Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Эффективное сжигание газообразного топлива и разработанные на основе исследований новые изобретения: Учебное пособие

Голосов: 0

Изложены выявленные исследованиями закономерности процессов сжигания газовоздушной смеси применительно к металлургическим печам. Приводятся новые разработки, позволяющие рационально сжигать газ в тепловых агрегатах, контрольные вопросы. Учебное пособие разработано применительно к учебному процессу по кафедре "Сварочное, литейное производство и материаловедение". Оно может быть использовано при изучении курсов "Термодинамика", "Печи литейных цехов", "Принципы инженерного творчества", "Защита интеллектуальной собственности", а также при выполнении курсовых и научно-исследовательских работ. В пособии использованы оригинальные разработки автора, являющиеся его интеллектуальной собственностью.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
          ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
         Государственное образовательное учреждение
          высшего профессионального образования
       «ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»




         А.А. Черный, Т.А. Дурина, С.И. Соломонидина




ЭФФЕКТИВНОЕ СЖИГАНИЕ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА И
РАЗРАБОТАННЫЕ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЙ НОВЫЕ
                   ИЗОБРЕТЕНИЯ
                   Учебное пособие




                         Пенза 2011


УДК 669.621.74
                             Р е ц е н з е н т ы:
                 Научный совет Пензенского научного центра;
                 главный металлург ОАО «Пензадизельмаш»
                                  А.С. Белоусов




       Черный А.А., Дурина Т.А., Соломонидина С.И.
       Эффективное сжигание газообразного топлива и разработанные на
основе исследований новые изобретения/ – Пенза: Пензенский государствен-
ный университет, 2011. – 110 с.




       Изложены выявленные исследованиями закономерности процессов
сжигания газовоздушной смеси применительно к металлургическим печам.
Приводятся новые разработки, позволяющие рационально сжигать газ в теп-
ловых агрегатах, контрольные вопросы
       Учебное пособие разработано применительно к учебному процессу
по кафедре «Сварочное, литейное производство и материаловедение». Оно
может быть использовано при изучении курсов «Термодинамика», «Печи ли-
тейных цехов», «Принципы инженерного творчества», «Защита интеллекту-
альной собственности», а также при выполнении курсовых и научно-
исследовательских работ.
       В пособии использованы оригинальные разработки автора, являю-
щиеся его интеллектуальной собственностью.




       © Черный А.А., Дурина Т.А., Соломонидина С.И., 2011

                                        2


                                  ВВЕДЕНИЕ


          Процессы горения газообразного топлива в высокотемпературных
шахтных плавильных агрегатах недостаточно изучены. Потребовалось про-
ведение систематизированного исследования факельного горения смеси при-
родного газа с воздухом применительно к использованию результатов экспе-
риментов для разработки эффективных горелочных систем газовых вагранок
других тепловых агрегатов. Исследования проводились на моделирующих
устройствах и горелках-образцах. Выявлены закономерности факельного го-
рения газообразного топлива. Обнаружено значительное влияние газодина-
мических процессов в факелах на форму и размеры пламени, тепловые пока-
затели. На основе исследований разработаны эффективные горелки для газо-
вых вагранок, новые конструкции чугуноплавильных агрегатов, позволяю-
щие получать чугун высокого качества, новые изобретения применительно к
тепловым агрегатам.
      Разработанные на основе исследований новые изобретения при вне-
дрении в производство позволяет достигать значительной эффективности.
При использовании в учебном процессе эти изобретения могут быть приме-
ром для дальнейшего совершенствования тепловых устройств и способов их
работы.




                                   3


       РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ СМЕСИ
 ПРИРОДНОГО ГАЗА С ВОЗДУХОМ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К МЕТАЛЛУР-
                          ГИЧЕСКИМ ПЕЧАМ


       Эксперименты на моделях показали, что процесс воспламенения и ус-
тойчивого горения газовоздушной смеси связан с газодинамическими явле-
ниями в факеле. Съемками факела, горящего в отрыве от выходного отвер-
стия горелки, обнаружены вихри, непрерывно поджигающие газовоздушную
смесь и стабилизирующие процессы горения (рис.1, 2).




                   Рис. 1. Образование вихрей в факеле




                                    4


           Рис. 2. Механизм поджигания газовоздушной смеси в факеле:
           а – схема процесса поджигания газовоздушной смеси в потоке;
          б – поджигание смеси при вихревом перемещении газов у щели
                           ограничивающий поток трубки


       Вихри непрерывно зарождаются у выходного отверстия горелки. По
мере поступательного перемещения вихря, его размеры увеличиваются. Про-
исходит расширение вихревой зоны факела ”Б” и постепенное сужение его
“холодного” ядра “А”. За вихревой зоной “Б” и “холодным ядром” “А” воз-
никает высокотемпературное ядро “В”, по границам которого развивается
вторая вихревая область ”Г” (рис.3, 4).




