Что понимается под устойчивостью горения?

Дайте пояснение этому процессу.

Под устойчивостью горения понимают постоянство местонахождения пламени относительно огневых отверстий горелки, обеспечиваемое равенством нормальной скорости распространения пламени и противоположно направленной нормальной составляющей скорости потока газовоздушной смеси.

При ламинарном истечении наиболее устойчивой является часть пламени, примыкающая к кромкам огневых отверстий, так как в краевых слоях потока скорости истечения смеси, уменьшенной торможением о стенки огневых каналов, соответствует пониженная за счет охлаждения теми же стенками скорость распространения пламени. Благодаря этому у основания факела создается огневой зажигательный поясок, стабилизирующий процесс горения в определенном диапазоне расхода смеси.

С увеличением расхода смеси ламинарный режим переходит в турбулентный, зажигательный поясок «размывается», устойчивость горения нарушается и пламя отрывается от горелки. Наоборот, с уменьшением расхода скорость распространения пламени в пристенной зоне потока может превысить скорость истечения смеси и пламя втягивается внутрь горелки. Первое явление называют отрывом, второе - проскоком или обратным ударом пламени.

При полном отрыве пламя гаснет, а при частичном - занимает относительно устойчивое положение на некотором расстоянии от горелки. Отрыв пламени в любом виде недопустим, так как при полном отрыве несгоревший газ, а при частичном - продукты незавершенного горения могут образовать в окружающей атмосфере или топке взрывоопасные или токсичные смеси.

Отрыв пламени возможен при увеличении давления газа перед горелкой сверх допустимых пределов, чрезмерном увеличении разрежения в топке, обеднении газовоздушной смеси воздухом, сопровождающемся уменьшением скорости распространения пламени, и по другим причинам. Отрыв пламени зависит от диаметров огневых отверстий и содержания первичного воздуха в смеси.С увеличением диаметров огневых отверстий увеличивается скорость истечения смеси, при которой происходит отрыв пламени. Увеличение содержания первичного воздуха в смеси (т. е. воздуха, поступающего в горелку) приводит к снижению скорости отрыва пламени.

Проскок пламени происходит, когда скорость истечения газовоздушной смеси становится меньше скорости распространения пламени (у инжекционных горелок, например, при уменьшении давления газа ниже расчетного предела). В этом случае пламя может погаснуть, обычно с хлопком, или переместиться в смеситель горелки, перегревая его и препятствуя притоку первичного воздуха. Проскок пламени недопустим, так как приводит к истечению из горелки несгоревшего газа или продуктов незавершенного горения, а также перегреву горелки.

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Задание на расчетную работу

Разработать схему и произвести расчет системы газоснабжения водогрейного котла.

1. Составить тепловой баланс котла, определить расчетный часовой и суточный расход топлива.

2. Составить принципиальную схему газоснабжения котла и схему шкафного ГРПН с регулятором давления прямого дейст­вия типа РД.

3. Произвести расчет схемы и выбрать необходимое обору­дование ГРП.

4. Выполнить гидравлический расчет газопровода от ГРП до котла.

5. Составить схему обвязочного газопровода водогрейного котла.

Исходные данные:

В котле сжигается природный газ следующего состава:

СН4 = 89,7 %; С2Н6= 5,2 %; С3Н8 = 1,7 %; С4Н10= 0,5 %; N2=2,7%; CO2=0,1 %.

Время работы котла составляет n = 8760 часов в году;

Температура воздуха, поступающего в котел, tв = 20 °С.

Температура топлива tт = 20 °С.

Коэффициент избытка воздуха = 1,15;

Температура уходящих газов tyx = 600 °С.

Теплоемкость уходящих газов Сух = 1,446 кДж/(м3К).

Избыточное давление газа перед обвязочными газопроводами

Ро.г =2,87 кПа.

Избыточное давление газа на входе и выходе ГРП:

Рвх = 79,26 кПа; Рвых = 3,378 кПа.

Барометрическое давление Рв = 100,6 кПа.

Длина газопровода от ГРП до обвязочных газопроводов кот­ла l = 29 м.

Потери теплоты через кладку Q3 = 143710 кДж/ч.

На газопроводе установлены два пробковых крана и один по­ворот на 90 °.

Работа котла на максимальной нагрузке m = 6000 часов.

 

Решение.

1. Расход топлива.

Часовой расход топлива на котел при номинальной на­грузке определяется по выражению:

(1)

Здесь низшая теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м3,

(2)

 

где теплота сгорания горючих компонентов топлива (табл.П.1),

объемные доли компонентов топлива (исходные дан­ные).

 

(3)

 

Где

Годовой расход топлива на котел определяется по фор­муле:

(4)

Часовой расчетный расход топлива при макси­мальной нагрузке:

(5)

2. Выбор оборудования ГРП.

Принципиальная расчетная схема ГРП приведена ни рис. 2.

Рис.1

Выбор регулятора давления типа РДУК производится по табл. П.2, с последующим уточнением для действительных па­раметров газа.

Расчетная пропускная способность регулятора при скорости истечения газа через седло меньше критического определяется из выражения:

(6)

где и расчетная и табличная пропускная способность регулятора, м3/ч;

и действительный и табличный перепад давления на регуляторе, кгс/см2;

и абсолютное выходное действительное и таблич­ное давление газа, кгс/см2;

абсолютное действительное входное давление газа, кгс/см2;

т табличное значение параметра;

и действительная и табличная плотность газа, кг/м3, ( = 0,73 кг/м3).

Для нормальной работы регулятора его максимальная про­пускная способность (нагрузка) Vmax должна составлять не бо­лее 80-85 %, а минимальная Vmin не менее 10 % от расчетной пропускной способности Vp, т.е. должны выполняться условия:

По заданному входному и выходному давлению Рвх и Рвых и пропускной способности предварительно выбираем из табл. П.2 регулятор РДУК2-100 с диаметром седла клапана 50 мм.

