Диффузионный, кинетический, смешанный методы сжигания газа.
Существуют такие виды методов сжигания газа, в зависимости от способа образования газовоздушной смеси:
Диффузионно-кинетический метод сжигания газа используется:
– при предварительном неполном смешении газа с воздухом без образования однородной смеси;
– при частичном предварительном смешении газа с воздухом, при котором образуется однородная смесь с недостатком окислителя в начальной смеси.
Диффузный метод горения заключается в подаче к фронту горения газа под давлением, а воздух – из окружающего пространства за счет молекулярной или турбулентной диффузии. При этом смешение происходит параллельно с горением, и поэтому скорость самого процесса горения зависит и определяется скоростью смесеобразования.
Происходит процесс горения при контакте между газом и воздухом. К струе газа (рис.6.3, а) диффундирует воздух, а из струи газа в воздух – газ. Процесс горения происходит в фронте горения, тонком поверхностном слое факела, к которому из внутренней части факела поступает газ, а из топки – воздух.
В результате процесса сжигания выделяются продукты сгорания, которые в свою очередь осложняют взаимную диффузию газа и воздуха и горение протекает медленно с образованием частиц сажи. Поэтому диффузионное горение можно охарактеризовать как достаточно длинное и светящееся пламя.
Положительным моментом диффузионного метода сжигания газа является возможность контролировать весь процесс горения в полном объеме. Процессом смесеобразования легко управлять при применении специальных регулировочных устройств. Дроблением струи газа на отдельные факелы, изменением диаметра сопла горелки, регулированием давления газа и т. д. можно регулировать площадь и длину факела.
К преимуществам диффузионного метода сжигания относятся: отсутствие проскока пламени, высокая устойчивость пламени при изменении тепловых нагрузок, равномерность температуры по длине пламени. Также этот метод имеет свои недостатки, а именно: вероятность термического распада углеводородов, низкая интенсивность горения, потребность в больших топочных объемах, вероятность неполного сгорания газа.
При смешанном методе (рис. 6.3, б) сжигания горелка обеспечивает предварительное смешение газа только с частью воздуха, необходимого для процесса сгорания газа, а остальная часть воздуха забирается из окружающей среды; в этом случае сгорает сначала часть газа смешанная с первичным воздухом (зона 1,2), а остальная часть газа разбавленная продуктами сгорания сгорает после присоединения кислорода из вторичного воздуха. В результате факел получается более коротким и менее светящимся, чем при диффузионном методе.
Кинетический метод горения (рис.6.3, в) заключается в подаче к месту горения газовоздушной смеси, которая образуется в горелке полностью. Газовоздушная смесь сгорает в коротком факеле в виде голубого прозрачного конуса. К плюсам данного метода относят: малую вероятность химического недожога, небольшую длину пламени, высокую температура факела. А к минусам — необходимость в стабилизации газового пламени.
Рис.6.3. Методы сжигания газа [2, стр.53]:
а– диффузионный; б – смешанный; в – кинетический; 1 – внутренний конус, 2 – зона первичного горения, 3 – зона основного горения, 4 – продукты сгорания, 5 – первичный воздух, 6 – вторичный воздух
Источник
Методы сжигания газа
В зависимости от способа образования газовоздушной смеси методы сжигания газа подразделяются (рисунок ниже):
Методы сжигания газа
а — диффузионный; б — смешанный; в — кинетический; 1 — внутренний конус; 2 — зона первичного горения; 3 — зона основного горения; 4 — продукты сгорания; 5 — первичный воздух; 6 — вторичный воздух
При диффузионном методе сжигания к фронту горения газ поступает под давлением, а необходимый для горения воздух — из окружающего пространства за счет молекулярной или турбулентной диффузии. Смесеобразование здесь протекает одновременно с процессом горения, поэтому скорость процесса горения в основном определяется скоростью смесеобразования.
Процесс горения начинается после контакта между газом и воздухом и образования газовоздушной смеси необходимого состава. К струе газа диффундирует воздух, а из струи газа в воздух — газ. Таким образом, вблизи струи газа создается газовоздушная смесь, в результате горения которой образуется зона первичного горения газа 2. Горение основной части газа происходит в зоне 3, а в зоне 4 движутся продукты сгорания.
Выделяемые продукты сгорания осложняют взаимную диффузию газа и воздуха, в результате чего горение протекает медленно, с образованием частиц сажи. Этим и объясняется, что диффузионное горение характеризуется значительной длиной и светимостью пламени.
Достоинством диффузионного метода сжигания газа является возможность регулирования процесса горения в широком диапазоне. Процесс смесеобразования легко управляем при применении различных регулировочных элементов. Площадь и длину факела можно регулировать дроблением струи газа на отдельные факелы, изменением диаметра сопла горелки, регулированием давления газа и т. д.
К преимуществам диффузионного метода сжигания относятся: высокая устойчивость пламени при изменении тепловых нагрузок, отсутствие проскока пламени, равномерность температуры по длине пламени.
Недостатками этого метода являются: вероятность термического распада углеводородов, низкая интенсивность горения, вероятность неполного сгорания газа.
