Сжигание газового топлива в котлах

ПОУРОЧНЫЙ ПЛАН
Курс	2	Группа	МЭС-221	Номер урока (пара)	5
Специальность-квалификация:	Специальность 0902000 «Электроснабжение (по отраслям)», Квалификация 0902013 - «Электромонтажник по распределительным устройствам»
Наименование модуля	ПМ 06 « Подготовка к испытанию и запуску сантехнического оборудования »
Тема урока	Сжигание газового топлива в котлах
Дата	«__»___2018 г	Продолжительность	2 часа /90мин/
Цель урока:	Освоение процессов сжигания газового топлива в котлах
Задачи урока:
Образовательная	- формирование знаний о о процессе горения газового топлива; - ознакомление с видами топок для сжиагния газового топлива; - изучение работы камер сгорания
Развивающая	Формировать умение обобщать и анализировать опытный материал, самостоятельно делать выводы
Воспитательная	Осознание ценности получаемых знаний на уроке для профессионального становления
Ожидаемые результаты	Освоение процессов сжигания газового топлива в котлах
Тип урока	Комбинированный урок
Необходимое оборудование и приборы	Доска
Дополнительные источники: литература	Бойко Е.А. Котельне установки и парогенераторы. Изд.:Красноярск, 2005

Утверждаю

Зам.директора по УПР

_______ А.Г. Молдиярова

План конспект урока
Ход урока	Время (минуты)	Виды деятельности	Учебные ресурсы и материалы
1. Организационный этап. Подготовка обучающихся к работе на основном этапе	2 мин	Приветствие. Проверка присутствующих по списку Целеполагание, озвучивание плана по достижению цели
2. Опрос домашнего задания 1. Назначение газовых котлв 2. Топочные устройства газовых котлов 3. Классификация ГК 4. Графическое изображение 5. Преимущества и недостатки	10 мин	Фронтальный опрос	План-конспект урока
3. Основной этап занятия 1. Состав газового топлива 2. Горение газового топлива 3. Классификация топок для сжигания ГТ 4. Конструкции топок 5. Схема камер сгорания ГТ 6. Контрольные вопросы	68 мин	Объяснение темы, ведение конспекта, лекция с элементами беседы, ответы на вопросы Самостоятельная работа
3. Коррекция знаний и способов деятельности	5 мин	Коррекция ошибок
4. Информирование о домашнем задании	2мин	[1], §6, стр. 47	Бойко Е.А. Котельне установки и парогенераторы, 2005
5.Подведение итогов занятия Достигнута ли цель урока? Справились ли с поставленными задачами? Что интересного узнали? Пригодится ли вам это в жизни?	3 мин	Рефлексия Подведение итогов Выставление самооценки

Роспись преподавателя______________Э.Ә. Еркінғалиева

Лекция №5

Сжигание газового топлива в котлах

 

Основными горючими составляющими большинства газообразных топлив являются оксид углерода СО, водород Н₂, метан СН₄ и значительно реже – высокомолекулярные углеводороды С_mH_n

Полнота,  интенсивность и устойчивость горения газов в первую очередь зависят от физических факторов – температуры и условий смешения горючего с окислителем. Если теплопотери зоны горения, связанные с теплообменом с окружающей средой, превышают тепловыделение, то горение невозможно. Для отдельных горючих газов и газообразных топлив имеется температура воспламенения, существенно зависящая от условий протекания процесса. Температура воспламенения природного и доменного газов около 530⁰С, водорода 410-630°С, оксида углерода 610-660°С, метана 630-790⁰С.

Условия сжигания газов котла требуют:

– температура в топке котла должна быть выше температуры воспламенения горючей смеси, в противном случае горение будет неустойчивым;

– предварительный нагрев горючей смеси ускоряет зажигание и интенсифицирует  процесс  горения.

Условия рационального сжигания газообразного топлива:

–   хорошее перемешивание газа с окислителем;

– повышение температурного уровня процесса, что достигается подогревом компонентов горения, а также снижением коэффициента избытка воздуха, приводящим к увеличению скорости распространения пламени;

–   создание хороших очагов воспламенения;

–  увеличение поверхности фронта горения, что достигается турбулизацией факела.

