Основные методы сжигания газа, их принципиальные отличия.

Задание на 17сентября 2021г. (3пара занятий)

Тема: Условия для возникновения процесса горения

Основные методы сжигания газа, их принципиальные отличия.

Задание:

1. Изучить предложенную лекцию.
2. Ответить на контрольные вопросы:

2.1 Что называется горением?

2.2. Условия для протекания процесса горения.

2.3 Способы для осуществления процессов горения.

2.4 Роль перемешивания топлива с окислителем.

2.5 Основные способы сжигания газа.

2.6 Характеристика сжигания газа светящимся пламенем.

2.7 Характеристика сжигания газа несветящимся пламенем.

2.8 Беспламенное сжигание газа.

2.9 Сделайте вывод по изложенному материалу.

Лекция

Условия для возникновения процесса горения

Горение газов - физико-химический процесс, который может устойчиво протекать при следующих условиях:

● обеспечении на молекулярном уровне контакта горючего газа с кислородом воздуха или чистым кислородом;

● воспламенении газовоздушной смеси, причём неподвижная смесь должна быть воспламенена однократно (небольшим пламенем, искрой, накалённым предметом), а подвижная смесь (в потоке) должна воспламеняться непрерывно и самопроизвольно по мере поступления новых порций к фронту пламени взамен прореагировавших;

● обеспечении условий протекания собственно процесса горения с точки зрения скорости распространения пламени полноты горения.

Первое из перечисленных условий может быть выполнено различными способами:

1. Путём приготовления необходимой смеси газа с воздухом, после чего она может быть подвергнута самовоспламенению или вынужденному зажиганию и сожжена в неподвижном состоянии или в потоке;

2. Без предварительного смешивания газа с воздухом при свободном истечении газовой струи в атмосферу.

Второе условие наиболее важно, так как любой процесс горения начинается с воспламенения, а распространение пламени заключается в непрерывном воспламенении новых порций газовоздушной смеси.

Основные методы сжигания газа, их принципиальные отличия

Полное сгорание топлива при наименьшем избытке воздуха против теоретически необходимого зависит от того, насколько хорошо и полно будет происходить перемешивании е топлива с окислителем. Скорость и полнота сгорания газового топлива, длина факела и температура его пламени зависят от скорости и качества перемешивания газа с воздухом. Чем полнее происходит перемешивание, тем быстрее и лучше будет сгорать газ, короче будет факел и выше температура пламени. Большое значение имеет перемешивание для природных газов, которые имеют меньшую скорость горения и требуют большое количество воздуха для сжигания. При сжигании природных газов необходимо обратить внимание на создание наилучших условий перемешивания газа с воздухом в горелках и топках, независимо от способа их сжигания.

В настоящее время в зависимости от способов перемешивания газа с воздухом существует три способа сжигания газа:

1. Сжигание газа светящимся пламенем.

2. Сжигание газа несветящимся пламенем.

3. Беспламенное сжигание газа.

Сжигание газа светящимся пламенем. Способ заключается в том, что в топку при помощи горелок подаётся газ, который встречается с воздухом и перемешивается с ним уже в топке. Перемешивание газа с воздухом и горение, которое идёт вместе с перемешиванием, происходит медленно. В результате получается длинное, до 3-4м длиной, светящееся пламя. Перемешивание происходит за счёт диффузии – способности частиц одного вещества взаимно проникать в другое. Частицы газа стремятся распространиться в окружающий факел слой воздуха, а частицы воздуха - в слой газа. Этот способ называется также диффузионным, а горелки – диффузионными горелками. При этом способе имеет место молекулярная диффузия, при которой смешивание между газом и воздухом происходит за счёт движения их молекул и диффузия отдельных масс воздуха и газа. Последние перемешиваются между собой вследствие вихреобразного движения под действием скорости.

Факел светящегося пламени разделяется на три зоны:

1. В зоне 1 у устья горелки цвет пламени отсутствует, так как газ в ней ещё холодный.

