|
Азбука горения
Газообразное топливо и его горение (Виды топлива)
>> Вернуться к содержанию
Из предыдущих параграфов мы знаем, что перед сжиганием топливо должно быть смешано с кислородом. Через горелку в нужных пропорциях подаются горючий газ и необходимый для горения воздух. Они смешиваются, и в камере сгорания происходит контролируемое горение.
Газовые горелки можно классифицировать по двум критериям.
Первый зависит от того, каким образом в горелку подаётся поток воздуха, необходимого для горения. Согласно этому критерию можно выделить следующие типы горелок:
- Горелки с естественной тягой (инжекционные);
- Горелки с форсированной тягой;
- Горелки с принудительной подачей воздуха (вентиляторные).
В горелке с естественной тягой воздуха используется принцип инжекции, т.е. часть воздуха подсасывается из атмосферы за счёт разрежения, создаваемого при движении потока газа через горелку. При этом воздух смешивается с горючим газом.
Как правило, в горелках с естественной тягой поток воздуха, попадаемый в горелку по принципу инжекции (первичный воздух), достигает не более 50% от того значения, которое необходимо для достижения идеального горения. Поэтому требуется наличие дополнительного количества воздуха в камере сгорания (вторичный воздух).
Инжекционные горелки крайне чувствительны к снижению разрежения в камере сгорания (тяга). Чем больше величина разрежения, тем большее количество воздуха всасывается внутрь и смешивается с газообразным топливом и наоборот, слишком маленькое разрежение является причиной горения при недостатке воздуха. В результате чего образуется крайне опасное токсичное вещество CO (угарный газ). Для предотвращения образования угарного газа в горелках с естественной тягой горение происходит при избытке воздуха (100% и более).
В горелках с форсированной тягой для обеспечения постоянства рабочих условий и безопасного (с точки зрения санитарно-гигиенических норм) горения применяется вентилятор, который обеспечивает подачу необходимого для горения воздуха в закрытую камеру сгорания. При этом количество первичного воздуха может достигать 100% от того значения, которое необходимо для идеального горения.
Первые две категории горелок, как правило, применяются в бытовых напольных и настенных котлах.
В вентиляторных горелках подача воздуха осуществляется напорными вентиляторами. Эти вентиляторы обеспечивают более или менее постоянные напор и производительность в не зависимости от тяги.
Использование вентиляторов позволяет добиться:
- широкой области регулирования;
- использования вентиляторных горелок с газоплотными теплогенераторами с высоким КПД;
- оптимального смешивания топлива и воздуха;
- низкого избытка воздуха и (как следствие) высокого КПД горения.
В горелках с принудительной тягой, газообразное топливо движется в том же направлении что и создаваемый вентилятором поток воздуха. При движении через головку горелки часть воздуха (первичный воздух) смешивается с газом и в виде газовоздушной смеси выходит через сопла горелки. Оставшийся воздух (вторичный воздух) подмешивается уже после выхода газовоздушной смеси из сопел. И. (по сравнению с атмосферными осадками) потерь давления на соплах, давление газа на входе в вентиляторную горелку обычно выше чем в атмосферной.
Второй критерий, по которому можно классифицировать горелки, зависит от процентного содержания в смеси воздуха, участвующего в горении, и топлива, до того, как стабилизируется пламя. Предшествующее смешиванию процентное содержание можно разделить на следующие группы:
- Газовые горелки с частичным предварительным смешиванием (например, - 50%);
- Газовые горелки с полным предварительным смешиванием (100%);
- Диффузионные горелки.
В первых двух случаях смешивание газа и воздуха частично или полностью происходит до того, как смесь попадет в камеру сгорания. Поэтому горелки с форсированной тягой являются также и горелками с предварительным смешиванием.
Предварительное смешивание дает более быструю реакцию окисления, вследствие чего пламя у таких горелок короче. Кроме того, при постоянно устойчивом соотношении газ-воздух горение происходит тише.
В диффузионных горелках образование и горение газовоздушной смеси происходят более или менее одновременно. Для того, чтобы обеспечить экологически чистое горение с минимальным количеством избыточного воздуха, необходима повышенная турбулентность. Однако чем больше турбулентность потока, тем больше потери давления со стороны воздуха.
Горелки с принудительной тягой могут относится к типу горелок с предварительным смешиванием, и к типу диффузионных горелок.
Газообразное топливо может создавать с воздухом взрывоопасную смесь. Это происходит тогда, когда концентрация горючего газа достигает определённого значения, которое отличается у разных видов топлива. Чтобы исключить возможность образования взрывоопасной концентрации газовоздушной смеси и её взрыва в камере сгорания теплогенератора или дымоходе, в конструкции горелок с принудительной тягой предусмотрен предварительный этап вентиляции, который длится столько времени, сколько требуется для смены воздуха в камере сгорания.
