Методы сжигания газового топлива
Методы сжигания газа можно разделить на три основные группы, между которыми не всегда можно провести четкую границу.
Диффузионный. В топку газ и воздух в необходимом количестве подают раздельно, и взаимный контакт (смешение) происходит в топке непосредственно в процессе горения. Используемые в этом случае горелки называют горелками внешнего смешения или диффузионными.
Смешанный.(диффузионно-кинетический) В топку подают через горелку хорошо подготовленную смесь газа с воздухом, содержащую только часть(30—70 %) воздуха, необходимого для горения. Этот воздух называют первичным. Остальной (вторичный) воздух поступает непосредственнок факелу.Поэтому такие горелки неполного (частичного) смешения часто называют атмосферными.
Кинетический. Через горелку подают в топку полностью подготовленную газовоздушную смесь, в которой имеется не только теоретически необходимое, но и небольшое избыточное количество воздуха, требующегося для обеспечения полного сгорания газа. Весь этот воздух смешивается с газом до выхода в топку в специальных смесителях. Такой метод используют в современных горелках.
Средства индивидуальной защиты оператора котельной.
Оператор котельной обеспечивается спецодеждой и средствами индивидуальной защиты:
Костюм хлопчатобумажный, рукавицы комбинированные, каска, очки защитные. В загазованной среде используют противогазы (шланговый самовсасывающий противогаз ПШ – 1, противогаз ПШ -2 с подачей воздуха с помощью вентилятора, подача свежего воздуха с расстояния более 15 метров, кислородно – изолирующий противогаз), спасательные пояса, верёвки,каска -применяются при работах в колодцах котлованах и траншеях.
Источник
Способы сжигания газообразного топлива
Газообразное топливо сжигается в печах тремя способами.
При первом способе сжигания газ и воздух под низким давлением подаются одновременно в горелку, где происходит их частичное перемешивание, однако полное перемешивание газа с воздухом завершается только при входе в печь, где смесь сгорает, образуя сравнительно короткий факел. Горелки, в которых осуществляется частичное смешивание газа и воздуха, называются пламенными горелками низкого давления.
В смесительную камеру 7 газ входит тонкой кольцеобразной струей. Воздух, подаваемый (под напором несколько большим, чем газ) по касательной корпуса 10 завихряющимися струями, входит в смесительную камеру через прорези 8 и разбивает движущуюся струю газа.
Перемешанная таким образом газовоздушная смесь после прохождения через футерованное отверстие горелки 9 сгорает в рабочем пространстве печи, образуя короткий факел.
При втором способе сжигания газ и воздух подаются в специальное устройство — смеситель, в котором они полностью перемешиваются в газовоздушную смесь и направляются под высоким давлением для сжигания в горелку. Сгорание происходит быстро, не создавая пламени в рабочем пространстве печи.
При третьем способе сжигания газ подается в горелку под высоким давлением, при котором потребный воздух засасывается из атмосферы. Смешивание газа с воздухом происходит в смесителе инжекторного типа, встроенном в горелку.
Горелки для сжигания газа по второму и третьему способам называются беспламенными горелками высокого давления.
«Свободная ковка», Я.С. Вишневецкий
Источник
Способы сжигания топлива в отопительных котлах
Топочное устройство, или топка, являясь основным элементом котельного агрегата, предназначена для сжигания топлива с целью выделения заключенного в нем тепла и получения продуктов сгорания с возможно большей температурой. В то же время топка служит теплобменным устройством, в котором происходит теплоотдача излучением из зоны горения на более холодные окружающие поверхности нагрева котла, а также устройством для улавливания и удаления некоторой части очаговых остатков при сжигании твердого топлива.
По способу сжигания топлива топочные устройства делятся на слоевые и камерные. В слоевых топках осуществляется сжигание твердого кускового топлива в слое, в камерных топках — газообразного, жидкого и пылевидного топлива во взвешенном состоянии.
Современные котлы обычно используют три основных способа сжигания твердого топлива: слоевой, факельный, вихревой.
Слоевые топки. Топки, в которых производится слоевое сжигание кускового твердого топлива, называются слоевыми. Эта топка состоит из колосниковой решетки, поддерживающей слой кускового топлива, и топочного пространства, в котором сгорают горючие летучие вещества. Каждая топка предназначена для сжигания определенного вида топлива. Конструкции топок разнообразны, и каждая из них соответствует определенному способу сжигания. От размеров и конструкции топки зависят, производительность и экономичность котельной установки.
