Теплообменные аппараты ТТАИ
Сочетают в себе преимущества кожухотрубных и пластинчатых теплообменников без их недостатков.
РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России
Теплообменные аппараты ТТАИ

Атмосферные газовые горелки автономных теплогенераторов

П. А. Хаванов, доктор техн. наук, профессор кафедры теплотехники и котельных установок Московского государственного строительного университета (МГСУ), ведущий специалист компании "СЕЛЕКТ"

Надежная и эффективная работа децентрализованной системы теплоснабжения здания в значительной степени зависит от теплотехнических и эксплуатационных характеристик автономного теплогенератора, обеспечиающего тепловой энергией системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. В качестве первичного энергоносителя в подавляющем большинстве случаев используется химическая энергия ископаемого топлива, а для коммунально-бытовых целей в значительных объемах применяется газообразное углеводородное топливо: природный газ и регазифицированный сжиженный газ (пропан-бутановые смеси). Совершенно очевидно, что используемое в теплогенераторе газогорелочное устройство (ГГУ), как основное топливоиспользующее оборудование, будет в значительной степени определять его теплотехнические, экологические и потребительские качества.

Процесс сжигания газа состоит из последовательно протекающих стадий:
а) образование гомогенной газовоздушной смеси (топлива и окислителя);
б) подогрев смеси до температуры воспламенения;
в) химическое реагирование - собственно реакция горения.


Стадия смесеобразования оказывает существенное влияние на горение и может осуществляться или как предварительная (подготовительная) стадия, или происходить параллельно с другими процессами. В теплогенераторах малой мощности (до 300-500 кВт), используемых в автономных системах теплоснабжения, применяются дутьевые или эжекционные (их называют еще "атмосферные") газовые горелки. Основным преимуществом атмосферных ГГУ является их эксплуатация без наддувных вентиляторов для принудительной подачи воздуха. Процесс смесеобразования в них осуществляется за счет кинетической энергии газовой струи, выходящей из дозирующего сопла горелки, которая и эжектирует воздух.

По степени завершения процесса предварительного смесеобразования газа с воздухом (перед воспламенением) атмосферные ГГУ подразделяются на следующие категории:
- диффузионные - без предварительного образования смеси газа и воздуха (иногда их обозначают "jet");
- кинетические - с полным предварительным смешением газа и всего воздуха, требуемого для горения ("premix");
- диффузионно-кинетические - с неполным предварительным смешением части воздуха, необходимого для полного сгорания (первичного воздуха), и газа.
Стадии смесеобразования в атмосферных ГГУ являются наиболее важными, т. к. стабилизация пламени, глубина регулирования, экологические показатели и надежность эксплуатации ГГУ в значительной мере определяются именно обеспечением стабильности условий образования газовоздушной смеси в различных режимах горения.

Газообразное топливо

В коммунальной энергетике преимущественное использование получили природный газ и сжиженные пропан-бутановые смеси. Природный газ различных месторождений из трубопроводов высокого и среднего давлений после редуцирования в газорегулирующих установках (ГРС, ГРП, ГРУ) поступает в газопроводы низкого давления с нормируемым избыточным давлением газа до Ризб<500 мм вод . ст.=50 мбар. Обычно эксплуатационное давление газа в отечественных сетях низкого давления не превышает 18 мбар.
Сжиженные пропан-бутановые смеси поступают к потребителям в цистернах или баллонах. Перед сжиганием сжиженный газ регазифицируется. У потребителей малой мощности регазификация осуществляется путем снижения давления газовой фазы в емкости при отборе газа. Регулирование давления газовой фазы осуществляется местным регулятором, настраиваемым на низкое давление Ризб=20-35 мбар.
Состав магистрального природного газа зависит от месторождения или состава смеси газов различных месторождений и состоит преимущественно из метана СН 4=65-98 % и небольшого количества более тяжелых углеводородов. Негорючими компонентами (балластом) в составе природного газа чаще всего являются азот и углекислый газ. Среднее значение низшей теплоты сгорания природного газа Qн=31-40 мДж/м3. Плотность при нормальных условиях r=0,72-0,85 кг/м3.
Сжиженные технические смеси пропан-бутана должны содержать не менее 93 % пропан-бутановых (С3Н84Н10) фракций. Среднее значение низшей теплоты сгорания, в пересчете на 1 м3 регазифицированной пропан-бутановой смеси при нормальных условиях, Qн=92,2 мДж/м3. Плотность при нормальных условиях r=2,2-2,4 кг/м3.

