книги из ГПНТБ / Иссерлин А.С. Газовые горелки

Иссерлин А. С. Газовые горелки. Изд. 3-е, перераб. и доп. Л., «Недра», 1973. 192 с. (Библиотека мастера га­ зового хозяйства).

В книге изложены основные понятия о способах сжигания газа и газовых горелках. Дана классифика­ ция газогорелочных устройств и приведены условия их устойчивой работы. Описаны основные конструкции рас­ пространенных типов газовых горелок, приведены их технические данные и эксплуатационные характеристики. Помещены сведения по стабилизирующим устройствам горелок. Описан порядок наладки и регулирования га­ зогорелочных устройств.

Книга предназначена для инженеров, мастеров, бри­ гадиров и квалифицированных рабочих, а также техни­ ков-теплотехников, занимающихся вопросами использо­ вания газового топлива.

Таблиц 66, иллюстраций 88, список литературы — 26 назв.

Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :

Н.Л. Стаскевич, С. Н. Шепелев,

Р.И. Эстеркин

ОТ И З Д А Т Е Л Ь С Т В А

С каждым годом увеличивается доля газа в топливном балансе Советского Союза, все больше промышленных, коммунально-быто­ вых и бытовых потребителей переводится на газ. Постоянно ра­ стет число людей, занятых обслуживанием газифицированных объ­ ектов.

Важнейшим условием эффективного и безопасного использова­ ния газового топлива является подготовка квалифицированных ра­ ботников по монтажу, пуску, наладке, эксплуатации и ремонту в газовом хозяйстве. С этой целью Ленинградское отделение изда­ тельства «Недра» с 1963 г. начало издавать серию «Библиотека мастера газового хозяйства».

и установки, контрольно-измерительные приборы в газовом хозяй­ стве, использование сжиженных газов, конструкции и работа газо­ вых горелок различных типов, газоснабжение жилых, коммуналь­ но-бытовых зданий и промышленных предприятий, сжигание газа в котлах и промышленных печах, автоматика регулирования и без­ опасности котельных, использование газа в различных отраслях народного хозяйства.

3

П Р Е Д И С Л О В И Е

Директивами XXIV съезда КПСС намечено довести в 1975 г. добычу газа до 300—320 млрд. м 3 в год. Большая часть газа (свыше 80%) будет использована на промышленные и энергетиче­ ские нужды. Использование в народном хозяйстве таких огром­ ных количеств газового топлива требует разработки, проверки и внедрения наиболее прогрессивной технологии сжигания газа, соз­ дания новых высокоэффективных типов газовых горелок и совер­ шенствования существующих конструкций.

За последние годы в связи с бурным ростом газовой промыш­ ленности создано большое количество различных типов газовых горелок; некоторые из них нашли широкое распространение, дру­ гие применяются довольно редко. Не все созданные конструкции имеют хорошие эксплуатационные характеристики.

Отсутствие унификации и объективного метода оценки качества горелок затрудняет их стандартизацию, поэтому ГОСТ на газовые горелки до сих пор не принят. В то же время чрезмерное количе­ ство конструкций не может быть оправданным. Поэтому автором собраны в книге данные о наиболее распространенных в практике газоснабжения горелках для природного, смешанного и искусствен­ ного газов, применяемых при газоснабжении коммунально-быто­ вых потребителей и промышленных предприятий, и показаны их положительные и отрицательные качества.

Большое внимание уделено вопросам устойчивости работы га­ зовых горелок как важнейшему фактору эксплуатации газогорелочных устройств. Следует учитывать, что даже лучшие конструк­ ции газовых горелок будут работать плохо, если не проводить их первичную наладку. Компоновка газогорелочных устройств имеет

5

ГЛАВА I

С М Е С Е О Б Р А З О В А Н И Е И Г О Р Е Н И Е ПРИ С Ж И Г А Н И И

ГА З О В О Г О Т О П Л И В А

Воснове процесса горения лежат химические реакции соедине­ ния топлива с окислителем. Для протекания процесса горения газа должны быть созданы специальные условия. Во-первых, необхо­ димо к горючему газу подвести в достаточном количестве окислитель (чаще всего воздух) и перемешать их. Во-вторых, газовоздушная

смесь должна иметь концентрационные пределы воспламеняемости и должен быть создан источник воспламенения. В-третьих, необхо­ димо создать условия для развития процесса горения, т. е. опреде­ ленный температурный уровень.