2. В зоне 2 происходит нагревание газа и разложение его метана и тяжёлых углеводородов с выделением свободного углерода. Частицы его, раскаливаясь, светятся, придавая пламени при полном сгорании газа яркий золотисто-соломенный цвет.

3. В наружной зоне 3, соприкасающейся с воздухом, происходит его перемешивание с раскалёнными продуктами разложения зоны 2 и их сгорание прозрачным голубоватым пламенем. При неполном сгорании газа из-за недостатка воздуха в топке, цвет пламени становится красноватым. Факел при этом удлиняется. При лишнем количестве воздуха в топке факел укорачивается, цвет пламени становится бледным, горелка сильно гудит.

Диффузионное светящееся пламя отличается равномерной температурой по всей длине факела, равной 1000-1050^оС по его наружной поверхности. Внутри температура составляет 1400^оС на расстоянии примерно 2/3 высоты факела, считая от горелки.

Относительно низкая температура пламени объясняется тем, что светящееся пламя обладает большой прямой отдачей тепла путём испускания лучей от светящихся частиц. На температуру влияет малая скорость газа из-за недостаточного перемешивания его с воздухом и большой коэффициент избытка воздуха =1,2 до =1,6 и больше.

Такой способ применяют в различных печах, где требуется свечение пламени и поддержание равномерной температуры факела.

Сжигание газа несветящимся пламенем. В топку поступает газ, предварительно смешанный в горелке с частью воздуха, необходимого для его полного сгорания. Остальная часть воздуха поступает к факелу из топочного пространства вокруг пламени. Так как газ частично смешан с воздухом, то горение происходит значительно быстрее и без разложения углеводородов. Факел получается коротким, пламя несветящееся с высокой температурой, равной 1600^оС. Сгорание газа происходит более полное и при меньших избытках воздуха. Поэтому горелки внутреннего смешивания получили большее распространение. Пламя смеси неполного смешивания при полном горении газа представляет собой короткий факел голубовато-фиолетового цвета с зеленовато-голубым ядром в виде конуса. В этом конусе 1 происходит нагревание выходящей из горелки смеси на поверхности конуса. В зоне 2 происходит сгорание. Из-за недостатка воздуха сгорание неполное с образованием окиси углерода и части несгоревшего водорода. В зоне 3 происходит догорание газов неполного горения, образовавшихся в зоне 2 при помощи кислорода воздуха, окружающего факел.

При неполном сгорании газа из-за недостатка воздуха пламя становится более тёмным, фиолетового цвета, а на конце факела светящимся. При излишке воздуха пламя уменьшается, становится бесцветным и отрывается от горелки. Горелка сильно шумит.

Беспламенное сжигание газа. Этот способ отличается от предыдущего тем, что из горелки в топку поступает полностью готовая для горения газовоздушная смесь. Она содержит количество воздуха, необходимое для полного сгорания газа, и сгорает очень быстро коротким, почти бесцветным пламенем.

Устойчивость пламени полностью подготовленной для сжигания смеси может быть повышена, если смесь сжигать в окружении раскалённых огнеупорных материалов. Они используются в виде решёток и туннелей. Сгорание смеси в раскалённых туннелях происходит так быстро, что пламени газа, особенно на фоне раскалённого огнеупора, совсем не видно, поэтому данный способ называется беспламенным. Сжигание газа в туннелях позволяет получить полное сгорание горючих газов при наименьших избытках воздуха, а значит, является наиболее экономичным способом сжигания газа. При этом способе =1,2 - 1,05, но непременным условием сжигания горючих газов является подача полностью готовой для горения газовоздушной смеси.

Вывод. В промышленных котельных установках часто применяют горелки, в которых методы сжигания газа трудно отнести к одному из трёх основных приведённых методов, они являются промежуточными, и отличаются, друг от друга степенью подготовки газовоздушной смеси.