                                      5


       Рис.3. Схема газодинамического процесса в горящем факеле по дан-
ным экспериментов: 1 – горелочное сопло; 2 – первая вихревая зона факела
«Б»; 3 – «холодное» ядро факела «А»; 4 – высокотемпературное ядро факела
                «В»; 5 – вторая вихревая зона факела «Г»




       Рис.4. Схема вихрей в потоке газов: 1 – горелочное сопло; 2 – поток
газов; 3 – сила, связанная с модулем вектора скорости потока; 4 – диссипа-
           тивная сила (сила трения и сопротивления) 5 - вихрь

                                    6


       При факельном сжигании смеси природного газа с воздухом интен-
сивное горение происходит в вихревой зоне “Б”, где осуществляется непре-
рывный частичный перенос тепла и активных продуктов реакции к корню
факела и новым порциям газовоздушной смеси в “холодном” его ядре “А”.
Горение начинается у поверхности “холодного” ядра факела “А” в момент
захвата газовоздушной смеси горячими вихрями и продолжается в вихрях, а
также в высокотемпературном ядре факела “В”. Если горение в ядре факела
“В” не заканчивается, то оно продолжается в вихревой зоне “Г”. В “холод-
ном” ядре факела “А” газовоздушная смесь не горит, что объясняется отсут-
ствием там вихревого движения газов (рис.5).




        Рис.5. Строение свободного горящего факела: а – горящий факел в
проекции на масштабный экран; б – графическое построение свободно горя-
                щего факела по результатам экспериментов




                                     7


       По результатам экспериментальных исследований на моделирующих
горелочных устройствах установлено, что при встрече факела с плоскими и
изогнутыми стенками меняются характер и режим движения газов, в связи с
чем изменяются газодинамические условия развития процессов горения и
форма факела (рис.6, 7).




Рис.6. Изменение формы свободно горящего факела при встрече газового по-
 тока с плоской стенкой, расположенной по отношению к факелу под углом
                           атаки от 00 до 900




                                   8


       Рис.7. Изменение формы свободно горящего факела при встрече газо-
вого потока с изогнутыми стенками: а – при выпуклой стенке; б – при вогну-
                                   той стенке


       При встрече газового потока факела с плоской стенкой происходит
изменение свободно горящего факела. Струя растекается по плоской стенке
тем больше, чем больше угол атаки. У поверхности “холодной” стенки газо-
воздушная смесь не горит, что объясняется отсутствием там условий для
поджигания газа. Сгорание газовоздушной смеси происходит над плоской
стенкой в завихрениях потока.
       При встрече факела с изогнутой стенкой, а также при входе факела в
пространство, ограниченное цилиндрическими стенками, газы горят над эти-
ми стенками. При отражении газов от вогнутых стенок создаются интенсив-
ные завихрения с двух сторон основного потока, в которых происходит дого-
рание газовоздушной смеси.
       В случае соприкосновения газовоздушной смеси ядра факела с по-
верхностью металла, разогретой свыше 800°С, происходит контактное горе-
ние газов на поверхности металла, причем металл окисляется, в результате
чего поверхность металле покрывается окисной пленкой. При растекании га-
зовоздушной смеси по разогретым (>850°С) поверхностям плоских и изогну-
тых стенок, футерованных огнеупорным материалом, газ контактно горит на
этой футеровке. Значительное влияние на факельное горение газовоздушной
смеси оказывает расположение горелочных сопел. Исследовалось изменение

длины факела по вертикали    lфв   в зависимости от относительного расстояния

между центрами горелочных сопел Lc d 0 и угла расхождения- схождения

осевых линий сопел   ϕc ( Lc-расстояние     между центрами горелочных сопел,

do - диаметр сопла в выходном сечении). Установлено, что по мере уменьше-

                                        9


ния величины Lc d 0 длина факела lфв увеличивается, причем чем больше

величина угла расхождения осевых линий сопел                           ϕср, тем   меньше значение

Lc d 0 , при котором начинается увеличение                          lфв . При ϕср=0 длина факела
lфв увеличивается, начиная с               Lc d 0 = 7,5. В случае схождения осевых ли-

ний сопел даже при Lc d 0 = 8 не достигается стабилизация l фв , и кривые

lфв   =   f (Lc d 0 )   располагаются выше, чем при                  ϕср =0, причем чем больше
ϕcc, тем выше располагается кривая lфв = f (Lc                       d 0 ) . Указанные закономер-

ности объясняются слиянием факелов по мере уменьшения Lc d 0 при

ϕc =const, а так же увеличения ϕcc или уменьшения                        ϕ ср     при Lc d 0 =const

(рис.8).

           Кривые   lфв     =   f (Lc d 0 )    имеют степенный гиперболический тип с

асимптотами-осями координат. В пределах нестабильной области кривые
приближенно подчиняются уравнению
                                         K1
                    lфв =                                      ,м
                                (Lc d 0 )K2 ⋅ K 3 (Lc   d0 )



           где
           K1, K2, K3 - коэффициенты, величина которых меняется в зависимости

от   ϕc и условий сжигания газовоздушной смеси.




                                                   10



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика