Что такое проскок пламени. Эксплуатация газовых горелок котельных установок

Производить после загорания газа 4) при отключении сначала снизить производительность горелок до минимальной (согласно 

    При зажигании горелки с полной подачей воздуха может наблюдаться проскок пламени в горелку. Горелка начинает работать с характерным гудением, дает светящееся пламя и сильно разогревается, что может привести к ожогам и возгоранию трубок, подводящих газ. В таком случае необходимо закрыть газовый кран и, после остывания горелки, вновь ее зажечь, предварительно прикрыв подачу воздуха. 

Чтобы избежать проскока пламени в горелки, следует  

Не допускать сильного нагрева выходной головки горелки, если она должна охлаждаться водой или воздухом. При проскоке пламени в горелку необходимо закрыть подачу газа в горелку, и если она успела нагреться, то не пускать ее вновь до полного охлаждения. 

Л. 19]. Незаштрихованными оставлены области, где горение невозможно вследствие проскоков пламени в горелку (область 4) или вследствие того, что пламя полностью отрывается и гаснет (область 5). 

В конструкциях всех устройств для сжигания топлива с полным перемешиванием газа и воздуха до входа в горелочный туннель есть общие черты. Для предотвращения обратного удара (проскока) пламени в горелку горящая смесь должна входить в печное пространство со скоростью, большей скорости распространения пламени. Чем больше скорость струи горючей смеси, 7ем больше расстояние точки воспламенения от устья горелки, если не предусмотрены средства для торможения всего или части потока . Горение начинается в той точке струи, где ее скорость равна скорости распространения пламени, при условии, что температура смеси газа и воздуха равна или выше температуры воспламенения. Если эта точка расположена в устье горелки (предельный случай), пламя может проскочить в горелку. 

Срыв пламени и проскок пламени в горелку. 

Выше указывалось, что устойчивый процесс горения газа в факеле возможен лишь в ограниченном интервале скоростей истечения горючей смеси из горелки. Ирп малых скоростях истечения возможен проскок пламени в горелку, а прп больших скоростях - отрыв его от горелки. 

Чтобы зажечь горелку, надо к ней поднести зажженную спичку, а затем медленно открывать кран. При проскоке пламени в горелку ее немедленно погасить. 

Опыты показывают, что чем больше турбулентность газового потока, тем больше скорость расиространения этого пламени превышает скорость распространения пламени при прямоструйном движении, поэтому во избежание проскока пламени в горелку скорость вылета смеси из нее должна быть значительно больше скорости распространения пламени газовоздушной смеси. 

При проскоке пламени в горелку необходимо прекратить подачу газа к ней, охладить, если она успела нагреться, и повторно зажигать после вентиляции топки. 

Применена кассетная установка ламп с полым катодом , что создает большие удобства при последовательном определении различных элементов . Прибор снабжен автоматическим блоком подготовки газовой смеси, осуществляющим стабилизацию давления и расхода газов , их воспламенение и отключение при проскоке пламени в горелку, а также в случае снижения давления или падения напряжения в сети. Воздух поступает от компрессора или линии сжатого воздуха , а газы - от баллонов с редукторами. 

Как и у других инжекционных горелок среднего давления , проскок пламени в горелки Ленгипроинжпроекта (при ада 1,0) определяется диаметром устья (номером горелки) и скоростью вылета из него газовоздушной смеси (скорость пропорциональна расходу газа Кр)- Давление газа кгс/м, при котором наступает проскок пламени в горелки Ленгипроинжпроекта при а да 1,0 и компоновке с туннелем, составляет  

Если азот необходимо подавать в работающую систему (для устранения проскока пламени в горелке реактора подсоса воздуха в систему, работающую в вакууме, и др.), то его направляют по стационарным трубопроводам, соблюдая соответствующие правила , предусмотренные нормами. 

скорость истечения больших закрытых надежности скорость больше скорости распространения пламени. Этой минимальной скорости истечения газовоздушной смеси в топку соответствует величина наименьшего давления перед горелкой. Величину давления газа можно определить по формуле 

При небольших нагрузках горелки, когда скорость истечения газовоздушной смеси мала, происходит проскок пламени в горелку, сопровождаемый хлопком, т. е. взрывом небольшого объема смеси в самой горелке. В больших закрытых горелках приходится устанавливать взрывные клапаны. Для надежности скорость истечения газовоздушной смеси из кратера горелки при ее наименьшей нагрузке во избежание проскока пламени берут в 2-3 раза больше скорости распространения пламени. 