Рисунок 1 - Общая классификация топочных устройств

Рисунок 2 - Схема подачи в топку газа и окислителя:

В_г - подача топлива: V_в^I - воздух, подаваемый совместно с топливом;

V_в^II - воздух, подаваемый раздельно

 

 

Рисунок 3 - Схема горения капли жидкого топлива:

1 - жидкость; 2 - пары топлива; 3 - зона горения;

4 - область диффузии окислителя и продуктов сгорания

 

Рисунок 4 - Схемы организации сжигания твердого топлива:

а - в плотном фильтрующем слое; в - факельный прямо-сточный процесс;

б - в кипящем слое; г - вихревой (циклонный) процесс

 

 

Рисунок 5 - Принципы организации сжигания газового топлива:

а - без предварительного смешения газа и окислителя; б - с полным предва­рительным смешением с образованием однородной смеси; в - с неполным предварительным смешением без образования однородной смеси; г - с частичным предварительным смешением с недостатком окислителя; К — фронт кинетического горения; Д — фронт диффузионного горения

 

 

Рисунок 6 - Кривые устойчивости пламени

Сжигание газообразного топлива

  Процесс сжигания газообразного топлива протекает в две стадии: смешение горючего с воздухом и собственно горение.

При сжигании газообразного топлива основное внимание обращают на смешение горючего и воздуха, что осуществляют с помощью газовых горелок.

Газовые горелки можно разбить на две основные группы: горелки с принудительной подачей газа и воздуха и инжекционные, куда газ (реже воздух) подается под большим давлением и, выходя из сопла с большой скоростью, подсасывает (инжектирует) требуемое для горения количество воздуха (или соответственно газа). В горелках с принудительной подачей газ и воздух подаются под давлением 75-250 мм вод. ст., при этом воздух обычно под несколько большим давлением. В горелке низкого давления конструкции института Теплопроектгаз и воздух, выходя со значительной скоростью (порядка 15-30 м/сек), перемешиваются.

Для лучшего перемешивания газ выходит из сопла под углом к движению воздуха. Окончательное смешение газа и воздуха и частичное сгорание смеси происходит в туннеле го-релочного камня. Горелка крепится к горелочной плите. В плите и горелочном камне предусмотрено закрываемое поворотной заслонкой отверстие для зажигания горелки.

В турбулентных (завихряющих) горелках газ и воздух смешиваются в самой горелке. Для лучшего перемешивания воздух входит в камеру смешения через ряд продолговатых отверстий перпендикулярно движению газа, чем создается хорошее завихрение его. К горелкам с принудительной подачей газа и воздуха относятся и керамические горелки, например головки мартеновских печей и горелки стекловаренных печей. В инжекционных горелках газ, подаваемый под давлением 1500-10 000 мм вод. ст. (в зависимости от теплотворной способности газа — чем выше теплотворность, тем большее количество воздуха должно быть инжектировано на 1 м2 газа и тем большее необходимо давление последнего), инжектирует воздух. Смешение газа и воздуха происходит в смесителе и горелке.

При сжигании газа, хорошо смешанного с воздухом в горелке, получается очень короткий факел, размещающийся в канале горелочного камня и не выходящий в рабочее пространство печи, в связи с чем такое сжигание газа получило название беспламенного горения. Количество засасываемого воздуха регулируется размером щели между смесителем и фланцем, навинченным на сопло. При низких давлениях газ может инжектироваться воздухом, подаваемым под давлением 400-600 мм вод. ст. Горелки крепят к специальным плитам, установленным на каркасе.

Особенности сжигания газового топлива в котлах

Производства пара и горячей воды осуществляется в котлах, номенклатура которых многообразна и зависит от тепловой мощности, параметров теплоносителя и вида используемого топлива. Котлы различают по следующим признакам:

• по назначению — энергетические, отопительные, производственно-отопительные;

• по материалу — чугунные и стальные;

• по характеру теплоносителя — водогрейные и паровые;

• по устройству топок – слоевые (для твердого топлива) и камерные (для жидкого и газового топлива);

• по аэродинамическому режиму топки — с разрежением, с наддувом;

• по перемещению газов и воды — газотрубные (жаротрубные и с дымогарными трубами), комбинированные и водотрубные;

• по конструктивным особенностям — секционные, цилиндрические, вертикально-цилиндрические, горизонтально- и вертикально-водотрубные; - вертикально-прямоугольные;

• по движению водяного или пароводяного потока — с естественной, принудительной и комбинированной циркуляцией и прямоточные;

• по транспортабельности — стационарные (на неподвижном фундаменте) и передвижные.