Табличные значения параметров регулятора: м3/ч;

= 1,0 кгс/см2; = 0,6 кгс/см2.

Отношение давлений:

(7)

 

Так как то расчетную пропускную способность регулятора для действительных параметров газа необходимо определять по формуле (6).

(8)

Где молярная масса i-го компонента, кг/моль (табл. П.1)

Определяем расчетную пропускную способность регулятора:

Проверяем правильность выбора регулятора:

Полученные результаты удовлетворяют условиям по макси­мальной и минимальной пропускной способности, следователь­но, предварительный выбор регулятора произведен правильно.

Выбор предохранительно-сбросного клапана (ПСК) произ­водится по табл. П.З по диапазону настройки на срабатывание при повышении давления газа.

Давление настройки клапана определяется из выражения:

 

Выбираем ПСК-50Н с диапазоном настройки 0,02 0,05 кгс/см2.

Выбор предохранительно-запорного клапана (ПЗК) произво­дится по табл. П,5 по диапазону настройки при возрастании давления. Число, указанное после шифра клапана, обозначает условный диаметр в миллиметрах. Пределы настройки для кла­панов ПКН указаны в колонках «на низком давлении», для ПКВ «на среднем давлении».

ПЗК должны обеспечивать автоматическое прекращение по­дачи газа к потребителям при повышении конечного давления на 25 % или понижении его ниже заданных пределов.

Давление срабатывания ПЗК при возрастании выходного давления определяется из выражения:

По давлению Рпзк и условному диаметру регулятора выбира­ем предохранительно-запорный клапан ПКН 100 с пределами настройки:

при возрастании давления 0,002 0,075 МПа;

при уменьшении давления 0,0003 0,003 МПа.

Выбор газового фильтра производится по табл. П.6 по ус­ловному диаметру регулятора и расходу газа .

В табл. П.6 число после обозначения фильтра является ус­ловным диаметром в миллиметрах. Пропускная способность при перепаде давления (кгс/м2) указана на кассете фильтров ФСС-250, ВФ-500. Фильтры марок ФС и ФСС - сетчатые, ФВ и ФГ -волосяные.

Предварительно выбираем фильтр ФГ-50.

Табличные значения параметров фильтра:

= 1,0 кгс/см2; VT = 2500 м3/ч; РТ = 500 кгс/м2.

Пропускная способность фильтра определяется по формуле:

Определяем расчетный перепад давления на фильтре:

(9)

(10)

Перепад давление на фильтре не должен превышать:

· для сетчатых фильтров 200-250 кгс/м2;

· для волосяных фильтров 400-500 кгс/м2.

Результаты расчета показывают, что фильтр ФГ-50 можно принять к установке.

Выбор газового счетчика осуществляется по максимально­му часовому расходу газа:

(11)

По расходу газа принимаем к установке счетчик РГ-1000.

3. Выбор диаметра и гидравлический расчет газопровода

Схема газопровода от ГРП до котла приведена на рис. 2. Диаметр газопровода выбирается предварительно по табл. П.7 по условному диаметру регулятора.

Рис. 2 Схема газопровода от ГРП до котла

 

Выбираем трубу диаметром dн x S = 108 х 3 мм.

Скорость газа в газопроводе определяется по формуле рас­хода:

Число Рейнольдса

(12)

Кинематическая вязкость газа вычисляется по формуле:

(13)

где кинематическая вязкость компонентов (определяет­ся по табл. П.1).

Коэффициент сопротивления трению вычисляется по выра­жению:

(14)

где внутренний диаметр газопровода, см.

Потери давления на трение определяются по формуле

(15)

Плотность газа рассчитывается по формуле:

(16)

где

 

Потери давления на преодоление местных сопротивлений:

(17)

(18)

 

где коэффициент местных сопротивлений кранов;

коэффициент местных сопротивлений поворотов на 90°;

соответственно количество кранов и поворотов в схеме.

и определяются по табл. П.4.

Общие потери давления газа

Давление газа у потребителя

(19)

Данные расчета удовлетворяют исходным данным, следова­тельно, к установке принимается газопровод dн x S = 108 х 3 мм.

Схема обвязочных газопроводов котла приведена на рис. 3.

Рис. 3 Схема обвязочных газопроводов котла:

1 подача газа; 2 свеча безопасности; 3 продувочная свеча; 4 пробоотборник;

5 трубопровод безопасности; 6 отключающее устройство

 

 

Список используемой литературы

 

1. Справочник эксплуатационника газифицированных котельных / под ред. Е.Б. Столпнера. - П.: Недра, 1988. - 608 с.

2. Алабовский А.Н. Газоснабжение и очистка промышлен­ных газов: учеб. пособие / А.Н. Алабовский,Б.В. Анцев, С.А. Ро­мановский. - Киев: Вища шк. 1995. - 192 с.

3. Роддатис К.Ф. Справочник по котельным установкам ма­лой производительности / К.Ф. Роддатис, А.Н. Полтарецкий; под ред. К.Ф. Роддатиса. - ML: Энергоатомиздат, 1989. -488 с.

4. Ионин А.А. Газоснабжение: учеб. для вузов /А.А. Ионин. -М.: Эколит, 2011. - 440 с.

5. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротив­лениям: справ. / под ред. М.О. Штейнберга. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 672 с.

6. Седак B.C. Надежность и качество процессов регулирова­ния современных систем газоснабжения: учеб. пособие / B.C. Се­дак, В.Н. Супонев, Н.Д. Каслин. -Харьков: ХНАГХ, 2011. -226 с.