При смешанном методе сжигания горелка обеспечивает предварительное смешение газа только с частью воздуха, необходимого для полного сгорания газа, остальной воздух поступает из окружающей среды непосредственно к факелу. В этом случае сначала выгорает лишь часть газа, смешанная с первичным воздухом, а оставшаяся часть газа, разбавленная продуктами сгорания, выгорает после присоединения кислорода вторичного воздуха. В результате факел получается более коротким и менее светящимся, чем при диффузионном горении.
При кинетическом методе сжигания к месту горения подается газовоздушная смесь, полностью подготовленная внутри горелки. Газовоздушная смесь сгорает в коротком факеле. Достоинство этого метода сжигания — малая вероятность химического недожога, небольшая длина пламени, высокая теплопроизводительность горелок. Недостаток — необходимость стабилизации газового пламени.
Источник
Методы сжигания газа: диффузионный, кинетический, смешанный.
Горение газа складывается из смесеобразования, подогрева газовоздушной смеси до температуры воспламенения и стадии химической реакции горения, т. е.
где τгор — общая продолжительность процесса горения;
τсм — продолжительность смесеобразования;
τпод — продолжительность подогрева смеси до температуры воспламенения;
τхим — продолжительность химической реакции горения;
τфиз = τсм + τпод — 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: надиффузионный, 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 (aг = 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 (aг = 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 г 
|
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 QТ — тепловая мощность горелки, МВт (ккал/ч); QН низшая теплота сгорания газа, кДж/м 3 ; Vч — часовой расход газа горелкой, м 3 /ч.
 |
Лекции №7
1. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Их назначение и устройство.
Источник
Диффузионный способ сжигания газа
Методы сжигания природного газа
Все методы сжигания базируются на приготовлении газовоздушной смеси определенного состава.
I. диффузионный метод сжигания
Особенности. В корневой зоне никакого процесса горения нет. На границе корневой зоны молекулы кислорода успевают смешиваться и начинает газ гореть. В зоне основного горения выгорает углерод.
Этот процесс горения называется диффузионным, так как воздух сам приходит из атмосферы. Смешение молекул воздуха и газа происходит по газовым законам. Не будем углубляться в науку, а посмотрим процесс горения схематично, чтобы понять суть.
К фронту горения газ поступает под давлением, а необходимый для горения воздух из окружающего пространства за счет молекулярной или турбулентной диффузии. Смесеобразование здесь протекает одновременно с процессом горения. Поэтому скорость горения равна скорости смесеобразования.
Важной характеристикой горения газообразного топлива является скорость распространения пламени в газовоздушной среды. Нормальная скорость это скорость распространения движения фронта пламени в направлении перпендикулярному направлению поверхности фронта пламени.
Рис.1 Горелка используяющая диффузионный метод сжигания газа
-Нормальная скорость метана равна 0,67 м/с;
-нормальная скорость пропана равна 0,82 м/с;
-нормальная скорость водорода 4,83 м/с.
Данные диффузионные горелки (для промышленных котлов) обладают следующими свойствами:
1. к струе газа диффундирует воздух, а из струи газа в воздух газ. Таким образом, в близи выхода газа из горелки создается газовоздушная смесь.
2. процесс горения начинается в зоне первично горения и заканчивается в основной зоне.
3. интенсивность процесса горения определяется скоростью образования газовоздушной смеси.
4. выделяемые продукты сгорания осложняют взаимную диффузию газа и воздуха.
В целом горение при таком методе образования газовоздушных смеси протекает достаточно медленно и пламя имеет большой объем и как правило обладает светимостью.
Достоинства горелок диффузионного типа
-Высокая устойчивость пламени при изменении тепловых нагрузок;
-невозможность проскока пламени в горелку, так как в горелке находится чистый газ;
-возможность регулирования горения в широком диапазоне.
Недостатки горелок диффузионного типа
-большой объем пламени снижает теплонапряженность в единице объема;
-вероятность термического распада метана на горючие составляющие;
-увеличивается опасность отрыва пламени от горелки.
II. Смешанный метод сжигания газа
Смешанный метод обеспечивается предварительным смешиванием газа только с частью воздуха, необходимого для полного сгорания газа. Остальной воздух поступает из окружающей среды, непосредственно к факелу.
Сначала выгорает часть газа смешанного с первичным воздухом, а остальная часть, разбавленная продуктами горения, выгорает после присоединения кислорода вторичного воздуха. В результате факел получается менее коротким и менее светящимся. Теплонапряженность в единице объема факела возрастает.
Рис. 2 Горелка использующая смешанный метод сжигания газа
III. Кинетический метод горения газа
К месту горения подается газовоздушная смесь, полностью подготовленная внутри горелки. Газовоздушная смесь сгорает в коротком факеле и обладает малой светимостью.
Достоинства кинетического метода горения:
-малая вероятность химического недожога;
-высокая теплопроизводительность.
Недостаток. Необходимость стабилизации газового пламени. Это вызвано тем, что горелки чувствительны к изменению параметров давления газа и воздуха, что приводит к нарушению процесса горения. Для устранения данного недостатка горелки оснащаются стабилизаторами пламени.
Источник
