ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основы проектирования и расчета простейших высоконапряженных топок для контактных аппаратов из "Газовые контактные водонагреватели" Известно, что сжигание газа в тепловых аппаратах должно происходить без потерь тепла от химического недожога. Это условие особенно важно выдержать в водонагревателе контактного принципа действия, что объясняется следующими причинами. При неполном сжигании газа в продуктах сгорания появляются метан (СН4), водород (Нг), окись углерода (СО), альдегиды и кетоны. Такие составляющие, как СН4, Нг и СО, не имеют запаха, цвета, почти не растворяются в воде и поэтому не могут влиять на ее качество. В то же время альдегиды и кетоны, присутствующие в микродолях в от.ходящих газах, растворяются в воде и придают ей неприятный запах. Такая вода, естественно, не может быть рекомендована для горячего водоснабжения жилых домов и коммунально-бытовых предприятий (бань, душевых, павильонов и т. д.). Учитывая необходимость высокого качества нагретой воды, к топке контактного водонагревателя предъявляется лишь одно требование— обеспечить в малом объеме полное сжигание газа независимо от изменения тепловой нагрузки аппарата. [c.45] Рассмотрим, за счет каких средств возможно интенсифицировать процесс сжигания газа в топках контактных аппаратов, не ухудшая при этом качества сгорания газа. [c.46] Тр — время собственно реакции горения газовоздушной смеси, предварительно подогретой до температуры воспламенения, в сек. [c.46] Если подавать в топку заранее подготовленную горючую смесь, близкую по составу к стехиометрической, то суммарное время Тгор, необходимое для завершения полного сжигания газа, может быть резко уменьшено за счет устранения слагаемого Тсм- При применении инжекционных горелок среднего давления (ИГК), эжек-тирующих примерно 100% необходимого для горения воздуха, в топку аппарата поступает заранее подготовленная горючая смесь. Следовательно, когда сжигание горючего газа осуществляется с помощью этих горелок, то полное время горения определяется только суммой двух составляющих, т. е. [c.46] Величина И зависит от характера движения газовоздушной смеси. Если поток горючей смеси в выходном отверстии горелки имеет ламинарный характер движения, то создается устойчивый фронт пламени, имеющий строго определенную геометрическую форму. При этом скорость распространения пламени во всех точках фронта воспламенения направлена перпендикулярно к движущемуся потоку газовоздушной смеси. В этом случае величина С/ называется нормальной скоростью распространения пламени. [c.47] Физический смысл величин, входящих в формулу (24), можно пояснить следующим образом. Если турбулентный поток горючей смеси имеет среднюю скорость то множество элементарных объемов (газовых молей) обладает, помимо средней скорости, пуль-сационной скоростью Благодаря пульсацнонной скорости газовые моли совершают перемещения поперек воспламенившегося потока и этим самым увеличивают общую поверхность пламени. Длина перемещений газовых молей называется масштабом турбулентности (/). [c.47] Если масштаб турбулентности мал по сравнению с толщиной фронта горения (/ 5ф), тогда поверхность факела остается гладкой, как при ламинарном потоке. Если 1 5ф, тогда наблюдается крупномасштабная турбулентность. При крупномасштабной турбулентности фронт пламени становится настолько неровным, что его поверхность как бы покрывается многими конусами, ширина которых определяется масштабом турбулентности /, а высота пульсационной составляющей скорости При сильной турбулентности (w и ) скорость распространения пламени равна пульсационной составляющей В этот период поверхность турбулентного факела неопределенна и непрерывно пульсирует. Начальной границей фронта воспламенения является та область, до которой достигают отдельные воспламеняющиеся элементарные объемы горючей смеси или язычки пламени, выбрасываемые за счет пульсации потока из зоны развитого горения. [c.48] Расчеты показывают, что режим движения газовоздушной смеси на выходе из пластинчатого стабилизатора горелки ИГК является турбулентным. Это обстоятельство является особенно важным с точки зрения сокращения необходимого реакционного объема топки контактного аппарата. [c.48] Общий расход газовоздушной смеси через горелку Уем = ВК + 5 = 33,5 9,5 + 33,5 = 351,5 м 1ч. [c.49] Из приведенного приблизительного расчета видно, что процесс горения газовоздушной смеси, близкой по своему совтаву к стехиометрической, зависит от величины т ад, т. е. времени, в течение которого