Особенности горения

Сжигание топлива осуществляется в атмосферном воздухе, состоящем из окислителя - кислорода О 2 (21 %) и инертного, не участвующего в горении азота N2 (79 %). Теоретически необходимое для полного сжигания горючих компонентов газа количество воздуха рассчитывается по составу газа и для природного газа различных месторождений составляет Vо=8,5-10 м33, а для сжиженного газа Vо=24-30 м33. Как бы ни было совершенно ГГУ, его работа в режимах, соответствующих подаче на горение теоретически необходимого объема воздуха, сопровождается потерями от химической неполноты горения. Взаимная диффузия топлива и окислителя при образовании газовоздушной смеси затрудняется наличием балластных газов и образующихся продуктов сгорания, что объясняет необходимость работы ГГУ с большими расходами воздуха на горение. Соотношение действительного количества воздуха, поступающего на горение и теоретически необходимого, определяется коэффициентом избытка воздуха: a= Vд/V0.
Воспламенить гомогенную смесь природного газа и воздуха можно только в том случае, если соотношение газ-воздух находится между нижней (смесь "бедная", концентрация газа более 5,3 %, т. е. a≤1,8) и верхней границей воспламенения (смесь "богатая", концентрация газа менее 14 %, т. е. a>0,65). Результирующее значение коэффициента избытка воздуха для всех типов горелочных устройств a >1 и для атмосферных ГГУ, при работе с номинальной нагрузкой, находится в эксплуатационном диапазоне aэ=1,05-1,25. Значение коэффициента избытка воздуха на работающем теплогенераторе может быть определено на основании результатов газового анализа продуктов сгорания по содержанию в них кислорода О 2 (%) или углекислого газа СО2 (%). Для природного и сжиженного газов среднего состава соотношение концентраций О2 и СО2 в продуктах полного сгорания в зависимости от коэффициента избытка воздуха, а также значения теоретической (калориметрической) температуры горения и полного объема продуктов сгорания приведены в табл. 1.

Таблица 1
Значения теоретической (калориметрической)
температуры горения и полного объема продуктов сгорания

Коэ ф-
фициент избытка воздуха, a

Природный газ среднего состава

Сжиженный газ среднего состава

СО 2, %

О 2, %

Теоретическая температура горения, °С

Объем продуктов сгорания, м33

СО 2, %

О 2, %

Теоретическая температура горения, °С

Объем продуктов сгорания, м33

1,00

11,80

0,00

2010

10,52

14,00

0,00

2110

29,60

1,05

11,20

1,00

1940

11,00

13,50

1,20

2030

30,97

1,10

10,70

1,95

1890

11,48

12,60

2,10

1970

32,34

1,15

10,20

2,80

1820

11,96

12,10

2,85

1910

33,71

1,20

9,80

3,60

1780

12,43

11,50

3,75

1835

35,08

1,25

9,40

4,20

1730

12,91

11,20

4,20

1800

36,45


Как следует из приведенных в табл. 1 данных, разбавление продуктов сгорания избыточным воздухом (с ростом a) приводит к снижению теоретической температуры горения топлива и, следовательно, к снижению интенсивности теплообмена в топке теплогенератора, а также к увеличению объема продуктов сгорания и, как следствие, к росту потерь теплоты с уходящими газами (q2). Поэтому вполне оправданным является стремление работать с минимальными значениями коэффициента избытка воздуха. Однако эффективность работы конкретного ГГУ определяется не столько значением эксплуатационного коэффициента избытка воздуха, сколько полнотой сжигания горючих компонентов газа. Продукты неполного сгорания в дымовых газах: оксид углерода (СО), метан (СН4), водород (Н2) - не только загрязняют окружающую среду, но являются также прямыми потерями химической энергии топлива. Именно значение потерь от химической неполноты горения топлива (q3) в первую очередь определяет значение эксплуатационного коэффициента избытка воздуха ГГУ.


Cтраницы: 1 | 2 | читать дальше>>

Хаванов П. А., Атмосферные газовые горелки автономных теплогенераторов

Источник: компания "СЕЛЕКТ", www.select.ru

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Похожие статьи:

Подбор теплообменника!

Теплообменник ТТАИ для ГВС, отопления, промпроизводств.

+7(495)741-20-28, info@ntsn.ru