tlačidlo na zapnutie solenoidového ventilu a priezor na pozorovanie plameňa zapaľovacieho a hlavného horáka. V hornej časti zariadenia je zariadenie na odvod dymu, v spodnej časti sú odbočné potrubia na pripojenie zariadenia k plynovému a vodnému systému. Plyn vstupuje do solenoidového ventilu, plynový uzatvárací ventil bloku vodného a plynového horáka postupne zapína pilotný horák a dodáva plyn do hlavného horáka.
Blokovanie prietoku plynu k hlavnému horáku s povinným chodom zapaľovača sa vykonáva elektromagnetickým ventilom ovládaným z termočlánku. Blokovanie prívodu plynu k hlavnému horáku v závislosti od prítomnosti prívodu vody sa vykonáva ventilom poháňaným cez driek z membrány ventilu vodného bloku.
Ld. - skutočné množstvo vzduchu privádzaného do pece, zvyčajne sa dodáva nadbytok. Vzťah medzi teoretickým a skutočným prietokom vyjadruje rovnica:kde α je koeficient prebytočného vzduchu (zvyčajne väčší ako 1).
Nedokonalé spaľovanie plynu vedie k nadmernej spotrebe paliva a zvyšuje riziko otravy produktmi nedokonalého spaľovania plynu, medzi ktoré patrí aj oxid uhoľnatý (CO).
Produkty spaľovania plynu a riadenie spaľovacieho procesu.
Produkty spaľovania zemného plynu sú oxid uhličitý (oxid uhličitý) vodná para, prebytok kyslíka a dusíka. Prebytočný kyslík je obsiahnutý v produktoch spaľovania iba v prípadoch, keď k spaľovaniu dochádza s prebytočným vzduchom a dusík je vždy obsiahnutý v produktoch spaľovania, pretože je neoddeliteľnou súčasťou vzduchu a nezúčastňuje sa horenia.
Produkty neúplného spaľovania plynu môžu byť oxid uhoľnatý (oxid uhoľnatý), nespálený vodík a metán, ťažké uhľovodíky, sadze.
Proces spaľovania možno najsprávnejšie posúdiť prístrojmi na analýzu spalín, ktoré ukazujú obsah oxidu uhličitého a kyslíka v nich. Ak je plameň v peci kotla predĺžený a má tmavožltú farbu, znamená to nedostatok vzduchu a ak sa plameň skráti a má oslnivo bielu farbu, potom jeho prebytok.
Prevádzku kotlovej jednotky je možné regulovať dvoma spôsobmi, a to zmenou tepelného výkonu všetkých horákov inštalovaných v kotle, alebo vypnutím ich časti. Spôsob regulácie závisí od miestnych podmienok a musí byť uvedený vo výrobnom návode. Zmena tepelného výkonu horákov je prípustná, ak neprekračuje hranice stabilnej prevádzky. Odchýlka tepelného výkonu za hranice stabilnej prevádzky môže viesť k oddeleniu alebo spätnému vzplanutiu plameňa.
Činnosť jednotlivých horákov upravíte v dvoch krokoch, pomaly a postupne meníte prietok vzduchu a plynu.
Pri znižovaní tepelného výkonu najprv znížte prívod vzduchu, a potom plyn; so zvýšením tepelného výkonu najskôr zvýšte prívod plynu, a potom vzduch.
V tomto prípade je potrebné regulovať podtlak v peci zmenou polohy posúvača s kotlom alebo lopatkami vodiacej lopatky pred odsávačom dymu.
Ak je potrebné zvýšiť tepelný výkon horákov, zvýšiť vákuum v peci; s poklesom tepelného výkonu sa najskôr reguluje činnosť horákov a potom sa zníži vákuum v peci.
Metódy spaľovania plynu.
V závislosti od spôsobu výchovy TÚV spôsoby spaľovania možno rozdeliť na difúzne, zmiešané a kinetické.
o difúzia Pri tejto metóde sa plyn dostáva do čela spaľovania pod tlakom a vzduch z okolitého priestoru v dôsledku molekulárnej alebo turbulentnej difúzie, tvorba zmesi prebieha súčasne s procesom spaľovania, preto rýchlosť procesu spaľovania je určená rýchlosťou tvorby zmesi.
