Способы устранения отрыва пламени от горелки

Стабилизация пламени горелки, отрыв и проскок

Стабильность пламени является существенным фактором, определяющим надежность работы газовых горелок. Пламя сохраняет стабильность, то есть остается неподвижным относительно горелки, в тех случаях, когда в зоне горения устанавливается равновесие между стремлением пламени продвинуться навстречу потоку газовоздушной смеси и стремлением потока отбросить пламя от горелки.

Схема горелки полного предварительного смешения

Стабильное пламя существует, когда скорость газовоздушной смеси V см равна скорости распространения пламени V пл. Возможно нарушение устойчивой работы горелок, вызываемое либо отрывом пламени от горелки, либо проскоком пламени в её смесительную часть.

Отрыв пламени возникает, когда скорость истечения газовоздушной смеси V см превосходит скорость распространения пламени V пл. При этом пламя удаляется от выходных отверстий горелки и, отрываясь от нее, частично или полностью гаснет. На инжекционных горелках низкого давления при частичном отрыве пламя горит не по всей горелке либо горит на некотором расстоянии от нее. Сжигание происходит с шумом, часть газа не успевает сгореть. При полном отрыве пламя потухает совсем, возможно загазованно помещения и взрыв.

Причинами отрыва могут быть:

• увеличение давления газа выше допустимых пределов;
• неверное регулирование подачи первичного воздуха на горение;
• слишком большая скорость движения вторичного воздуха (слишком большая тяга).

Проскок пламени это проникновение пламени внутрь горелки. Такое явление происходит в том случае, когда скорость истечения газовоздушной смеси V см меньше скорости распространения пламени V пл. В результате возможно горение внутри горелки с неполным сгоранием. Горелка забивается сажей, возможно ее прогорание. Также при проскоке возможно полное погасание пламени, что приводит к загазованности. Чаще всего проскок происходит при малом давлении газа, не обеспечивающем устойчивую работу горелки.

Для бытовою газоиспользующего оборудования в России производителем устанавливается одна из двух величин номинального давления природного газа перед аппаратом: 130 лаПа или 200 даПа. В этом случае сжигание газа происходит с наилучшим качеством, аппарат работает с установленным производителем коэффициентом полезного действия. Из-за особенностей сетей газораспределения, подающих газ в жилые дома, возможно изменение давления перед аппаратом, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, что может привести к отрыву или проскоку пламени. В сильные морозы потребление газа возрастает, что приводит к уменьшению давления в наружном газопроводе. Наиболее значительное снижение давления происходит в конечных точках газовых сетей, расположенных вдали от источников газа – пунктов редуцирования газа (ПРГ). Давление может понизиться настолько, что произойдет проскок газа в горелку. В этом случае автоматика безопасности аппарата должна прекратить подачу газа на горение. Также количество получаемого при сжигании газа тепла уменьшается, что не позволяет обеспечить необходимый микроклимат в помещениях и комфорт потребителя.

Повышение давления происходит при уменьшении расхода газа до самых малых значений, что обычно происходит летом в ночное время. Больше всего это заметно в жилых домах, расположенных вблизи ПРГ. Давление повышается настолько, что возможен частичный отрыв пламени от горелки. Кроме того, зимой, чтобы обеспечить приемлемое давление в крайних точках газовой сети у самых удаленных от ПРГ потребителей, давление на этих пунктах редуцирования газа повышают. Это приводит к увеличению давления газа у потребителей, находящихся ближе всех к ПРГ. Как следствие, возможен частичный отрыв пламени от горелок. В этом случае рекомендуется при ручном регулировании уменьшать подачу газа, для чего прикрывать кран перед горелкой.

Источник

Как бороться с проскоками пламени в горелке

Под проскоком пламени подразумевается ситуация, когда пламя в газо-воздушной смеси распространяется быстрее, чем струя выходит из горелки. Другое название такого явления — обратный удар. Как следствие, реакция горения протекает внутри выходного канала.

Суть проблемы

Условием для стабильности горения газа (когда пламя находится в статичном положении относительно насадки) является баланс между скоростью движения и встречным перемещением газовоздушной смеси. Вследствие обратного удара пламя может оказаться внутри горелки.

Типичные причины возникновения проскока пламени:

• ошибки в эксплуатации горелки (розжиг и выключение);
• резкое падение производительности оборудования.

Явление обратного удара наблюдается в основном у горелок, работающих по принципу предварительного смешения воздуха и топлива. На оборудовании с диффузионным горением такие проблемы встречаются очень редко. Это объясняется тем, что в конструкциях данного типа газовые и воздушные потоки перемещаются по раздельным каналам. Очень склонны к обратным ударам горелки с открытым принципом действия. Это приводит к излишнему нагреванию оборудования, провоцируя его быстрый износ. Также есть вероятность разрыва горелки во время работы.

Методы устранения

Чтобы избежать проскоков пламени, используют специальные стабилизаторы горения.