холодный поток горючей смеси будет раздроблен в топке до состояния тонких пленок, способных к быстрому прогреву и почти к мгновенной реакции горения Тр. [c.51] Иначе говоря, область завихрения за плохо обтекаемым телом является своеобразной второй, устойчивой периферийной зоной пламени. Таким образом, идея использования необтекаемых огнеупорных тел заключается в создании автоматического самозажигания горючей смеси накаленными продуктами сгорания. [c.53] Чем больше источников завихрения в топочной камере, тем быстрее будет заканчиваться догорание свежей смеси и тем меньшего диаметра можно проектировать топку. [c.53] На интенсивность процесса горения большое влияние оказывает общий температурный уровень реакционного объема. [c.53] Горелки ИГК, применяемые в контактных аппаратах и эжектирующие — 100% необходимого для горения воздуха, создают кинетический характер горения, который определяется в основном энергией активации горючей смеси, концентрацией реагирующих веществ, коэффициентами теплопроводности и температуропроводности. Кинетический характер горения обеспечивает наибольшие скорости сжигания горючих смесей, но в то же время он характеризуется малой устойчивостью. Поэтому при сжигании газа таким способом необходимо применять приемы искусственной стабилизации фронта горения. Иначе говоря, в практических условиях следует добиться такого положения, чтобы при возможных колебаниях тепловой нагрузки горелки отсутствовали такие нежелательные явления, как проскок пламени к соплу и отрыв его от выходного отверстия. [c.54] Последнее обстоятельство часто наблюдается на практике во время неправильного розжига горелок, при наличии холодной футеровки и непрогретого топочного объема. При полном открытии крана газовой горелки и наличии значительного разрежения, которое создается вентилятором контактного водонагревателя, факел пламени в холодной топке иногда отрывается от стабилизатора и горение прекращается. Когда топка непрогрета, следует кран открывать частично и создавать меньшее разрежение. При этом выходная скорость газовоздушной смеси будет меньше, вследствие чего к корню факела со значительно меньшей интенсивностью будут поступать недостаточно нагретые продукты сгорания и процесс горения станет стабильным. Когда температура в топке возрастет до 900° С и более, можно полностью открывать краны газовых горелок, не боясь отрыва факела. [c.55] При наблюдении за работой такой топки создается впечатление, что внутри нее происходит беспламенное поверхностное горение, ибо реакционный объем прозрачен и видны лишь накаленные футеровка и под топки. Однако расчеты Л. Н. Хитрина, основанные на оценке переноса газовых реагентов из объема на поверхность (даже при очень большой химической активности стенки огнеупора), показали, что возможная роль поверхностных процессов в условиях туннельных горелок весьма мала и роль этих процессов тем меньше, чем больше диаметр туннеля. [c.55] Раскаленные огнеупоры выполняют в тонке контактного аппарата в основном роль стабилизаторов горения. [c.56] Для футеровки топок контактных водонагревателей необходимо применять огнеупоры высокого качества, которые не теряют механической прочности при воздействии на них высокой температуры. Такие температуры длительное время может выдерживать футеровка, выполненная из шамотного кирпича класса А (огнеупорность 1730°С). Шамот класса Б и хромомагнезитовый кирпич не рекомендуется применять для выкладки стенок топки, ибо эти материалы обладают недостаточной огнеупорностью и выдерживают значительно меньшее количество теплосмен, чем шамот класса А. [c.56] Пластинчатые стабилизаторы горелок ИГК следует выполнять из жароупорной стали марки 1Х18Н9Т, в противном случае они с течением времени начинают деформироваться, живое сечение их уменьшается и горелка перестает эжектировать 100% воздуха, необходимого для полного сгорания газа, в результате чего факел в топке увеличивается и появляются признаки химической неполноты сгорания. Корпус диффузора горелки желательно устанавливать таким образом, чтобы стенки его охлаждались водой. Если это невозможно выполнить по конструктивным соображениям, то корпус диффузора горелки следует изготавливать из стали марки 1Х18Н9Т и изолировать от кирпичной кладки листовым асбестом. [c.56] При проектировании высоконапряженной топки важно правильно выбрать ее площадь поперечного сечения Рт и высоту Ят исходя из заданной тепловой нагрузки контактного водонагревателя. Рассмотрим методику определения величин Рт и Ят. [c.56] Вернуться к основной статье