Proces spaľovania začína po vytvorení kontaktu medzi plynom a vzduchom a vytvorením horúcej vody požadovaného zloženia. V tomto prípade vzduch difunduje do prúdu plynu a plyn difunduje z prúdu plynu do vzduchu. V blízkosti prúdu plynu sa tak vytvára prívod horúcej vody, v dôsledku ktorého spaľovaním vzniká zóna primárneho spaľovania plynu (2) . Spaľovanie hlavnej časti plynu prebieha v zóne (Z), v zóne (4) pohybujúcich sa produktov spaľovania.
Tento spôsob spaľovania sa používa hlavne v každodennom živote (rúre, plynové sporáky atď.)
Pri zmiešanom spôsobe spaľovania plynu horák zabezpečuje predmiešanie plynu len s časťou vzduchu potrebnou na úplné spálenie plynu. Zvyšok vzduchu prichádza z prostredia priamo do horáka.
V tomto prípade sa zmieša iba časť plynu primárny vzduchu (50%-60%), a zvyšok plynu, zriedený splodinami horenia, po pridaní kyslíka zo sekundárneho vzduchu vyhorí.
Vzduch obklopujúci plameň sa nazýva sekundárne .
Pri kinetickej metóde spaľovania plynu je TÚV privádzaná do spaľovacieho miesta plne pripravená vo vnútri horáka.
Klasifikácia plynových horákov .
Plynový horák je zariadenie, ktoré zabezpečuje stabilné spaľovanie plynného paliva a reguláciu spaľovacieho procesu.
Hlavné funkcie plynových horákov:
Prívod plynu a vzduchu do čela spaľovania;
tvorba zmesi;
Stabilizácia predného zapaľovania;
Zabezpečenie požadovanej intenzity procesu spaľovania plynu.
Podľa spôsobu spaľovania plynu možno všetky horáky rozdeliť do troch skupín:
Difúzia - bez predbežného zmiešania plynu so vzduchom;
Difúzne kinetické - s neúplným predbežným zmiešaním plynu so vzduchom;
Kinetické - s úplným predmiešaním plynu so vzduchom.
Podľa spôsobu prívodu vzduchu sa horáky delia na:
Bez fúkania - v ktorom vzduch vstupuje do pece v dôsledku výboja v nej.
Vstrekovanie - pri ktorom sa nasáva vzduch vďaka energii prúdu plynu.
Výbuch - pri ktorom sa vzduch privádza do horáka alebo pece pomocou ventilátora.
Podľa tlaku plynu, na ktorý horáky fungujú:
- nízky tlak do 0,05 kgf/cm2;
- stredný tlak nad 0,05 až 3 kgf/cm2;
- vysoký tlak nad 3 kgf/cm 2 .
Všeobecné požiadavky pre všetky horáky:
Zabezpečenie úplnosti spaľovania plynu;
Stabilita pri zmene tepelného výkonu;
Spoľahlivosť počas prevádzky;
Kompaktnosť;
Obslužnosť.
Fyzikálne a chemické vlastnosti zemného plynu
Zemný plyn je bezfarebný, bez zápachu a chuti, netoxický.
Hustota plynov pri t = 0°C, Р = 760 mm Hg. Art.: metán - 0,72 kg / m 3, vzduch -1,29 kg / m 3.
Teplota samovznietenia metánu je 545 - 650°C. To znamená, že akákoľvek zmes zemného plynu a vzduchu zohriata na túto teplotu sa bez zdroja vznietenia zapáli a zhorí.
Teplota spaľovania metánu je 2100°C v peciach 1800°C.
Výhrevnosť metánu: Q n \u003d 8500 kcal / m3, Q v \u003d 9500 kcal / m3.
Výbušnosť. Rozlíšiť:
- dolná medza výbušnosti je najnižší obsah plynu vo vzduchu, pri ktorom dôjde k výbuchu, pre metán je to 5 %.
Pri nižšom obsahu plynu vo vzduchu nedôjde k výbuchu pre nedostatok plynu. Pri zavádzaní zdroja energie tretej strany - puká.
- horná medza výbušnosti je najvyšší obsah plynu vo vzduchu, pri ktorom dôjde k výbuchu, pre metán je to 15 %.
Pri vyššom obsahu plynu vo vzduchu nedôjde k výbuchu pre nedostatok vzduchu. Keď sa zavedie zdroj energie tretej strany - oheň, oheň.
Na výbuch plynu je okrem jeho udržania vo vzduchu v medziach jeho výbušnosti potrebný vonkajší zdroj energie (iskra, plameň a pod.).
Pri výbuchu plynu v uzavretom priestore (miestnosť, ohnisko, nádrž atď.) dochádza k väčšej deštrukcii ako na čerstvom vzduchu.