Сегодня проблема выбора схемы газоснабжения котла уже потеряла былую актуальность и практически не зависит от необходимости предусматривать быстрый перевод котла на сжигание резервного вида топлива или же его работу только на основном — газовом. Для котельного оборудования практически любой мощности разработаны принципиальные схемы резервного газоснабжения на пропан-бутановых смесях, включающие в себя смесительные установки. 

Правильный выбор типа и конструкции газогорелочных устройств, их число и место установки в топке определяют экономичность, безопасность и долговечность работы котлоагрегата, а также количество выбросов в атмосферу с продуктами сгорания вредных веществ. При сжигании топлива должно быть исключено ударное воздействие факелов горелок на поверхности нагрева, а размер факела при любых режимах работы котла — меньше размеров топки.

Соприкосновение газового факела с поверхностями нагрева (экранами, секциями) приводит к его охлаждению, обрыву реакции горения, химической неполноте сгорания, вплоть до выделения сажистых частиц. И в то же время перегрев поверхностей в месте соприкосновения их с факелом может привести к образованию трещин и разрывов. Кирпичная кладка обмуровки также не выдерживает длительного воздействия пламени. 

Газовые горелки при работе не должны сильно шуметь, а также не должны вызывать вибрацию котла. Горелки должны работать устойчиво во всем диапазоне изменения нагрузки котла без отрыва и проскока пламени и должны иметь устройство для надежного их розжига.

Для предохранения котлов от разрушения при возможном взрыве топки и газоходы должны оборудоваться предохранительными взрывными клапанами, а также автоматикой регулирования и безопасности. Автоматика регулирования в паровых котлах должна обеспечивать поддер­жание заданного давления пара, уровень воды в котле, разрежение в топке и постоянство соотношения «газ-воздух», а в водогрейных котлах - поддержание необходимой температуры горячей воды на выходе из котла по температурному отопительному графику. 

Автоматика безопасности должна контролировать параметры работы котла и при аварийном отклонении их от допустимых значений быстро отключать подачу газа, что необходимо выполнять в следующих случаях:

• при понижении или повышении сверх допустимых значений давления газа; 

• при погасании пламени; 

• при повышении температуры воды или давления пара в барабане котла или в сборном распределительном коллекторе выше допустимых; 

• при прекращении подачи электроэнергии; 

• при понижении давления воздуха перед горелками ниже допустимого уровня; 

• при недостаточном разрежении в топке котла; 

• при неисправности самой автоматики безопасности.

Конструкция топок

Классификация топок. Топки для сжигания газа и мазута. Требования, предъявляемые к топочным устройствам.

Топкой или топочным устройством называется часть котла или котельного агрегата или технологического аппарата, предназначенная для сжигания топлива с целью превращения его химической энергии в тепловую.

Общая классификация топочных устройств показана на рис. 6.1. По назначению все топки можно разделить на тепловые, силовые и технологические.

Рис. 6.1. Общая классификация топочных устройств

Тепловые топки предназначены для преобразования химической энергии топлива в тепловую с получением высокотемпературных продуктов сгорания, с последующей передачей теплоты этих продуктов сгорания нагреваемой среде (вода, пар) тем или иным способом (через поверхность нагрева или контактным способом).

Силовые топки служат для получения продуктов сгорания не только с высокой температурой, но и с высоким давлением. Эти продукты сгорания используют в силовых установках (газовые турбины, сопла реактивных двигателей и т.п.).

Технологические топки предназначены для выработки теплоты, использующейся в тех или иных технологических процессах (обжиг, сушка и т.д.). Как правило, остаточная теплота после технологического процесса утилизируется в специальных утилизаторах.

В данном учебнике мы будем рассматривать тепловые топки котлов.