Слоевые топки для сжигания разнообразных видов твердого топлива делят на внутренние и выносные, с горизонтальными и наклонными колосниковыми решетками.
Топки, расположенные внутри обмуровки котла, называют внутренними, а расположенные за пределами обмуровки и дополнительно пристроенные к котлу,— выносными.
В зависимости от способа подачи топлива и организации обслуживания слоевые топки подразделяют на ручные, полумеханические и механизированные.
Ручными топками называют те, в которых все три операции — подача топлива в топку, его шуровка и удаление шлака (очаговых остатков) из топки — производятся машинистом вручную. Эти топки имеют горизонтальную колосниковую решетку.
Полу механическими топками называют те, в которых механизированы одна или две операции. К ним относят шахтные с наклонными колосниковыми решетками, в которых топливо, загруженное в топку вручную, по мере прогорания нижних слоев перемещается по наклонным колосникам под действием собственной массы.
Механизированными топками называют те, в которых подача топлива в толку, его шуровка и удаление из топки очаговых остатков производятся механическим приводом без ручного вмешательства машиниста. Топливо в топку поступает непрерывным потоком.
Слоевые топки для сжигания твердого топлива делят на три класса:
- топки с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижнолежащим на ней слоем топлива, к которым относят топку с ручной горизонтальной колосниковой решеткой. На этой решетке можно сжигать все виды твердого топлива, но вследствие ручного обслуживания ее применяют под котлами паропроизводительностью до 1—2 т/ч. Топки с забрасывателями, в которые непрерывно механически загружают свежее топливо и разбрасывают его по поверхности колосниковой решетки, устанавливают под котлами паропроизводительностью до 6,5–10 т/ч;
- топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива, к которым относят топки с шурующей планкой и топки с наклонной колосниковой решеткой. В топках с шурующей планкой топливо перемещается вдоль неподвижной горизонтальной колосниковой решетки специальной планкой особой формы, совершающей возвратно-поступательное движение по колосниковой решетке. Применяют их для сжигания бурых углей под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч; в топках с наклонной колосниковой решеткой свежее топливо, загруженное в топку сверху, по мере сгорания под действием силы тяжести сползает в нижнюю часть топки. Такие топки применяют для сжигания древесных отходов и торфа под котлами паропроизводительностью до 2,5 т/ч; скоростные шахтные топки системы В. В. Померанцева применяют для сжигания кускового торфа под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч для сжигания древесных отходов под котлами паропроизводительностью 20 т/ч;
- топки с движущимися механическпми цепными колосниковыми решетками двух типов: прямого и обратного хода. Цепная решетка прямого хода движется от передней стенки в сторону задней стенки топки. Топливо на колосниковую решетку поступает самотеком. Цепная решетка обратного хода движется от задней к передней стенке топки. Топливо на Колосниковую решетку подается забрасывателем. Топки с цепными колосниковыми решетками применяют для сжигания каменных, бурых углей и антрацитов под котлами паропроизводительностью от 10 до 35 т/ч.
Камерные (факельные) топки. Камерные топки применяют для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. При этом твердое топливо должно быть предварительно размолото в тонкий порошок в специальных пылеприготовительных установках — углеразмольных мельницах, а жидкое топливо — распылено на очень мелкие капли в мазутных форсунках. Газообразное топливо не требует предварительной подготовки.
Факельный способ позволяет сжигать с высокой надежностью и экономичностью самые различные и низкосортные виды топлива. Твердые топлива в пылевидном состоянии сжигают под котлами паропроизводительностью от 35 т/ч и выше, а жидкое и газообразное под котлами любой паропроизводительности.
Камерные (факельные) топки представляют собой прямоугольные камеры призматической формы, выполняемые из огнеупорного кирпича или огнеупорного бетона. Стены топочной камеры изнутри покрывают системой кипятильных труб — топочными водяными экранами. Они представляют собой эффективную поверхность нагрева котла, воспринимающую большое количество тепла, излучаемого факелом, в то же время предохраняют кладку топочной камеры от износа и разрушения под действием высокой температуры факела и расплавленных шлаков.
По способу удаления шлака факельные топки для пылевидного топлива разделяют на два класса: с твердым и жидким шлакоудалением.