Pri spaľovaní plynu s nedohorením, t.j. s nedostatkom kyslíka, vzniká v splodinách horenia oxid uhoľnatý (CO), čiže oxid uhoľnatý, čo je prudko toxický plyn.
Rýchlosť šírenia plameňa je rýchlosť, ktorou sa čelo plameňa pohybuje vzhľadom na prúd čerstvej zmesi.
Odhadovaná rýchlosť šírenia plameňa metánu - 0,67 m / s. Závisí od zloženia, teploty, tlaku zmesi, pomeru plynu a vzduchu v zmesi, priemeru čela plameňa, charakteru pohybu zmesi (laminárny alebo turbulentný) a určuje stabilitu horenia.
Odorizácia plynu- ide o pridanie silne zapáchajúcej látky (odorantu) do plynu, aby sa plyn dostal pred dodaním spotrebiteľom.
Požiadavky na odoranty:
- ostrý špecifický zápach;
- nesmie brániť horeniu;
- nemal by sa rozpúšťať vo vode;
– musia byť neškodné pre ľudí a zariadenia.
Ako odorant sa používa etylmerkaptán (C 2 H 5 SH), pridáva sa do metánu - 16 g na 1000 m 3, v zime sa dávka zdvojnásobuje.
Človek by mal cítiť zápach vo vzduchu, keď je obsah plynu vo vzduchu 20% spodnej hranice výbušnosti pre metán - 1% objemu.
Ide o chemický proces spájania horľavých zložiek (vodík a uhlík) s kyslíkom obsiahnutým vo vzduchu. Vyskytuje sa pri uvoľňovaní tepla a svetla.
Pri spaľovaní uhlíka vzniká oxid uhličitý (CO 2) a vodík sa mení na vodnú paru (H 2 0).
Fázy horenia: prívod plynu a vzduchu, tvorba zmesi plyn-vzduch, zapálenie zmesi, jej spaľovanie, odstraňovanie splodín horenia.
Teoreticky, keď všetok plyn vyhorí a všetko potrebné množstvo vzduchu sa zúčastní spaľovania, reakcia horenia 1 m 3 plynu:
CH4 + 202 \u003d CO2 + 2H20 + 8500 kcal / m3.
Na spálenie 1 m 3 metánu je potrebných 9,52 m 3 vzduchu.
Prakticky nie všetok vzduch privádzaný do spaľovania sa bude podieľať na spaľovaní.
Preto sa v splodinách horenia okrem oxidu uhličitého (CO 2) a vodnej pary (H 2 0) objavia:
- oxid uhoľnatý alebo oxid uhoľnatý (CO), ak sa dostane do miestnosti, môže spôsobiť otravu obsluhy;
- atómový uhlík alebo sadze (C), ktoré sa ukladajú v plynových potrubiach a peciach, zhoršujú trakciu a prenos tepla na vykurovacích plochách.
- nespálený plyn a vodík - hromadiace sa v peciach a plynovodoch, tvoria výbušnú zmes.
Pri nedostatku vzduchu dochádza k neúplnému spaľovaniu paliva - proces spaľovania nastáva s nedohorením. K podhoreniu dochádza aj pri zlom premiešavaní plynu so vzduchom a nízkej teplote v spaľovacej zóne.
Pre úplné spálenie plynu je spaľovací vzduch privádzaný v dostatočnom množstve, vzduch a plyn musia byť dobre premiešané a v spaľovacej zóne je potrebná vysoká teplota.
Na úplné spálenie plynu sa privádza vzduch vo väčšom množstve, ako je teoreticky potrebné, t.j. pri nadbytku sa na spaľovaní nezúčastní všetok vzduch. Časť tepla sa minie na ohrev tohto prebytočného vzduchu a uvoľní sa do atmosféry.
Koeficient prebytočného vzduchu α je číslo, ktoré ukazuje, koľkokrát je skutočná spotreba na spaľovanie väčšia, než je teoreticky potrebná:
a = Vd/Vt
kde V d - skutočná spotreba vzduchu, m 3;
V t - teoreticky potrebný vzduch, m 3.
a = 1,05 - 1,2.
Metódy spaľovania plynu
Spaľovací vzduch môže byť:
- primárna - je privádzaná do horáka, zmiešaná s plynom a zmes plynu a vzduchu sa používa na spaľovanie;
- sekundárny - vstupuje do spaľovacej zóny.