Тепловые топки котлов подразделяют на слоевые — для сжигания кускового твердого топлива и камерные — для сжигания газообразного, жидкого топлива, твердого топлива в пылевидном состоянии, а также для сжигания смеси топлив.

Газообразное топливо сжигается в камерных топках. Если сжигают только газы или газы вместе с жидким топливом, камера может иметь форму, показанную на рис. 6.2,а. При сжигании газа совместно с угольной пылью в нижней части топочной камеры предусматривается воронка для удаления твердых остатков, выпадающих из горящего факела (рис. 6.2,6). В топочную камеру газ и окислитель подают через горелки. Назначением горелки, кроме ввода в топку необходимого для достижения заданной производительности агрегата количества газа и окислителя, является организация смесеобразования и создание у ее устья устойчивого фронта воспламенения для зажигания выходящей из горелки газовой смеси.

При использовании в качестве топлива мазута топка имеет форму, аналогичную показанной на рис. 6.2,а.При сжигании мазута совместно с угольной пылью топка имеет экранированную холодную воронку для удаления попадающей в нее золы.

Размещение форсунок, а также комбинированных газомазутных горелок на камерных топках может быть фронтальным, встречным и угловым. При сжигании распыленного жидкого топлива воздух в топочную камеру подается вместе с ним.

Расстояние между форсунками по горизонтали и вертикали зависит от диаметра амбразуры (1._А горелок и от пода топки. Ось горелки должна располагаться на расстоянии не менее 3с/_Л, а от боковых стенок топки — на расстоянии не менее 2,5чем обеспечивается нормальное развитие горящего факела. Глубину топки выбирают в зависимости от расхода топлива. При фронтальном расположении форсунок производительностью 0,06-0,07 кг/с

Угольная

пыль

Воздух

Газ

Зола

Рис. 6.2. Схемы топочных камер для сжигания газа

а — при сжигании газа или жидкого топлива; б — при сжигании газа и угольной пыли

глубина топки должна быть не менее 3 м, а при производительности более 0,14 кг/с — не менее 4 м. Горение мазута в топке должно быть ровным, без хлопков и пульсаций. Причиной плохого горения могут быть повышенное содержание воды или низкая температура горения мазута, неисправность форсунок и т.д.

В зависимости от расположения топки по отношению к поверхности нагрева котла топки подразделяют на внутренние (внутри котла), нижние (под котлом) и выносные, находящиеся вне обогреваемой поверхности.

По режиму подачи топлива топки подразделяют на топки с периодической подачей топлива и с непрерывной подачей.

Топочное устройство должно отвечать следующим требованиям:

обеспечивать заданную тепловую мощность установки с получением теплоносителя требуемых параметров;

должно быть надежным в условиях длительной эксплуатации;

должно быть безопасным и простым в обслуживании; сгорание топлива в топке должно быть с минимальными потерями от химической и механической неполноты сгорания;

при горении топлива должна быть возможность изменения нагрузки котла в достаточно широком диапазоне;

расход электроэнергии на собственные нужды топки по возможности должен быть минимальным;

в случае возникновения перебоев с поставками основного топлива должна быть предусмотрена возможность применения резервного топлива.

Основными показателями топочного устройства, работающего на газе или мазуте, являются:

пригодность для сжигания данного вида топлива; тепловая производительность топки, МВт; количество теплоты 0, выделяющейся в единицу времени при сжигании топлива с низшей теплотой сгорания 0_Н^Р (МДж/кг или МДж/м³) при его расходе В_р (кг/с или м³/с)

О = р я_р;

коэффициент избытка воздуха на выходе из топки а_т; потеря теплоты от химической неполноты сгорания q_xн, %; потеря теплоты от механической неполноты сгорания М Н, %; видимая объемная плотность тепловыделения МВт/м³, в топке объемом У_т, характеризующая возможность сжигания в единице объема топки топлива В_р с располагаемой теплотой сгорания С?_м^р с допустимыми значениями д_хп и М11

«У = ^Вр р / К’

видимая плотность теплового потока 2, через сечение топки площадью В_т

Че= в_т О// р_т;

необходимое давление воздуха перед топкой; температура дутьевого воздуха.