Камера топки с твердым шлакоудалением снизу имеет воронкообразную форму, называемую холодной воронкой. Капли шлака, выпадающие из факела, падают в эту воронку, затвердевают вследствие более низкой температуры в воронке, гранулируются в отдельные зерна и через горловину попадают в шлакоприемное устройство. Камеру топки б с жидким шлакоудалением выполняют с горизонтальным или слегка наклонным подом, который в нижней части топочных экранов имеет тепловую изоляцию для поддержания температуры, превышающей температуру плавления золы. Расплавленный шлак, выпавший из факела на под, остается в расплавленном состоянии и вытекает из топки через летку в шлакоприемную ванну, наполненную водой, затвердевает и растрескивается на мелкие частицы.
Топки с жидким шлакоудалением делят на однокамерные и двухкамерные.
В двухкамерных топка разделена на камеру горения топлива и камеру охлаждения продуктов горения. Камеру горения надежно покрывают тепловой изоляцией для создания максимальной температуры с целью надежного получения жидкого шлака. Факельные топки для жидкого и газообразного топлива иногда выполняют с горизонтальным или слегка наклонным подом, который иногда не экранируют. Расположение горелок в топочной камере делают на передней и боковых стенках, а также по углам ее. Горелки бывают прямоточными и завихривающими.
Способ сжигания топлива выбирается в зависимости от вида и рода топлива, а также паропроизводительности котельного агрегата.
А вы знали, что у нас есть Instagram и Telegram?
Подписывайтесь, если вы ценитель красивых фото и интересных историй!
Источник
Топливо. Виды топлива и устройства для его сжигания
Топливо – это горючее вещество, выделяющее при сгорании значительное количество теплоты и используемое как источник получения тепловой энергии. По агрегатному состоянию топливо подразделяют на твердое, жидкое и газообразное. Оно может быть естественным, используемым в том состоянии, в котором оно находится в природе, и искусственным, переработанным из естественных видов топлива. К твердому естественному топливу, применяемому для отопления различных печей, относят дрова, торф, антрацит, бурые и каменные угли; к твердому искусственному топливу – древесный уголь, кокс, термоантрацит, брикеты и пыль от бурого и каменного углей.
В качестве жидкого искусственного топлива используют мазут и различные жидкотекучие смолы. Газообразное топливо может быть естественным, например природный газ, и искусственным, например газы, получаемые в доменных печах (доменный или колошниковый), коксовых печах (коксовый) и газогенераторах (генераторный). Для отопления кузнечных, прокатных и термических печей применяют только газообразные и жидкие виды топлива.
1. Жидкое топливо
Жидкие топлива представляют собой вещества органического происхождения. Основные составляющие элементы жидких топлив: углерод, водород, кислород, азот и сера, которые образуют многочисленные химические соединения.
Углерод (С) – основной тепловыделяющий элемент: при сгорании 1 кг углерода выделяется 34 000 кДж теплоты. В мазуте содержится до 80 % углерода, образующего различные соединения.
Водород (H) – второй наиболее важный элемент жидкого топлива: при сгорании 1 кг водорода выделяется 125 000 кДж теплоты, т.е. почти в 4 раза больше, чем при сгорании углерода. В жидких топливах имеется
Азот (N) и кислород (О2) содержатся в жидком топливе в небольших количествах (
3 %). Они входят в состав сложных органических кислот и фенолов.
Сера (S) обычно присутствует в углеводородах (до 4 % и более). Она является вредной примесью в топливе.
В состав жидкого топлива также входят влага и до 0,5 % золы. Влага и зола уменьшают процентное содержание горючих составляющих жидкого топлива, что снижает его теплотворность.
2. Газообразное топливо
Газообразное топливо – это смесь различных газов: метана, этилена и других углеводородов, оксида углерода, диоксида углерода или углекислого газа, азота, водорода, сероводорода, кислорода и других газов, а также водяных паров.
Метан (CH4) – основная составляющая часть многих природных газов. Его содержание в природных газах достигает 93…98 %. При сгорании 1 м 3 метана выделяется
35 800 кДж теплоты.
В газообразных топливах также может содержаться небольшое количество этилена (С2H4). Сгорание 1 м 3 этилена дает
59 000 кДж теплоты.
В газообразном топливе кроме метана и этилена присутствуют также углеводородные соединения, например пропан (С3H8), бутан (С4H10) и др. При горении этих углеводородов выделяется больше теплоты, чем при сгорании этилена, но в горючих газах их количество незначительно.