Они представлены в продаже следующими разновидностями:

• Щелевые элементы. Отлично подходят для малогабаритных инжекционных приборов. Место монтажа такого стабилизатора — на выходном элементе. Конструктивно щелевой стабилизатор — это несколько пластин, имеющих некоторый зазор между собой. Стабилизация достигается благодаря рассеканию пламени на небольшие составляющие.
• Пережимы. Сфера применения — энергетические горелки. Защита от проскока пламени достигается в этом случае благодаря шамотному кирпичу, не допускающему перегрев внутренней части. Пониженная температура внутреннего пространства не допускается, чтобы пламя распространялось вглубь оборудования.
• Рассекатели огня.
• Отверстия конической формы в канале горелки.

Кроме того, защититься от обратного удара можно за счет правильной настройки скорости подачи горючей смеси.

Источник

Понятие проскока пламени и методы борьбы с ним.

а) Проскок пламени (обратный удар) – это проникновение пламени внутрь горелки. Такое явление происходит в том случае, когда скорость истечения газовоздушной смеси из горелки меньше скорости распространения пламени. Чаще всего проскок происходит при неправильном зажигании и выключении горелки, а также при быстром снижении ее производительности. Проскок пламени может быть только у горелок с предварительным смешением газа и воздуха.

б) Метод борьбы: охлаждение туннеля горелки.

Причины проскока и отрыва пламени.

Причины проскока пламени в горелку – понижение давление газа или воздуха, уменьшение производительности горелки ниже значений, указанных в паспорте

Причины отрыва пламени от горелки – резкое повышение давления газа или воздуха, нарушение соотношения расходов газ — воздух, резкое увеличение разрежения на выходе из топки, увеличение производительности горелки выше значений, указанных в паспорте.

Типы стабилизаторов пламени.

а) Стабилизаторы газового пламени. Наиболее распространенными стабилизаторами пламени являются туннели конической и цилиндрической формы, применяемые при установке горелок различных типов. В туннелях стабилизацию пламени обеспечивают высокая температура и большая излучающая способность поверхности туннеля. Кроме того, в туннелях создаются зоны обратных токов (рециркуляции) или завихрений части продуктов горения, имеющих высокую температуру и способствующих воспламенению вытекающей из горелки газовоздушной смеси.

б) Газовые котлы отопления

Экологические проблемы при горении газов и других видов топлива.

В газовых выбросах присутствуют оксиды азота и серы. При растворении в атмосферном воздухе образуются кислотные осадки, что приводит к подкислению снежного и почвенного покрова, выпадению нитратов и сульфатов.

Что касается вредных влияний на почву, совокупная площадь нарушенных почв от воздействия выбросов горящих факелов составляет около 100 тыс. га. Вблизи факелов при воздействии высоких температур происходит практически полное выжигание.

Для лесных экосистем наиболее характерны такие негативные последствия, как сокращение лесов, повышение риска пожаров лесов вблизи факелов, снижение численности животных, насекомых и микроорганизмов.

Образование сажи и оксида углерода при горении.

Оксид углерода содержится в продуктах сгорания из перечисленных веществ в наибольшем количестве. Схема образования и выгорания СО имеет следующий характер: на начальном участке выгорания идёт накопление СО, а затем его окисление по длине факела или камеры сгорания. Высокие концентрации СО сохраняются, если происходит «замораживание» продуктов сгорания, т.е. быстрое охлаждение в результате расширения или соприкосновения с относительно холодными поверхностями теплообмена.

(В атмосфере оксид углерода окисляется до диоксида.)

Сажа обнаруживается в продуктах сгорания углеводородных газов при низком качестве смесеобразования и при значительном недостатке кислорода в зоне горения, а также вследствие резкого локального охлаждения пламени. Причина образования сажи заключается в том, что под воздействием высокой температуры углеводородные молекулы полностью разрушаются. Более лёгкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородный слой и окисляются. А атомы углерода образуют аморфные частицы сажи.

Образование оксидов азота при сжигании газов.

Оксиды азота образуются в промышленных печах при высоких температурах 1800-2000 °С. Обычно концентрация оксида NO при выходе из дымовой трубы превышает в 1000-20000 раз ПДК. После выхода из дымовой трубы оксид азота переходит в диоксид NO₂ по двум реакциям:

1 В корне дымового факела протекает окисление кислородом

2 При низких концентрациях окисление идет за счет атмосферного воздуха

39. Тепловой механизм Я.Б. Зельдовича образования NO при горении

Высокотемпературный механизм окисления азота в зоне горения был предложен Я. Б. Зельдовичем в середине 1940-х годов и считается основным механизмом образования оксидов азота при горении. Этот механизм включает следующие элементарные стадии:

к которым добавляется реакция (Фенимор и Джонс, 1957 ):

Совокупность реакций (1-3) называется расширенным механизмом Зельдовича. В силу того что энергия тройной связи в молекуле N ₂составляет около 950 кДж/моль, реакция (1) имеет большую энергию активации и может проходить с заметной скоростью только при высоких температурах. Поэтому этот механизм играет важную роль в случае высоких температур в зоне реакции, например, при горении околостехиометрических смесей или при диффузионном горении. Считается, что повышение максимальной температуры в зоне горения свыше 1850 К приводит к недопустимо высоким выбросам NO _x , и одним из основных способов снижения выбросов по тепловому механизму является недопущение образования очагов высокой температуры во фронте пламени.

