Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения
Предложен пособ ввода газов рециркуляции в процесс сжиганя топлива в плоскопламенной горелке. Предложена и испытан кнструкция газораздающего сопла обеспечивающая расширение рабочегоиапазона снижение вброса токсических веществ в окружающую среду....
Gespeichert in:
| Datum: | 2004 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2004
|
| Schriftenreihe: | Промышленная теплотехника |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61602 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения / Е.А. Трубецкой // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 138-141. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-61602 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-616022014-05-09T03:01:28Z Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения Трубецкой, Е.А. Теплоэнергетические установки Предложен пособ ввода газов рециркуляции в процесс сжиганя топлива в плоскопламенной горелке. Предложена и испытан кнструкция газораздающего сопла обеспечивающая расширение рабочегоиапазона снижение вброса токсических веществ в окружающую среду. Запропоновано спосіб введення газів рециркуляції в процес спалювання палива в плоскопламеневому пальнику. Запропоновано та випробувано конструкцію газорозподільного сопла, що забезпечує розширення робочого діапазону та зниження викидів токсичних речовин в оточуюче середовище. Proposed here is a method of recycling gas inlet in a process of fuel combustion in the plain-plasmic burner. A construction of gas-delivery nozzle providing expansion of working range and decrease of toxic substance atmospheric emission is suggested and tested. 2004 Article Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения / Е.А. Трубецкой // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 138-141. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61602 621.783.2:621.762.3+741.123.59 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Теплоэнергетические установки Теплоэнергетические установки |
| spellingShingle |
Теплоэнергетические установки Теплоэнергетические установки Трубецкой, Е.А. Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения Промышленная теплотехника |
| description |
Предложен пособ ввода газов рециркуляции в процесс сжиганя топлива в плоскопламенной горелке. Предложена и испытан кнструкция газораздающего сопла обеспечивающая расширение рабочегоиапазона снижение вброса токсических веществ в окружающую среду. |
| format |
Article |
| author |
Трубецкой, Е.А. |
| author_facet |
Трубецкой, Е.А. |
| author_sort |
Трубецкой, Е.А. |
| title |
Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения |
| title_short |
Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения |
| title_full |
Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения |
| title_fullStr |
Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения |
| title_full_unstemmed |
Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения |
| title_sort |
разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| publishDate |
2004 |
| topic_facet |
Теплоэнергетические установки |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61602 |
| citation_txt |
Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения / Е.А. Трубецкой // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 138-141. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Промышленная теплотехника |
| work_keys_str_mv |
AT trubeckojea razrabotkanizkoémissionnojploskoplamennojgorelkiuniversalʹnogonaznačeniâ |
| first_indexed |
2025-07-05T12:34:37Z |
| last_indexed |
2025-07-05T12:34:37Z |
| _version_ |
1836810374563758080 |
| fulltext |
теплоэнергетические установки
УДК 621.783.2:621.762.3+741.123.59
ТРУБЕЦКОЙ Е.А.
Институт газа НАН Украины
РАЗРАБОТКА НИЗКОЭМИССИОННОЙ
ПЛОСКОПЛАМЕННОЙ ГОРЕЛКИ
УНИВЕРСАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ*
Запропоновано спосіб введення газів
рециркуляції в процес спалювання па-
лива в плоскопламеневому пальнику.
Запропоновано та випробувано констру-
кцію газорозподільного сопла, що за-
безпечує розширення робочого діапазо-
ну та зниження викидів токсичних речо-
вин в оточуюче середовище.
Предложен пособ ввода газов ре-
циркуляции в процесс сжиган я топлива
в плоскопламенной горелке. Предложе-
на и испытан к нструкция газораздаю-
щего сопла обеспечивающая расшире-
ние рабочего иапазона снижение в -
броса токсических веществ в окружаю-
щую среду.
с
и
а о
д и ы
Proposed here is a method of recycling
gas inlet in a process of fuel combustion in
the plain-plasmic burner. A construction of
gas-delivery nozzle providing expansion of
working range and decrease of toxic sub-
stance atmospheric emission is suggested
and tested.
Вг – расход горючего через горелку, м3/ч;
CO – оксиды углерода, ppm;
NOx – оксиды азота, ppm;
Та – температура воздушного дутья, °С;
Тк – температура топочного пространства, °С;
α – коэффициент избытка воздуха;
ГПП − горелка плоскопламенная.
Введение
В металлургическом производстве использу-
ются разнообразные топливные агрегаты энерге-
тического и технологического назначения – от
котлов и газотурбинных установок до разнооб-
разных технологических печей. В качестве топли-
ва в металлургии применяются все существующие
виды: минеральное (твердое, жидкое и газообраз-
ное) и искусственное (технологическое). В виду
этого металлургическое производство является
существенным загрязнителем окружающей среды.