При просмотре суточной ведомости каких-либо отклонений в производительности котла , давлении газа , температурах и разрежениях по газовому тракту котлоагрегата не наблюдалось. Появление преждевременного проскока пламени в горелку может произойти в случае, если по каким-либо причинам снизится скорость выхода газовоздушной смеси из выходного насадка горелки . Это могло произойти вследствие увеличения плош,ади выходного сечения насадка из-за разрушения туннеля и обгорания насадка. Для устранения описанного дефекта необходимо при первой возможности остановить котлоагрегат и восстановить выходной насадок горелки и туннель. 

Проскок пламени в горелку недопустим, так как при этом газ будет гореть внутри горелки, последняя будет излишне накаливаться , в результате чего произойдет ее порча. В случае проскока пламени следует закрыть подачу газа , дождаться охлаждения горелки, а затем произвести повторное зажигание установленным порядком. 

Линии Па, 116 и Пв также представляют собой границы устойчивости горения, но определяемые возникновением проскока пламени внутрь горелки. Значения скоростей истечения, меньшие, чем на этих кривых, соответствуют режимам, при которых наблюдается проскок пламени в горелках соответствующего размера. 

Горелки Стальпроекта, начиная с теплопроизводительности 114 ООО ккалЫ (с диаметром сопла йо = 4,6 мм) и выше, делаются с полыми стенками для охлаждения их проточной водой (см. рис. 2. 36). Охлаждение головки не только предохраняет ее от воздействия высоких температур , но главным образом снижает скорость распространения пламени и препятствует проскоку пламени в горелку. Чтобы препятствовать отрыву пламени и способствовать его стабилизации, устраивается огнеупорный туннель, в котором протекает основной процесс горения. Если же туннель почему-либо устроить нельзя, то против выходного отверстия горелки устанавливается горка из шамота и реже рассекатель из огнеупорного материала. 

В случае необходимости подачи азота в работающуч) систему без ее остановки (для устранения проскока пламени в горелке реактора , защиты змеевиков подогревателей, устранения подсоса воздуха в систему, работающую при разрежении, и др.) подключение азота к аппаратам и трубопроводам производится при помощи трубы , присоединенной постоянно. При этом должны со блюдаться соответствующие правила.  

Устойчивость горения является существенным фактором, опре­деляющим надежность работы газовых горелок. В практике сжига­ния газа часто приходится сталкиваться с нарушением устойчивой работы горелок, вызываемым либо отрывом пламени от насадка горелки, либо проскоком пламени в ее смесительную часть.

Пламя сохраняет устойчивость, т. е. остается неподвижным от­носительно насадка горелки, в тех случаях, когда в зоне горения устанавливается равновесие между стремлением пламени продви­нуться навстречу потоку газовоздушной смеси и стремлением по­тока отбросить пламя от горелки. Однако такое равновесие наблю­дается в очень узком диапазоне скоростей выхода газовоздушной смеси из горелки.

Отрыв пламени возникает, когда скорость истечения газовоз­душной смеси превосходит скорость распространения пламени и оно, отрываясь от горелки, полностью или частично гаснет. Он мо­жет происходить и при розжиге или выключении горелок, а во время работы - из-за быстрого изменения нагрузки или при чрез­мерном увеличении разрежения в топке и может иметь место у всех типов горелок.

Отрыв пламени приводит к загазованию топки и газоходов, а также к накоплению в помещении газов. Это может повлечь за собой взрыв в топочной камере или газоходах агрегата с после­дующими серьезными разрушениями.

Проскок пламени (обратный удар) -это проникновение пла­мени внутрь горелки. Такое явление происходит в том случае, когда скорость истечения газовоздушной смеси из горелки меньше скорости распространения пламени. Чаще всего проскок происхо­дит при неправильном зажигании и выключении горелки, а также при быстром снижении ее производительности. В результате про­скока может произойти перегрев горелки или хлопок внутри нее, а также прекращение горения и загазование помещения. Проскок пламени может быть только у горелок с предварительным смеше­нием газа и воздуха.

