Особенности сжигания газа
Выбор типа и количества газовых горелок, их размещение, организация процесса и движения продуктов горения являются основными и наиболее ответственными задачами, которые приходится решать как при проектировании новых, так и при переводе на газ существующих котлов, промышленных печей, сушил и других установок. Особенности сжигания газа в зависимости от решения этих вопросов определяются тепловой и аэродинамический режимы, степень интенсивности заданного технологического процесса и экономичность установки.
Как теоретические предпосылки, так и опыт работы свидетельствуют, что при переводе на газовое топливо, а тем более при проектировании новых газовых установок основные показатели их работы могут быть значительно улучшены в подавляющем большинстве случаев. Грамотно выполненный перевод на природный газ котельных установок приводит к повышению производительности котла с одновременным ростом его к. п. д. С другой стороны, нельзя не отметить случаев, когда непродуманно выбранный способ сжигания газа или неудачное расположение горелок вызывали снижение паропроизводительности и к. п. д. котельной установки по сравнению с работой на твердом топливе даже невысокого качества.
Аналогичная картина наблюдается при переводе на природный газ большинства промышленных печей с твердого топлива, мазута или газа с низкой теплотой сгорания (генераторного, доменного, коксового). Нередко предел производительности той или иной печи (например, кузнечной, термической, некоторых плавильных) определяется уже не теплотехническими, а технологическими условиями, в частности появлением в нагреваемом металле недопустимых градиентов температур.
Естественно, что задачи интенсификации технологического процесса и повышения эффективности использования топлива при проектировании перевода промышленной установки на газ должны решаться с наименьшими материальными затратами и с соблюдением ряда других условий, таких, как безопасность, надежность работы и т. п.
Наконец, следует отметить случаи, когда при проектировании и осуществлении некоторых специальных установок, работающих на природном газе, сознательно приходится жертвовать такими важнейшими с точки зрения теплотехники показателями, как полнота сгорания и к. п. д. Примером этого может служить создание в пламенных газовых печах (с прямым нагревом) безокислительной атмосферы за счет сжигания газа с недостатком воздуха, что, однако, дает экономию металла с сохранением чистоты внешней поверхности изделий.
Природный газ, в отличие от других видов топлива, позволяет в широких пределах выбирать не только наивыгоднейшую аэродинамику топки, но также и рациональные геометрические характеристики факела. Поэтому для каждого типа промышленной огнетехнической установки, а подчас для каждого конкретного случая должны быть проанализированы и выбраны наиболее эффективные приемы сжигания газового топлива.
Из сказанного следует, что нельзя делить применяемые в промышленности газовые горелки на "плохие" и "хорошие", не учитывая особенностей их работы в конкретных условиях. Например, горелочное устройство, очень хорошее для вращающейся цементной печи, совершенно неудовлетворительно для камерной нагревательной печи. Несомненно, что требуемая максимальная интенсификация технологического процесса, повышение к. п. д., а также удовлетворение других требований, предъявляемых к установке, не могут быть обеспечены только выбором той или иной газовой горелки, а будут достигнуты при правильном решении всего комплекса вопросов теплообмена и аэродинамики, начиная от подачи воздуха и газа и кончая удалением отработанных продуктов горения в атмосферу. Особое значение имеет начальная стадия процесса - организация сжигания газа.
В различных промышленных огнетехнических установках широко применяются все особенности сжигания газа: кинетическое, диффузионное или сжигание частично подготовленной смеси (незавершенное смешение).
При диффузионном, а иногда и кинетическом сжигании газа с развитым факелом процесс сжигания обычно протекает в топке или рабочем пространстве печи. Кинетическое беспламенное горение в ряде случаев может протекать вне топки в обычном понимании этого слова, сгорание успешно осуществляется в пористой насадке, туннеле, системе трубок и т. д.
Эти элементы непосредственно связаны с горелкой. Однако в большинстве случаев можно выделить горелку со свойственными ей функциями и пространство сгорания, или топку, независимо от ее геометрических форм и размеров.
Задачей кинетической горелки является хорошее перемешивание газа с необходимым количеством воздуха и подача этой смеси в пространство сгорания со скоростью, предотвращающей проскок пламени. Эти функции должны осуществляться в заданных пределах регулирования производительности горелки. Задачами топки, что бы она собой ни представляла, являются надежное зажигание смеси и обеспечение полного выгорания горючих при любых нагрузках, а также обеспечение нужных радиационных характеристик факела сгорания и вторичных излучателей.
Диффузионные особенности сжигания газа, задача горелки - осуществлять регулируемую подачу газа и воздуха в топку, обеспечивающую необходимые условия смесеобразования в ней. На долю топки остается указанный процесс смесеобразования, зажигание и полное сгорание смеси при заданных радиационных характеристиках факела. Вследствие такой взаимосвязи функций нельзя изолированно оценивать и выбирать горелку, не учитывая условий протекания процесса сгорания в топке, а следует рассматривать всю систему, обеспечивающую рациональные особенности сжигания газа.