Spôsoby spaľovania plynu:
1. Difúzna metóda - plyn a spaľovací vzduch sú privádzané oddelene a zmiešané v spaľovacej zóne, všetok vzduch je sekundárny. Plameň je dlhý, je potrebný veľký priestor pece.
2. Zmiešaný spôsob - časť vzduchu sa privádza do horáka, zmiešava sa s plynom (primárny vzduch), časť vzduchu sa privádza do spaľovacej zóny (sekundárne). Plameň je kratší ako pri difúznej metóde.
3. Kinetická metóda - všetok vzduch je vo vnútri horáka zmiešaný s plynom, t.j. všetok vzduch je primárny. Plameň je krátky, je potrebný malý priestor pece.
Zariadenia na plynové horáky
Plynové horáky sú zariadenia, ktoré privádzajú plyn a vzduch do čela spaľovania, tvoria zmes plynu a vzduchu, stabilizujú čelo spaľovania a zabezpečujú požadovanú intenzitu spaľovacieho procesu.
Horák vybavený prídavným zariadením (tunel, zariadenie na rozvod vzduchu atď.) sa nazýva zariadenie plynového horáka.
Požiadavky na horák:
1) musia byť vyrobené v továrni a musia prejsť štátnymi skúškami;
2) musí zabezpečiť úplnosť spaľovania plynu vo všetkých prevádzkových režimoch s minimálnym prebytkom vzduchu a minimálnymi emisiami škodlivých látok do ovzdušia;
3) byť schopný používať automatické ovládanie a bezpečnosť, ako aj meranie parametrov plynu a vzduchu pred horákom;
4) musí mať jednoduchý dizajn, musí byť prístupný na opravu a revíziu;
5) musí pracovať stabilne v rámci prevádzkového predpisu, v prípade potreby mať stabilizátory zabraňujúce oddeľovaniu a spätnému vzplanutiu plameňa;
6) pre pracovné horáky by hladina hluku nemala presiahnuť 85 dB a povrchová teplota by nemala presiahnuť 45 ° C.
Parametre plynových horákov
1) tepelný výkon horáka N g - množstvo tepla uvoľneného pri spaľovaní plynu za 1 hodinu;
2) najnižšia hranica stabilnej prevádzky horáka N n. .P. . - najnižší výkon, pri ktorom horák pracuje stabilne bez oddeľovania a preskočenia plameňa;
3) minimálny výkon N min - výkon spodnej hranice, zvýšený o 10%;
4) horná hranica stabilnej prevádzky horáka N in. .P. . - najvyšší výkon, pri ktorom horák pracuje stabilne bez oddeľovania a preskočenia plameňa;
5) maximálny výkon N max - výkon hornej hranice, znížený o 10%;
6) menovitý výkon N nom - najvyšší výkon, s ktorým horák pracuje po dlhú dobu s najvyššou účinnosťou;
7) rozsah riadenia prevádzky - hodnoty výkonu od N min do N nom;
8) koeficient pracovnej regulácie - pomer menovitého výkonu k minimu.
Klasifikácia plynových horákov:
1) podľa spôsobu prívodu vzduchu na spaľovanie:
- bez výbuchu - vzduch vstupuje do pece v dôsledku riedenia v nej;
- vstrekovanie - vzduch je nasávaný do horáka v dôsledku energie prúdu plynu;
- fúkanie - vzduch sa privádza do horáka alebo do pece pomocou ventilátora;
2) podľa stupňa prípravy horľavej zmesi:
– bez predbežného zmiešania plynu so vzduchom;
- s úplným predmiešaním;
- s neúplným alebo čiastočným predmiešaním;
3) rýchlosťou odtoku produktov spaľovania (nízka - do 20 m / s, stredná - 20 - 70 m / s, vysoká - viac ako 70 m / s);
4) podľa tlaku plynu pred horákmi:
- nízke do 0,005 MPa (do 500 mm vodného stĺpca);
- priemer od 0,005 MPa do 0,3 MPa (od 500 mm vodného stĺpca do 3 kgf / cm2);
- vysoký viac ako 0,3 MPa (viac ako 3 kgf / cm 2);
5) podľa stupňa automatizácie ovládania horáka - s ručným ovládaním, poloautomatické, automatické.
Podľa spôsobu prívodu vzduchu môžu byť horáky:
1) Difúzia. Všetok vzduch vstupuje do baterky z okolitého priestoru. Plyn je privádzaný do horáka bez primárneho vzduchu a opúšťajúc kolektor sa mieša so vzduchom mimo neho.