На рис. 5 в качестве примера даны кривые, показывающие пре­делы-отрыва и проскока пламени при сжигании природного газа в зависимости от величины избытка воздуха для инжекционной го­релки среднего давления с диаметром насадка 35 мм. Приведенные кривые соответствуют пределам устойчивого горения при работе горелки в атмосферных условиях, т. е. без стабилизации горения, и при сжигании газа в топочной камере со стабилизатором. Кри­вая 2 показывает, при каких скоростях шсм наблюдается для раз­

Личных газовоздушных смесей отрыв пламени от устья горелки, а кривая / - при каких скоростях наблюдается проскок пламени. Из рисунка видно, что при коэффициенте избытка воздуха аг=1,1 горелка может работать только в узком диапазоне скоростей - от 1,15 до 1,75 м/сек.

Уменьшение содержания первичного воздуха в смеси расширяет пределы устойчивого горения, так как возрастает значение скоро­сти, при которой наступает отрыв, и уменьшается значение скоро­сти, когда наступает проскок пламени. Таким образом, область устойчивого горения газа в горелке располагается между кривыми

Проскока и отрыва пламени. Следовательно, от ширины этой зоны зависит диапазон регули­рования газовой горелки.

На рис. 5 приведены пре­дельные кривые устойчивого горения при работе этой же горелки, снабженной стабили­затором в виде керамического туннеля. Кривая 3 характери­зует проскок пламени. Отрыв пламени в этом случае вообще не получен при имевшемся дав­лении газа. Известно, что от­рыв пламени в керамических туннелях наступает при скоро­стях выхода газовоздушной смеси свыше 100 м/сек, а эти горелки обычно работают со скоростями порядка 30 м/сек.

Очевидно, что диапазон скоростей устойчивой работы горелки со стабилизатором значительно возрос. При избытке воздуха (аг=1,1) горелка может работать в диапазоне скоростей от

2,0 м/сек до максимально достижимых значений. Если в первом случае диапазон устойчивой работы горелки П составлял всего 1: 1,5, то во втором случае он превышает 1: 10.

Существенное влияние на надежность работы многофакельных горелок, особенно частичного предварительного смешения, оказы­вает величина расстояния между отверстиями, при которой проис­ходит надежное зажигание факелов друг от друга. В то же время уменьшение расстояния между отверстиями может привести к слиянию факелов, что затруднит подвод вторичного воздуха к ним. Следовательно, расстояния между газовыпускными отвер­стиями в горелке следует выбирать так, чтобы, с одной стороны, было обеспечено надежное зажигание факелов друг от друга, а с другой - отсутствовало слияние факелов.

В табл. 3 для горелок низкого давления приведены максималь­ные и минимальные расстояния между отверстиями, при которых

Обеспечивается надежное зажигание факелов и отсутствует их слияние для сланцевого газа (<2Н=3400 ккал/м3), природного газа (фн=8500 ккал/м3) и их смесей (фн=6000-^-7500 ккал/м3).

Таблица 3

Значения максимальных и минимальных расстояний между осями горелочных отверстий для нормального распространения и горения пламенн Диаметр горе - лочного отвер­стия, мм Тепловая на­грузка, Млн. ккал/(м2-ч) Максимальные расстоя­ния, обеспечивающие беглость огня при зажигании, мм Минимальные расстоя­ния, обеспечивающие отсутствие слияния факелов, мм