В таблице 2 перечислены основные виды газообразного топлива и их теплотехнические характеристики.
Таблица 2. Характеристики газообразного топлива
Тип |
Название |
Тип по EN 476 |
Химическая
формула
или состав |
Свойства |
Удельная
плотность
при 15°C |
Взрыво-
опасная
концентрация, % |
Низшая
теплотворная
способность,
мдж/нм³ |
Высшая
теплотворная
способность,
мдж/нм³ |
Теор.
необходимое
количество
воздуха
для
полного
сгорания,
м³ /нм³ |
Теор.
количество
влажных
дымовых
газов,
м³ /нм³ |
Макс. CO2
в объемных % |
Водяной пар
в дымовых газах,
кг/нм³ |
Точка
росы °C |
Число Воббе,
мдж/нм³ |
Чистый газ |
Метан |
G20 |
CH4 |
Легкий газ |
0,555 |
5-15 |
34,02 |
37,78 |
9,56 |
10,44 |
11,65 |
1,61 |
58 |
45,87 |
Пропан |
G31 |
C3H8 |
Тяжелый газ |
1,555 |
24-9,3 |
88 |
96,65 |
24,37 |
26,16 |
13,7 |
3,29 |
54 |
77,51 |
Бутан |
G30 |
C4H10 |
Тяжелый газ |
2,094 |
2-7,6 |
116,09 |
125,81 |
32,37 |
34,66 |
14 |
4,20 |
53 |
80,22 |
Смеси |
Природный газ |
G25 |
Пример: CH4 86% N2 14% |
Тяжелый газ |
|
|
29,25 |
32,49 |
|
|
|
|
|
37,39 |
Сжиженный нефтяной газ |
- |
Пример: пропан 70% бутан 30% |
Тяжелый газ |
1,686 |
2,1 -9,5 |
101,6 |
110,4 |
26,32 |
28,23 |
13,74 |
3,51 |
54 |
78,25 |
Воздушно-пропановая смесь |
- |
Пример: газ 26,2%/воздух 73,8% состав газа: пропан 95%/ бутан 5% |
Легкий газ |
1,149 |
7,5 - 36 |
24,7 |
26,9 |
575 |
6,96 |
13,67 |
0,87 |
54 |
23,04 |
Бытовой газ |
- |
Пример: Н2 54,5% CO 5,5% СН4 24,4% и т.д. |
Легкий газ |
0,397 |
5-30 |
20,9 |
23,6 |
4,33 |
4,98 |
10,03 |
0,92 |
62 |
33,17 |
Биогаз |
- |
Пример: Метан 64% Двуокись углерода 34,6% Азот 1,2% Водород 0,2% |
Легкий газ |
0,896 |
7,8-23,4 |
23 |
25,5 |
6,12 |
7,05 |
16,85 |
1,03 |
57 |
24,3 |
(*)Тепловое значение дано для нормального кубического метра (Нм³ ), то есть для 1 м³ газа при атмосферном давлении и при 0°С. Часто используется стандартный м³ (стм³ ), который вычисляется при 15°С. 1 стм³ дает 8200 ккал. При измерениях, производимых при помощи счетчика газа, рекомендуется использовать стандартные м³. |
Таблица 3. Названия жидкого топлива в основных странах потребителях
|
Вязкость при 20°С |
Вязкость при 50 °С |
Вязкость [сСт] |
1,2 |
6,25 |
6,25 |
11,8 |
21 |
29 |
37 |
45 |
53 |
80 |
88 |
76 |
114 |
150 |
180 |
222 |
300 |
380 |
460 |
550 |
Вязкость [°E] |
|
1,5 |
1,5 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1 |
9 |
10 |
15 |
20 |
24 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
ИТАЛИЯ |
kerosene |
Gasolio |
aioccnioustlbleflulrJsimt |
Olio combusti bile fl lido |
aiorarnbustibiie |
aiocrjmbustibile semidenso |
aioccmbustfbtle denso |
АНГЛИЯ |
kerosene |
Gas Oil (D) |
light fuel oil (E) |
medumfuel oil (F) |
heavyfuel-oil (Q |
ГЕРМАНИЯ |
|
heizol EL |
heizol L |
heizol M |
heizol s |
heizol В |
ФРАНЦИЯ |
kerosene |
FiouE Domestique |
Roulrfioyen |
FioulLourdNol |
Flout LourdNO2 |
ГОЛЛАНДИЯ |
Gasoil HBO 1 |
Gasoil HBO II |
Navy special |
