Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 [ 219 ] 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284

На рисунках можно прямо определить, зная давление начального газа, необходимое давление газа замены при сохранении P.S.R. - const.

Расчет нового диаметра сопла осуществляется с помощью рисунков с. 685, 686, которые дают для каждого давления удельную поверхностную мощность на мм сопла Р» и позволяют определить соотношение:

D конечное D, начальное

Р/ начальное Р, конечное

Заметим, что как удельная мощность, так и приведенная поверхностная мощность, стремятся к пределу при возрастании давления и, когда зто происходит, невозможно для пропана получить условия работы, соответствующие работе на природном газе под давлением в 1 бар.

8.2.2.4. Горелки с предварительным смешением под давлением

Эти горелки соответствуют случаю подачи газа вентилятором, который позволяет осуществить полное предварительное смешение под высоким давлением. Эти устройства применяются в промышленности и сейчас встречаются в установках жилого комплекса. На рисунке напротив представлены три примера таких установок.

8.2.3. Горелки кислород-газ

Подгагоалмная гаэоаоздушная

Горелка предеарительного смешения с коническим еыходом

Подгото! ленная гаэовоздушная

Горелка предеарительного смешения с большой скоростью выхода газовоздушной смеси

Првдааритальноа парциальное

Горелка предварительного смешения с вторичным воздухом

Гарвлки предварительною смешения под давлением.

Замена воздуха кислородом необходима, когда нужно получить высокую температуру и/или необходимо повышение плотности теплового потока. Это случай газовых кислородных резаков, при формовке, обжиге и для определенных горелок специального назначения. Учитывая искомые характеристики, в качестве топлива используется ацетилен, пропан, тетрен (коммерческая смесь с общей формулой, близкой СзНв) и природный газ.

В таблице даются принципиальные характеристики используемого газа.

Удельная мощность фронта пламени является мощностью, выделяемой единицей поверхности зоны горения при сжигании газ-кислородной сме-

си. Теоретический кислород - это количество кислорода, необходимое для стохиометрической реакции. Практическая степень подачи кислорода соответствует степени подачи кислорода, для которой эффективная температура пламени максимальная: это оптимальное регулирование резака, работающего в свободном воздухе, когда дополнительный кислород может быть найден в окружающем воздухе.

Практический кислород - это соответствующее количество кислорода.

8.2.4. Смесительные горелки со слабыми скоростями воздуха в зоне горения

Это случай, когда воздух горения находится под давлением порядка миллиметра водяного столба (0,1 мбар), что соответствует, например, случаю использования рекуператора тепла или керамического регенератора, опасность нарушения герметичности которых не позволяет повысить давление. Соответствующие скорости воздуха составляют 10 - 15 м/с максимально, следовательно, энергию, необходимую для смешения, несет поток топлива.

8.2.4.1. Пламя с оксиальной (осевой) диффузией

Когда газовая струя вытекает в свободный воздух с малой скоростью и через малые отверстия (случай блочных горелок (пламени)), ламинарное течение и смешение осуществляются за счет молекулярной диффузии одного газа в другой. Если струя газа вытекает в воздух с большой скоростью и через большое отверстие (случай промышленных горелок), истечение турбулентное: это значит, что образуется множество турбулентностей (зави-

хрений) и смешение осуществляется гораздо быстрее. Этот процесс называется турбулентным смешением.

Нихе на рисунке показано, как изменяется в зависимости от расхода длина диффузионного пламени, получаемого в газовом сопле данного диаметра.

8.2.4.1.1. Диффузионное пламя при ламинарном режиме истечения

До числа Реинольдса порядка 2 500 и для диаметра отверстия менее двух миллиметров длина пламени пропорциональна расходу и не зависит от диаметра, что записывается:

L = kQ

Величина /с определяется экспериментально.

Выражаем Q в Ваттах и L в сантиметрах, к принимает следующее значение для одного отверстия:

- городской газ - /с = 0,036;

- природный газ - /с = 0,041;

- бутан, пропан -к = 0,046.

Вот несколько значений удельного критического расхода отрыва ламинарного, диффузионного пламени:

- городской газ - 800 вт/мм,

- природный газ - 600 вт/мм,

- пропан, бутан - 700 вт/мм.