Проскок пламени начинается по краям горелки, так как скорость потока у краев, вследствие тормозящего воздействия стенок, минимальна. Проскок пламени может произойти вследствие изменения концентраций СН4 и О2 или увеличения скорости горения смеси при повышении ее температуры. Проскоки пламени наблюдаются при скоростях выхода смеси, значительно превышающих нормальную скорость распространения пламени, что свидетельствует о значительном искривлении фронта пламени и большой его поверхности при проскоке. Проскок пламени возникает в том случае, если скорость распространения пламени в среде газо-воздушной смеси до каким-либо причинам становится больше скорости движения самой газо-воздушной смеси через выходное отверстие горелки. Скорость распространения пламени в газо-воздушной смеси, достигающая при комнатной температуре 64 еле / сек, зависит от различных факторов. Чаще всего проскок происходит при повышении содержания воздуха в смеси. В этом случае следует закрыть газовый кран, чтобы потушить пламя, и затем отрегулировать горелку так, чтобы уменьшить доступ воздуха или соответственно увеличить приток газа. Проскок пламени внутрь горелки имеет место, когда скорость распространения пламени больше скорости истечения горючей смеси. Проскоки пламени характерны для инжекционных горелок как низкого, так и среднего давления, исключая горелки с пластинчатыми стабилизаторами. При работе исправных смесительных горелок проскоков пламени не бывает. Проскок пламени начинается по краям горелки, так как скорость потока у краев, вследствие тормозящего воздействия стенок, минимальна. Лучшей гарантией, предотвращающей проскок пламени внутрь горелки, является снижение диаметров горелочных отверстий до критических размеров и ниже их. Проскок пламени внутрь горелки несколько ослабляется охлаждающим действием мундштука, уменьшающим скорость распространения пламени в непосредственной близости от стенок выходных сопел. Однако дополнительные устройства для охлаждения горелки проточной водой усложняют ее конструкцию и эксплуатацию, увеличивают вес горелки, создают неудобства в работе и снижают эффективную мощность пламени. Проскок пламени происходит, наоборот, при резком понижении давления газа. Проскок пламени наблюдается в неэкономичных горелках при содержании воздуха в газе 87 - 95 % объемн. Проскок пламени недопустим, так как приводит к истечению из горелки несгоревшего газа или продуктов незавершенного горения, а также перегреву горелки. Проскок пламени возникает в том случае, если скорость распространения пламени в среде газо-воздушной смеси по каким-либо причинам становится больше скорости движения самой газовоздушной смеси через выходное отверстие горелки. Скорость распространения пламени в газо-воздушной смеси, достигающая при комнатной температуре до 64 см в секунду, зависит от различных факторов. Проскок пламени в смеситель является существенным недостатком горелок предварительного смешения, ограничивающим их производительность и уровень подогрева дутья, так как при этом горелка может быть разрушена.

а) Проскок пламени (обратный удар) – это проникновение пламени внутрь горелки. Такое явление происходит в том случае, когда скорость истечения газовоздушной смеси из горелки меньше скорости распространения пламени. Чаще всего проскок происходит при неправильном зажигании и выключении горелки, а также при быстром снижении ее производительности. Проскок пламени может быть только у горелок с предварительным смешением газа и воздуха.

б) Метод борьбы: охлаждение туннеля горелки.

Причины проскока и отрыва пламени.

Причины проскока пламени в горелку – понижение давление газа или воздуха, уменьшение производительности горелки ниже значений, указанных в паспорте

Причины отрыва пламени от горелки – резкое повышение давления газа или воздуха, нарушение соотношения расходов газ - воздух, резкое увеличение разрежения на выходе из топки, увеличение производительности горелки выше значений, указанных в паспорте.

Типы стабилизаторов пламени.

а) Стабилизаторы газового пламени. Наиболее распространенными стабилизаторами пламени являются туннели конической и цилиндрической формы, применяемые при установке горелок различных типов. В туннелях стабилизацию пламени обеспечивают высокая температура и большая излучающая способность поверхности туннеля. Кроме того, в туннелях создаются зоны обратных токов (рециркуляции) или завихрений части продуктов горения, имеющих высокую температуру и способствующих воспламенению вытекающей из горелки газовоздушной смеси.

б) Газовые котлы отопления

Экологические проблемы при горении газов и других видов топлива.

В газовых выбросах присутствуют оксиды азота и серы. При растворении в атмосферном воздухе образуются кислотные осадки, что приводит к подкислению снежного и почвенного покрова, выпадению нитратов и сульфатов.

Что касается вредных влияний на почву, совокупная площадь нарушенных почв от воздействия выбросов горящих факелов составляет около 100 тыс. га. Вблизи факелов при воздействии высоких температур происходит практически полное выжигание.

Для лесных экосистем наиболее характерны такие негативные последствия, как сокращение лесов, повышение риска пожаров лесов вблизи факелов, снижение численности животных, насекомых и микроорганизмов.

Образование сажи и оксида углерода при горении.