Najjednoduchší horák v dizajne, zvyčajne rúrka s otvormi vyvŕtanými v jednom alebo dvoch radoch.
Odroda - horák do ohniska. Pozostáva zo zberača plynu vyrobeného z oceľovej rúry, ktorá je na jednom konci upchatá. V potrubí sú vyvŕtané otvory v dvoch radoch. Kolektor je inštalovaný do štrbiny, murovanej zo žiaruvzdorných tehál, založenej na rošte. Plyn cez otvory v kolektore vystupuje do medzery. Vzduch vstupuje do rovnakej štrbiny cez rošt v dôsledku riedenia v peci alebo pomocou ventilátora. Počas prevádzky sa žiaruvzdorná výmurovka štrbiny zahrieva, čím je zabezpečená stabilizácia plameňa vo všetkých prevádzkových režimoch.
Prednosti horáka: jednoduchá konštrukcia, spoľahlivá prevádzka (nemožný spätný plameň plameňa), nehlučnosť, dobrá regulácia.
Nevýhody: nízky výkon, nehospodárnosť, vysoký plameň.
2) Vstrekovacie horáky:
a) nízkotlakové alebo atmosferické (platí pre horáky s čiastočným predmiešaním). Prúd plynu opúšťa dýzu vysokou rýchlosťou a vďaka svojej energii zachytáva vzduch do zmätku a ťahá ho dovnútra horáka. Miešanie plynu so vzduchom prebieha v mixéri pozostávajúcom z hrdla, difúzora a požiarnej trysky. Vákuum vytvorené injektorom sa zvyšuje so zvyšujúcim sa tlakom plynu, pričom sa mení množstvo nasávaného primárneho vzduchu. Množstvo primárneho vzduchu je možné meniť pomocou nastavovacej podložky. Zmenou vzdialenosti medzi podložkou a zmätkom sa reguluje prívod vzduchu.
Aby sa zabezpečilo úplné spálenie paliva, časť vzduchu vstupuje v dôsledku riedenia v peci (sekundárny vzduch). Regulácia jeho spotreby sa vykonáva zmenou podtlaku.
Majú vlastnosť samoregulácie: so zvyšujúcim sa zaťažením sa zvyšuje tlak plynu, ktorý vháňa do horáka zvýšené množstvo vzduchu. S klesajúcou záťažou klesá množstvo vzduchu.
Horáky sa obmedzene používajú na vysokokapacitných zariadeniach (viac ako 100 kW). Je to spôsobené tým, že zberač horáka je umiestnený priamo v peci. Počas prevádzky sa zahrieva na vysoké teploty a rýchlo zlyhá. Majú vysoký pomer prebytku vzduchu, čo vedie k nehospodárnemu spaľovaniu plynu.
b) Stredný tlak. Keď sa tlak plynu zvýši, vstrekne sa všetok vzduch potrebný na úplné spálenie plynu. Všetok vzduch je primárny. Pracujú pri tlaku plynu od 0,005 MPa do 0,3 MPa. Týka sa horákov úplného predbežného zmiešania plynu so vzduchom. V dôsledku dobrého premiešania plynu a vzduchu pracujú s malým pomerom prebytku vzduchu (1,05-1,1). Horák Kazantsev. Pozostáva z primárneho regulátora vzduchu, trysky, mixéra, trysky a doskového stabilizátora. Pri výstupe z trysky má plyn dostatok energie na vstreknutie všetkého vzduchu potrebného na spaľovanie. V mixéri sa plyn úplne zmieša so vzduchom. Regulátor primárneho vzduchu zároveň tlmí hluk, ktorý vzniká v dôsledku vysokej rýchlosti zmesi plynu a vzduchu. výhody:
- jednoduchosť dizajnu;
- stabilná prevádzka pri zmene zaťaženia;
- nedostatok prívodu vzduchu pod tlakom (žiadny ventilátor, elektromotor, vzduchové potrubia);
– možnosť samoregulácie (udržiavanie konštantného pomeru plynu a vzduchu).
Nevýhody:
- veľké rozmery horákov pozdĺž dĺžky, najmä horáky so zvýšenou produktivitou;
- vysoká hladina hluku.
3) Horáky s núteným prívodom vzduchu. Tvorba zmesi plynu a vzduchu začína v horáku a končí v peci. Vzduch je dodávaný ventilátorom. Dodávka plynu a vzduchu sa vykonáva cez samostatné potrubia. Pracujú na nízkom a strednom tlaku plynu. Pre lepšie premiešanie je prúd plynu nasmerovaný cez otvory pod uhlom k prúdu vzduchu.