Длина пламени

Звуковое истечение

Расход газа

Осевое изменение длины пламени.

8.2.4.1.2. Диффузионное пламя при

турбулентном режиме истечения

8.2.4.1.2.1. Дпина пламени в свободной атмосфере

Диффузионное осевое пламя реализует горение струи газа (топлива) в окислительной среде, движущейся со скоростью гораздо ниже скорости горения.

Свойства осевых струй рассматривались в §8.2.1.2.

В случае струи топлива, вытекающей в свободный воздух, длина Lo, необходимая для создания стехиометрической смеси, определяется по классическому выражению:

U = 6,65

где:

q„ - массовый расход, кг/с;

G - напор струи, Ньютон;

р, - средняя объемная масса смеси.

Это выражение мало удобно, т.к. не содержит в явном виде характеристики горелки и топлива.

Вводя понятие коэффициента уменьшения Ар, запишем:

Ар\ .0

V, - мощность влажного дымообразования, т.е.

объем дыма без конденсации. Он выражается в нм дыма на нм газа или нм дыма на кВтч (P.C.L).

Если заменить V; (1+V.)(1-H) cl-H

на (1 + VJ

, получим:

Разность между Ц,, определенным по двум выражениям: менее одного процента для природного газа и водорода, 2% - для пропана и коксового газа и 5% - для доменного газа, где:

D, - диаметр сопла;

Тр - средняя абсолютная температура пламени; То - абсолютная температура газа; V, - мощность горения газа; d - плотность газа.

Для данного сопла, длина пламени изменяется обратно пропорционально Ар, если изменяется мощность, при постоянной мощности пламя будет тем меньше, чем меньше сопло. То есть необходимо повышенное давление.

Характеристика газа отражается его температурой и отношением .

Примечание:

Турбулентное истечение характеризуется случайными колебаниями, длина Lq характеризует

расстояние в инжекторе (от сопла), где, в среднем, горение закончено.

Принимают, что предельная длина, начиная с которой не обнаруживают несгоревших частиц (менее 0,1% СО), больше (примерно) 30% Lo.

8.2.4.1.2.2. Длина пламени в сжатой (офаничен-ной) атмосфере

Отмечено в § 8.2.1.2.2. влияние на длину пламени сжатия сжигания. Удлинение пламени вызывается разбавлением воздуха гсюения инертными продуктами сгорания. В печи, работающей с избытком воздуха, имеется избыток кислорода в продуктах сгорания, и эффект удлинения пламени за счет потока рециркуляции ослаблен.

8.2.5. Горелки смешения в зоне горения с воздухом под давлением

Под воздух под давлением подразумевают воздух, подаваемый центробежным вентилятором в горелку под давлением, обычно от 50 до 70 мбар, иногда 100 мбар. Воздух может быть предварительно нагрет в металлическом рекуператоре до температуры, близкой 400 - 500°С.

Соответствующая скорость воздуха порядка 100 м/сек. В этих условиях напор воздуха велик. Для природного газа, учитывая стехиомефический расход, "напор струи воздуха в 20 мбар равен "напору струи газа Лак более, чем в 5 бар.

Видно, что процесс смешения сразу зависит от условий подачи воздуха и газа и, при определенных условиях, когда нет газа высокого давления, он зависит только от условий подачи воздуха.

Характеристика пламенем зависит исключительно от способа создания газовоздушной смеси, т.е. от устройства горелки: подачи воздуха и газа, формы раскрытия отверстий и температуры использования.

Этот диапазон возможностей позволяет даже в наиболее часто встречающихся случаях конструкторам свободно творить и не быть в своем творчестве ограниченными.

Эту богатую возможность использования представляет газовое топливо.

Читатель с пользой обратится к литературе по газовым горелкам для коллективного пользования или промышленности. Заметим, что в этом случае простые принципиальные методы создания смеси (течение всегда происходит в турбулентном режиме).

8.2.5.1. Пламя осевое с большой скоростью воздуха

Речь идет в некотором роде о пламени, обратном диффузионному (см. рисунок на с. 690).