Middezware stookolie |
Zvvare stookolie |
ГРЕЦИЯ |
|
Light fuel oil |
Mazoytni |
Mazcyt n°2 |
НОРВЕГИЯ |
|
Gasoil |
Fyringsolje no 2 |
Fyringsolje no 5 |
Fyringsolje лоб |
БЕЛЬГИЯ |
|
Gasoil / fuel-oil leger |
fuel-oil mcyen |
fuel-oil Ecurd |
foel-el! extra-EOufl* |
ИСПАНИЯ |
|
Gas-oil |
FueHigero |
Fuel-pesadono1 |
FUef-pssacfeiioS |
ДАНИЯ |
|
Fyringsgasolie |
Fuel oile 1500" |
Fuel olie 3500" |
США |
#1 |
#2 |
It |
«5 |
f»6 |
ЯПОНИЯ |
keros |
gasoil |
light fuel* |
medumfuel oil |
heavyfuel-oil |
ЮАР |
Paraffin |
No 0 Diesel |
LO1:0 |
FO150 |
HFF(HFO) |
Вязкость при 100°F [секунды Сайболта] |
32 |
38 |
45 |
85 |
125 |
140 |
173 |
205 |
250 |
280 |
315 |
355 |
529 |
700 |
831 |
1080 |
1420 |
1780 |
2180 |
2500 |
Вязкость при 100°F [секунды Ревуда 1] |
28 |
35 |
41,5 |
76 |
110 |
120 |
155 |
185 |
220 |
250 |
280 |
320 |
466 |
625 |
733 |
925 |
1250 |
1600 |
1900 |
2200 |
|
|
|
Вязкость при 100nF{37,78°e) |
|
~9" |
i |
Замечание: данные, приведенные в таблице, являются ориентировочными
Таблица 4. Характеристики жидкого топлива
Итальянское торговое название |
Внешний вид |
Удельная плотность при 15 C по сравнению с водой |
Вязкость |
Химический состав |
Вода и осадки %макс. |
Низшая тепл отборная способность, мдж/кг |
Высшая теплотворная способность, мдж/кг |
Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания, м'/кг |
Теоретическое количество влажных дымовых газов, м'/нм' |
Водяной пар, кг/кг |
Точка росы C |
Макс. CO в % от объема |
Предварительный подогрев перед сгоранием |
при 38 С Е/с сСт |
при 50°С Е |
С % |
Н% |
макс. |
ЗОЛЫ % макс. |
Керосин |
Дистиллирован ная жидкость |
0,81 (0,77-0,83) |
1,6 сСт при 20-С |
|
86,3 |
13,6 |
0.25 |
• |
0,05 |
43,1 |
46,3 |
11,33 |
12,02 |
1,26 |
|
14,99 |
НЕТ |
Дизельное топливо |
Дистиллирован ная жидкость |
0,84 (0,815-0,875) |
2-7,4 сСт 1,12-1,6 С |
|
86.3 |
13,4 |
0,50* (0.30) |
0,01 |
0,05 |
42,7 |
45,6 |
11.24 |
11.89 |
1,20 |
95 |
15,25 |
НЕТ |
Тяжелое дизельное топливо |
Дистиллирован ная жидкость |
0,86-0,875 |
6-12 сСт ПЗИ 20'С 1,4-2'Е при 20 С |
|
|
|
|
|
|
? |
|
|
? |
? |
|
|
ДА" 70-80'С |
Лёгкий мазут |
Маслянистый черный осадок от дистилляции + легкие фракции нефти |
0,92 |
|
3-5 |
|
|
3 |
0,10 |
1 |
41 |
43,7 |
'0,7 |
|
1,05 |
145 |
15.6 |
ДА 100-110'С |
Легкий мазут |
Маслянистыи черный осадок от дистилляции + легкие фракции нефти |
0,94 |
|
5-7 |
|
|
4 |
0.15 |
1 |
|
|
|
|
|
|
15.7 |
ДА |
МАЗУТ (высокое содержание S) |
Маслянистый черный осадок от дистилляции |
0,97 |
|
>7 |
85 |
11 |
4 |
0,20 |
2 |
40.2 |
42.7 |
10,57 |
11,14 |
0,99 |
150 |
15.8 |
ДА 120-140'С, а также предварительный подогрев для перекачивания топлива |
МАЗУТ (низкое содержание S) |
Маслянистый черный осадок от дистилляции |
0,97 |
|
>7 |
85 |
11 |
1 |
0.20 |
2 |
40,2 |
42,7 |
|
|
0,99 |
130 |
15,8 |
ДА 120-140'С, а также предварительный подогрев для перекачивания топлива |
>> Вернуться к содержанию
|