Na zlepšenie miešania je prúd vzduchu daný rotačným pohybom pomocou vírov s konštantným alebo nastaviteľným uhlom lopatky.
Vírivý plynový horák (GGV) - plyn z rozdeľovacieho potrubia vystupuje cez otvory vyvŕtané v jednom rade a pod uhlom 90° vstupuje do prúdu vzduchu víriaceho lopatkovým vírnikom. Lopatky sú privarené pod uhlom 45° k vonkajšiemu povrchu plynového potrubia. Vo vnútri zberača plynu je potrubie na monitorovanie spaľovacieho procesu. Pri práci na vykurovacom oleji je v ňom nainštalovaná paro-mechanická dýza.
Horáky určené na spaľovanie viacerých druhov paliva sa nazývajú kombinované.
Výhody horákov: vysoký tepelný výkon, široký rozsah regulácie prevádzky, možnosť regulácie pomeru prebytočného vzduchu, možnosť predohrevu plynu a vzduchu.
Nevýhody horákov: dostatočná konštrukčná zložitosť; je možné oddelenie a prerazenie plameňa, v súvislosti s ktorým je potrebné použiť stabilizátory horenia (keramický tunel, zapaľovací horák atď.).
Nehody horákov
Množstvo vzduchu v zmesi plynu a vzduchu je najdôležitejším faktorom ovplyvňujúcim rýchlosť šírenia plameňa. V zmesiach, v ktorých obsah plynu presahuje hornú hranicu jeho vznietenia, sa plameň vôbec nerozšíri. So zvyšujúcim sa množstvom vzduchu v zmesi sa zvyšuje rýchlosť šírenia plameňa, pričom najvyššiu hodnotu dosahuje pri obsahu vzduchu okolo 90 % jeho teoretického množstva potrebného na úplné spálenie plynu. Zvýšením prietoku vzduchu k horáku sa vytvorí zmes chudobnejšia na plyn, ktorá môže horieť rýchlejšie a spôsobiť záblesk plameňa do horáka. Preto, ak je potrebné zvýšiť zaťaženie, najskôr zvýšte prívod plynu a potom vzduchu. Ak je potrebné znížiť zaťaženie, urobia opak - najprv znížia prívod vzduchu a potom plyn. V čase spustenia horákov by sa do nich nemal dostať vzduch a plyn sa zapáli v difúznom režime v dôsledku vstupu vzduchu do pece, po ktorom nasleduje prechod na prívod vzduchu do horáka
1. Oddelenie plameňa - pohyb zóny horáka od výstupov horáka v smere spaľovania paliva. Vyskytuje sa, keď je rýchlosť zmesi plynu a vzduchu väčšia ako rýchlosť šírenia plameňa. Plameň sa stáva nestabilným a môže zhasnúť. Plyn naďalej prúdi cez zhasnutý horák, čo vedie k vytvoreniu výbušnej zmesi v peci.
K oddeleniu dochádza, keď: zvýšenie tlaku plynu nad prípustný tlak, prudké zvýšenie prívodu primárneho vzduchu, zvýšenie vákua v peci, prevádzka horáka v transcendentálnych režimoch v porovnaní s režimami uvedenými v pase.
2. Flashback - posunutie zóny plameňa smerom k horľavej zmesi. Stáva sa to iba v horákoch s predbežnou zmesou plynu a vzduchu. Vyskytuje sa, keď rýchlosť zmesi plynu a vzduchu klesne pod rýchlosť šírenia plameňa. Plameň preskočí vo vnútri horáka, kde ďalej horí, čo spôsobí deformáciu horáka prehriatím. V prípade pošmyknutia je možné malé prasknutie, plameň zhasne, dôjde k splynovaniu pece a plynových potrubí cez nečinný horák.
Prielom nastane, keď: tlak plynu pred horákom klesne pod prípustnú hodnotu; zapálenie horáka pri prívode primárneho vzduchu; veľký prívod plynu pri nízkom tlaku vzduchu, zníženie výkonu horákov predmiešaním plynu a vzduchu pod hodnoty uvedené v pase. Nie je možné pri difúznej metóde spaľovania plynu.
Činnosti personálu v prípade nehody na horáku:
- vypnúť horák,
- vetrať pec,
- zistiť príčinu nehody,
- urobiť zápis do denníka