Водород (H2) в 14,5 раза легче воздуха. При сгорании 1 м 3 водорода выделяется
10 800 кДж теплоты. Многие горючие газы, кроме коксового, содержат относительно небольшое количество водорода. В коксовом газе его содержание может достигать 50…60 %.
Оксид углерода (СО) – основная горючая составляющая доменного газа. При сгорании 1 м 3 этого газа образуется
12 770 кДж теплоты. Этот газ не имеет ни цвета, ни запаха и очень ядовит.
Сероводород (H2S) – тяжелый газ с неприятным запахом, отличается высокой токсичностью. При наличии в газе сероводорода повышается коррозия металлических частей печи и газопровода. Вредное действие сероводорода усиливается наличием в газе кислорода и влаги. При сгорании 1 м 3 сероводорода выделяется
23 400 кДж теплоты.
Остальные газы: СО2, N2, О2 и пары воды – балластные составляющие, так как при повышении содержания этих газов в топливе снижается содержание его горючих составляющих. Их присутствие приводит к снижению температуры горения топлива. Содержание в газообразном топливе >0,5 % свободного кислорода считается опасным по условиям техники безопасности.
3. Топливосжигающие устройства
Сгорание топлива (газообразного, жидкого) осуществляют с помощью специальных топливосжигающих устройств: горелок и форсунок.
Горелки для газа и форсунки для мазута предназначены для ввода топлива и воздуха в топку или рабочее пространство печи, перемешивания горючего с кислородом и воспламенения горючей смеси. Основная задача топливосжигающих устройств – обеспечение условий образования горючей смеси топлива с воздухом. Смесеобразование осуществляется путем молекулярной и турбулентной диффузии. Молекулярная диффузия является медленным процессом по сравнению с турбулентной диффузией. Турбулентность достигается путем использования рассекателей, диффузоров, завихрителей потоков.
Процесс горения мазута более сложен, чем процесс горения газообразного топлива. При горении жидкого топлива можно выделить следующие стадии: распыление топлива и смешивание его с воздухом, подогрев смеси и испарение легких фракций, термическое расширение и горение газовой фазы. Горелки с предварительным перемешиванием называют беспламенными, так как при этом в рабочее пространство печи поступают продукты горения без видимого факела.
Широкое распространение получили беспламенные горелки с инжекционными смесителями, в которых необходимое количество воздуха для горения подсасывается благодаря энергии газа, подаваемого струей с высокой скоростью. При работе инжекционные горелки забирают холодный воздух непосредственно из помещения, подсасывая его в количестве, пропорциональном подаваемому газу. На рис. 3 приведена двухпроводная инжекционная горелка.
Недостаток беспламенных горелок заключается в том, что при снижении скорости подачи смеси в тоннель печи возможен проскок пламени (отрыв его от горелки). Беспламенные горелки характеризуются концентрированным горением (коротким факелом) и непригодны для печей, где требуются растянутый факел и высокая тепловая напряженность.
Рис. 3. Двухпроводная инжекционная горелка
Рис. 4. Двухпроводная горелка малой мощности
В двухпроводных инжекционных горелках инжектирующая среда – газ, а инжектируемая – подогретый воздух. Для исключения деформации носка горелки в данной конструкции предусмотрено его охлаждение водой. Однако при всех недостатках метод беспламенного сжигания газа высокоэффективен.
Пламенные горелки осуществляют факельное сжигание топливной смеси без предварительного перемешивания газа и воздуха и работают только вследствие придания газовому и воздушному потокам необходимых скоростей и направлений. Процессы перемешивания и горения совмещены и выполняются непосредственно в рабочем пространстве печи. В пламенных горелках обычно используют подогретый воздух с α ≤ 1,05. При сжигании газа факел получается длинный и зона высоких температур удалена от кладки.
Пламенные горелки оказываются более эффективными, когда в печи надо обеспечить заданное распределение температур, интенсивную теплоотдачу в рабочем объеме или заданный состав продуктов горения. Промышленность выпускает пламенные горелки двух типов: с частичным внутренним перемешиванием (тип ГНП), рассчитанные на сжигание природного газа с теплотой сгорания 36 МДж/м 3 при коэффициенте расхода воздуха α = 1,05; с внешним перемешиванием (типы ДВМ, ДНМ, ДВС, ДНС, ДВБ, ДНБ и др. Буквенные обозначения соответствуют названиям: Д – двухпроводные; В, Н – высокая и низкая расчетная теплота сгорания газа; М, С, Б – малая, средняя и большая мощности). На рис. 4 приведена двухпроводная горелка малой мощности.