Образование канцерогенных ПАУ при горении.

Полициклические ароматические углеводороды – нежелательный побочный продукт сжигания ископаемого топлива, в первую очередь угля и нефтепродуктов. Уголь считается смесью огромного количества поликонденсированных ароматических бензольных ядер с минимальным содержанием водорода. При сжигании этих веществ в печах, электростанциях, двигателях внутреннего сгорания эти соединения разлагаются. При низких температурах сгорания и недостаточном поступлении атмосферного кислорода образуется очень реактивный ацетилен, равно как и различные алифатические фрагменты углеводородов. Ацетилен полимеризуется в бутадиен, который в дальнейшем образует ядро ароматического углеводорода. При добавлении его к существующим ароматическим ядрам возникает ПАУ, например пирен, из которого путем добавления еще одной молекулы бутадиена выделяется наиболее известный канцероген – бензо[а]пирен (БаП). При сжигании при высокой температуре и обильном поступлении атмосферного кислорода образуется мало ПАУ, потому что практически весь углерод сгорает, превращаясь в оксид углерода.

При неполном сгорании возникают частички углерода – сажа. Можно предположить, что образующиеся ПАУ, адсорбированные на поверхности частичек сажи и дыма, вместе с ними попадают в окружающую нас среду. Сажа, твердые частички дыма и выхлопных газов содержатся в дорожной пыли, смоге больших городов, пыльном воздухе коксовых заводов. Вместе с пылью они попадают на одежду, кожу, в дыхательные пути. Сегодня известно уже несколько сот различных полициклических ароматических веществ: несколько десятков из них – канцерогены. Однако их действие неодинаково и зависит от строения соответствующего вещества.

Источник

Отрыв и проскок пламени

При работе горелок возможны два вида неустойчивости горения: проскок пламени в горелку и отрыв пламени от горелки.

Проскок пламени — это перемещение фронта пламени из топки в горелку, при котором горение топлива начинается непосредственно в горелке. При проскоке пламени в горелку образуются продукты неполного сгорания топлива, горелка раскаляется и может выйти из строя.

Отрыв пламени — это перемещение фронта пламени от выходного отверстия горелки по направлению движения газовоздушной смеси, сопровождающееся погасанием. Отрыв приводит к наполнению топки газовоздушной смесью, а затем к хлопку или взрыву. Отрыв пламени может произойти при любом принципе сжигания топлива. Проскок пламени в горелку невозможен при диффузионном принципе сжигания.

Проскок пламени для горелок с предварительным смешением происходит, если скорость выхода газовоздушной смеси меньше скорости распространения пламени.

Отрыв пламени от горелок любого типа происходит в том случае, когда скорость выхода газа или газовоздушной смеси больше скорости распространения пламени.

Количество воздуха в газовоздушной смеси является одним из важнейших факторов, влияющих на скорость распространения пламени. В смесях, в которых содержание газа превышает верхний предел его воспламенения, пламя вообще не распространяется. С увеличением количества воздуха в смеси скорость распространения пламени увеличивается, достигая наибольшей величины при содержании воздуха около 90% от его теоретического количества необходимого для полного сгорания газа.

Из этого следует, что при увеличении подачи воздуха в горелку создается смесь, более бедная газом, способная гореть быстрее и вызвать проскок пламени внутрь горелки. Поэтому при увеличении нагрузки, сначала увеличивается подача газа, а зачем воздуха, а при уменьшении нагрузки наоборот — сначала уменьшается подача воздуха, а затем газа. По этой причине в момент пуска горелок воздух не должен в них поступать и зажигание газа производится в диффузионном режиме за счет воздуха, поступающего в топку, с последующим переходом на подачу воздуха в горелку.

Причинами отрыва факела от горелки могут быть резкое повышение давления газа или воздуха, нарушение соотношения газ-воздух, резкое увеличение разрежения на выходе из топки, работа горелки за пределами, указанными в паспорте.

Причинами проскока пламени в горелку могут быть понижение давления газа или воздуха, уменьшение производительности горелок с предварительным смешением газа и воздуха ниже значений, указанных в паспорте.

Действия оператора котельной при проскоке и отрыве пламени

При проскоке пламени необходимо отрегулировать работу горелки, изменяя соотношение газ-воздух.

При отрыве пламени производится аварийная остановка котла, согласно инструкции.

Источник