Смесеобразование (равномерное смешение газа с воздухом) — одна из основных стадий всего процесса горения. От процесса сме­ сеобразования во многом зависят и все дальнейшие стадии, через

сокий температурный уровень, время, затрачиваемое на химиче­ ские реакции горения, всегда значительно меньше времени, необ­ ходимого для процесса смесеобразования.

Сжигание газового топлива, как и любого другого, в воздушном потоке в соответствии с современными воззрениями возможно на

При протекании процесса горения в кинетической области ско­ рость горения зависит от свойств данной горючей смеси, темпера­ туры в реакционном объеме и концентрации реагентов в зоне го­ рения, т. е. регулируется законами химической кинетики. В то же время скорость процесса в кинетической области не зависит от гидродинамических факторов, т. е. от скорости потока, геометриче­ ских размеров реакционной камеры и т. д.

7

Наоборот, в диффузионной области скорость процесса опреде­ ляется гидродинамическими факторами и не зависит от кинетиче­ ских. В этой области перестают играть определяющую роль свой­ ства горючей смеси и температурный фактор. Сравнительно про­ стыми гидродинамическими средствами можно влиять на интен­ сивность смешения, что приведет к изменению характеристик диф­ фузионного факела.

При кинетическом принципе в горелке предварительно создается однородная газовоздушная смесь, которая и подается в топочную камеру. Поэтому горение такой смеси протекает при постоянном значении всех основных характеристик (теплонапряжение, избыток воздуха й т. д.). Чисто кинетическое горение возникает лишь при соблюдении условия а ^ 1 , 0 . При а < 1 кинетическое горение про­ текает лишь на первой стадии, т. е. до тех пор, пока не израсходо­ ван весь кислород смеси. Остаток горючих компонентов, разбав­ ленных продуктами сгорания, может быть сожжен только при условии подвода дополнительного окислителя (воздуха).

Диффузионный принцип сжигания подразумевает создание та­ ких условий для возникновения процесса, при которых смесь сго­ рает немедленно при самом ее возникновении, т. е. при соприкос­ новении топлива и окислителя в соответствующих количественных соотношениях. Процесс диффузионного горения регулируется из­ менением интенсивности смесеобразования путем варьирования конструктивных и режимных параметров горелки. В результате в зависимости от технологических требований можно добиться уко­ рочения зоны смешения или ее удлинения.

Изучению процесса смесеобразования посвящено много работ. Это позволяет сформулировать некоторые общие закономер­ ности.

Д ля прямоточных газовых горелок смешение тем лучше, чем большую часть поперечного сечения горелки охватывают газовые струи, т. е. чем больше дально­ бойность газовых струй. В горелках с сильно закрученными потоками не следует

8

Совокупность явлений, которую мы называем горением, может протекать только в определенной последовательности, от одной стадии к другой. Г. Ф. Кнорре дает следующие схемы установив­ шегося процесса горения газового и жидкого топлива с фиксиро­ ванным очагом, которые он называет поточными (рис. 1). Про­ стейшая поточная схема возникает при сжигании газового топлива, состоящего из простых молекул (например, водород), не требую­ щих предварительного сложного пирогенного разложения (рис. 1, а). Когда же сжигается газовое или жидкое углеводородное топливо,

Рис. 1. Поточные схемы выгорания топлива. а — газового; б— жидкого.

поточный процесс горения осложняется: возникает еще одна про­ межуточная стадия — пирогенное разложение. Для жидкого топ­ лива этой стадии предшествует стадия испарения (рис. 1,6). Для осуществления поточной схемы необходим достаточный темпера­ турный уровень в очаге горения, к которому непрерывными пото­ ками подводятся топливо и окислитель. Продукты сгорания после завершения реакций также непрерывно отводятся от очага горения.

Известно, что газовоздушные смеси воспламеняются только в том случае, когда содержание газа в воздухе находится в опре­ деленных (для каждого газа) пределах. При незначительных со­ держаниях газа количество тепла, выделившегося при горении, недостаточно для доведения соседних слоев смеси до температуры воспламенения. То же наблюдается и при слишком большом со­ держании газа в газовоздушной смеси. Недостаток кислорода воз­ духа, идущего на горение, приводит к понижению температурного уровня, в результате чего соседние слои смеси не нагреваются до

9