При нагреве металла в среде защитного газа не допускается попадания в нее продуктов горения и поэтому печи должны иметь косвенный обогрев. Это достигается муфелированием (защитой) нагреваемого металла, что связано с большим расходом окалиностойкой стали, или муфелированием пламени.
Муфелирование пламени (в бесмуфельных печах) осуществляется радиационными трубами. Каждая радиационная труба – это независимый нагреватель, внутри которого происходит сжигание топлива – преобразование химической энергии в тепловую.
Передача теплоты проводится сложным путем. Так, передача теплоты от продуктов сгорания непосредственно к стенкам трубы выполняется путем радиационноконвективного теплообмена, а от трубы к нагреваемым заготовкам – в основном радиацией, откуда и название этого вида нагревателей – радиационные. Они обеспечивают максимальную рабочую температуру 1000…1050 °С. Удельный теплосъем с поверхности нагревателя может достигать 23…46 кВт/м 2 .
Радиационные трубы могут работать на газовом и жидком топливах и вместо горелок (форсунок) могут быть оборудованы электронагревателями, размещенными внутри труб. Радиационные трубы изготавливают из жаропрочных материалов диаметром 80…200 мм, с толщиной стенки 4…15 мм. Габаритные длины радиационных труб могут быть 1…3,5 м. Корпус радиационных труб может иметь различную форму, отсюда происходит и их название: прямые (пролетные), тупиковые, Р-, Ф-, U-, W-образные, кольцевые и др.
Рис. 5. Формы радиационных труб: а – двухкольцевая (Ф-образная); б – W-образная; в – m-образная; г – однокольцевая; д – Р-образная; е – U-образная; ж – О-образная; з – петлевая; и – L-образная; к – прямая; л – тупиковая
На рис. 5 приведены некоторые формы радиационных труб.
Мазут распыляют форсунками, которые подразделяют на высокого (паровые и воздушные) и низкого (воздушные) давления. При распылении поверхность контакта мазута с воздухом увеличивается в
2500 раз, что значительно ускоряет нагрев капли мазута и ее испарение. Хорошее перемешивание и турбулентность потока обеспечивают полное сгорание топлива с коэффициентом расхода воздуха α до 1,2. При недостаточном распылении образуются крупные частицы сажистого углерода, которые не успевают сгорать в топке и образуют копоть. На рис. 6 приведена схема форсунки высокого давления.
В форсунках высокого давления масса распылителя мала, а скорости его подачи достаточно высоки, например в некоторых конструкциях даже сверхзвуковые. В форсунках низкого давления скорости подачи распылителя значительно ниже, однако его масса больше. В форсунках низкого давления мазут распыляют воздухом, подаваемым вентилятором высокого давления. При этом весь объем распылителя проходит через форсунку, что значительно улучшает условия распыления и смесеобразования. Факел получают коротким в отличие от форсунок высокого давления, у которых факел узкий и длинный (2,5…7 м). На рис. 7 приведена схема форсунки низкого давления.
Рис. 6. Форсунка высокого давления: 1 – патрубок для распылителя; 2 – центрирующие выступы мазутной трубки; 3 – мазутная трубка; 4 – соединительная гайка; 5 – контргайка
В настоящее время разработаны и широко применяются газомазутные горелки.
Они могут работать как на газе, так и на мазуте.
Рис. 7. Схема форсунки низкого давления: 1 – корпус; 2 – подвижный наконечник; 3 – мазутная трубка; 4 – мазутопровод; 5 – маховик для перемещения иглы; 6 – игла; 7 – рычаг для перемещения наконечника
В печах для нагрева металла под ковку и штамповку устанавливают меньшее число форсунок, но большей производительности, чем в термических печах, где для обеспечения равномерности нагрева необходим рассредоточенный подвод теплоты. В кузнечных печах мазутный факел может находиться непосредственно в рабочем
пространстве, в термических же печах форсунки устанавливают в закрытых топках – форкамерах, из которых продукты сгорания поступают в рабочее пространство печи.
Источник