Оксид углерода содержится в продуктах сгорания из перечисленных веществ в наибольшем количестве. Схема образования и выгорания СО имеет следующий характер: на начальном участке выгорания идёт накопление СО, а затем его окисление по длине факела или камеры сгорания. Высокие концентрации СО сохраняются, если происходит «замораживание» продуктов сгорания, т.е. быстрое охлаждение в результате расширения или соприкосновения с относительно холодными поверхностями теплообмена.

(В атмосфере оксид углерода окисляется до диоксида.)

Сажа обнаруживается в продуктах сгорания углеводородных газов при низком качестве смесеобразования и при значительном недостатке кислорода в зоне горения, а также вследствие резкого локального охлаждения пламени. Причина образования сажи заключается в том, что под воздействием высокой температуры углеводородные молекулы полностью разрушаются. Более лёгкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородный слой и окисляются. А атомы углерода образуют аморфные частицы сажи.

Образование оксидов азота при сжигании газов.

Оксиды азота образуются в промышленных печах при высоких температурах 1800-2000 °С. Обычно концентрация оксида NO при выходе из дымовой трубы превышает в 1000-20000 раз ПДК. После выхода из дымовой трубы оксид азота переходит в диоксид NO 2 по двум реакциям:

1 В корне дымового факела протекает окисление кислородом

2NO + O 2 = 2NO 2

2 При низких концентрациях окисление идет за счет атмосферного воздуха

NO + O 3 = NO 2 + O 2 .

39. Тепловой механизм Я.Б. Зельдовича образования NO при горении

Высокотемпературный механизм окисления азота в зоне горения был предложен Я. Б. Зельдовичем в середине 1940-х годов и считается основным механизмом образования оксидов азота при горении. Этот механизм включает следующие элементарные стадии:

к которым добавляется реакция (Фенимор и Джонс, 1957):

Совокупность реакций (1-3) называется расширенным механизмом Зельдовича. В силу того что энергия тройной связи в молекуле N 2 составляет около 950 кДж/моль, реакция (1) имеет большую энергию активации и может проходить с заметной скоростью только при высоких температурах. Поэтому этот механизм играет важную роль в случае высоких температур в зоне реакции, например, при горении околостехиометрических смесей или при диффузионном горении. Считается, что повышение максимальной температуры в зоне горения свыше 1850 К приводит к недопустимо высоким выбросам NO x , и одним из основных способов снижения выбросов по тепловому механизму является недопущение образования очагов высокой температуры во фронте пламени.

Образование канцерогенных ПАУ при горении.

Полициклические ароматические углеводороды – нежелательный побочный продукт сжигания ископаемого топлива, в первую очередь угля и нефтепродуктов. Уголь считается смесью огромного количества поликонденсированных ароматических бензольных ядер с минимальным содержанием водорода. При сжигании этих веществ в печах, электростанциях, двигателях внутреннего сгорания эти соединения разлагаются. При низких температурах сгорания и недостаточном поступлении атмосферного кислорода образуется очень реактивный ацетилен, равно как и различные алифатические фрагменты углеводородов. Ацетилен полимеризуется в бутадиен, который в дальнейшем образует ядро ароматического углеводорода. При добавлении его к существующим ароматическим ядрам возникает ПАУ, например пирен, из которого путем добавления еще одной молекулы бутадиена выделяется наиболее известный канцероген – бензо[а]пирен (БаП). При сжигании при высокой температуре и обильном поступлении атмосферного кислорода образуется мало ПАУ, потому что практически весь углерод сгорает, превращаясь в оксид углерода.

При неполном сгорании возникают частички углерода – сажа. Можно предположить, что образующиеся ПАУ, адсорбированные на поверхности частичек сажи и дыма, вместе с ними попадают в окружающую нас среду. Сажа, твердые частички дыма и выхлопных газов содержатся в дорожной пыли, смоге больших городов, пыльном воздухе коксовых заводов. Вместе с пылью они попадают на одежду, кожу, в дыхательные пути. Сегодня известно уже несколько сот различных полициклических ароматических веществ: несколько десятков из них – канцерогены. Однако их действие неодинаково и зависит от строения соответствующего вещества.

Сжигание газа производится в газовых горелках. В зоне горения, при устойчивом пламени, устанавливается динамическое равновесие между стремлением пламени продвинуться навстречу движению газовоздушной смеси и стремлением потока продвинуть пламя от устья горелки в топку.

Отрыв и проскок пламени в горелку являются пределами устойчивости работы горелок. Перемещение фронта пламени в направлении движения, полное отделение пламени от горелки и последующее его погасание можно наблюдать при большой скорости движения газовоздушной смеси. Это явление называется отрывом пламени. Если уменьшается подача и скорость выхода газовоздушной смеси нарушается стабильное горение, в результате чего пламя начинает втягиваться в горелку. При горении газовоздушной смеси внутри горелки, может произойти проскок пламени.

Необходимо для поддержания устойчивого горения обеспечивать необходимое соотношение между скоростями распространения пламени и поступления газовоздушной смеси к месту ее горения. Также большое влияние на устойчивость пламени имеет соотношение объемов газа и воздуха в газовоздушной смеси, чем больше газа, тем устойчивее будет пламя.

Если пламя проскакивает, горение газа происходит внутри горелки, что приводит к неполному сгоранию газа и образованию оксида углерода или даже погасанию пламени. Если горение газа происходит внутри горелки, горелка раскаляется и может выйти из строя. А при отрывном пламени газовоздушная смесь поступает в окружающее пространство, а это может привести к взрыву газовоздушной смеси. Очень важно обеспечить стабильное горение газа, чтобы создать условия его безопасного использования.

Устойчивость пламени газовоздушной смеси обеспечивается по средствам специальных устройств. Для удержания устойчивого пламени необходимо придерживаться таких условий:

- поддержание скорости выхода газовоздушной смеси в безопасных пределах;

- поддержание температуры в зоне горения не ниже температуры воспламенения газовоздушной смеси.

При попадании вместо газовоздушной смеси в горелку чистого газа пламя будет наиболее устойчиво, потому что в чистом газе пламя не распространяется и проскок пламени не возникает. При резком увеличении скорости выхода газа есть вероятность отрыва пламени, но это менее вероятно, чем при подаче газовоздушной смеси. Регулировать расход чистого газа в горелке можно в достаточно широких пределах.

При подаче газовоздушной смеси, с содержанием воздуха 50-60 % от теоретически необходимого для полного сжигания газа, обеспечивается горение менее устойчивое. Заранее подготовленные газовоздушные смеси для полного сжигания газа обеспечивают наименьшее горение пламени. Чем меньше воздуха содержится в газовоздушной смеси, тем устойчивее процесс его сгорания.

Добить стабилизации пламени, при сжигании полностью подготовленной газовоздушной смеси, можно с помощью специальных устройств (рис. 1).

Например, проскок пламени предотвращается, если сузить выходное отверстие для газовоздушной смеси, при этом увеличивающаяся скорость выхода смеси не позволяет произойти проскоку. Пламя не распространяется через узкие щели плоской стабилизирующей решетки (рис. 1, г), из-за быстрого охлаждения в них газовоздушной смеси. Предотвратить проскок пламени в горелку можно с помощью выходного отверстия в виде мелкой решетки. При охлаждении выходного отверстия носика горелки можно снизить вероятность проскока пламени, скорость распространения пламени в этом месте снижается, и температура смеси становится ниже температуры воспламенения.

С помощью установки различных устройств предотвращают отрыв пламени от горелки. Например, у устья горелки помещают небольшую дежурную горелку с устойчивым факелом для постоянного поджигания выходящей из горелки газовоздушной смеси, либо на поду печи выполняют горку из битого огнеупорного кирпича (рис. 1, в).

Широко используются при стабилизации горения огнеупорные тоннели. Газовоздушная смесь поступает из кратера горелки в цилиндрический тоннель (рис. 1, а, б) диаметр которого в 2-3 раза больше диаметра кратера горелки. Резкое расширении тоннеля вокруг корневой части факела создается разрежение, и вызывает обратное движение части раскаленных продуктов горения. За счет этого температура газовоздушной смеси в корне факела повышается и обеспечивается устойчивая зона зажигания. Такой же эффект достигается при размещении на выходе из горелки плохо обтекаемого тела (рассекающий стабилизатор (рис.1, в).