Основными источниками образования NOx яв-
ляются высокотемпературные процессы, особенно
в печах, где окислитель-воздух или воздух, обо-
гащенный кислородом, подогревают до высоких
температур (до 500 °С и более). Именно повыше-
ние температуры воздуха горения, обеспечивая
высокую энергетическую эффективность нагрева-
тельных печей, одновременно вызывает превы-
шение [NOx] по сравнению с нормативами.
Горелочные устройства металлургических пе-
чей не обеспечивают пониженные концентрации
[NOx] даже в условиях холодного окислителя, а в
реальных условиях эксплуатации при высоком
подогреве воздуха горения вызывают существен-
ное превышение выбросов оксидов азота по срав-
нению с допустимыми нормами.
Существует несколько способов снижения
вредных выбросов в продуктах сгорания:
а) способы прямого действия влияют на кон-
центрацию вредных выбросов в продуктах сгора-
ния при заданном составе и параметрах топлива и
окислителя. Реализуются действием на процесс
горения через конструкцию горелочного устрой-
ства;
б) способы эксплуатационного действия, вли-
яющие на общий выброс вредных веществ или их
удельный выход на единицу тепловой мощности
(для энергоустановок) или единицу продукции
(для технологических печей);
в) способы итогового действия влияют на кон-
центрацию, общий выброс и удельный выход за-
грязняющих веществ путем использования специ-
альных очистительных устройств.
В рамках настоящей работы нас интересовал
первый из перечисленных способов – создание и
использование низкоэмиссионных горелочных
устройств.
138 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6
теплоэнергетические установки
В силу особенностей аэродинамики факела и
организации рабочего процесса в топочном про-
странстве печей плоскопламенные горелки явля-
ются универсальными устройствами для топлив-
ных печей различного назначения – от низкотем-
пературных термических (уровень рабочих тем-
ператур – от 500 °С) до высокотемпературных на-
гревательных (1250…1300 °С – печи прокатного
производства) и плавильных (1500…1600 °С –
стекловаренные печи).
Рис. 1. Принципиальная схема плоскопла-
менной горелки серии ГПП. 1 – корпус грелки;
2 – центральная вставка, формирующая газо-
подводящий канал; 3 – винт-завихритель с ци-
линдрическим и коническим участками, имею-
щими постоянный по всей длине угол подъема
винта по наружному контуру; 4 – газораздаю-
щее сопло; 5 – огнеупорный горелочный тун-
нель; 6 – стена печи.
Плоскопламенная горелка – горелочное уст-
ройство, позволяющее организовать разомкнутый
факел и безотрывное обтекание поверхности го-
релочного камня и сопряженной с ней поверхно-
сти кладки. Особенностью горелок серии ГПП яв-
ляется использование в качестве завихрителя воз-
душного потока винта специальной геометрии с
убывающим шагом, обеспечивающим высокую
степень крутки для организации разомкнутого те-
чения, что обеспечивает малые коэффициенты аэ-
родинамического сопротивления тракта [1]. Го-
релка (рис. 1) обеспечивает устойчивую работу в
режиме разомкнутого факела при сжигании газов
различного номинального давления, калорийно-
сти и состава с изменением одного конструктив-
ного элемента – газораздающего сопла.
Цели исследований
Задачей исследования является разработка и
испытание конструкции сопла для плоскопламен-
ной горелки, которая позволит расширить диапа-
зон устойчивой работы по нагрузке и избытку
окислителя с одновременным снижением выбро-
сов токсичных веществ в окружающую среду.
При этом поставлена задача минимального изме-
нения проточной части горелочного устройства.
Испытания проводились на огневом стенде в
Институте газа НАН Украины. Огневой стенд
разделен на две камеры: основную с плоскопла-
менной горелкой и вспомогательную с дополни-
тельной горелкой. Продукты сгорания основной
горелки попадают во вспомогательную камеру,
откуда с продуктами сгорания от дополнительной
горелки попадают в радиационно-щелевой реку-
ператор, предназначенный для нагрева воздуха
воздушного дутья. Такая конструкция позволяет
изменять температуру подогрева воздуха, идуще-
го на горение, независимо от нагрузки основной
горелки и температуры топочного пространства
основной камеры стенда.
Методика исследования
Серия испытаний проводилась с использовани-
ем горелки ГПП-4, которая оснащалась различ-
ными газораздающими устройствами (соплами).
Температура подогрева воздуха, идущего на
горение, Ta измерялась с помощью хромель-
алюмелевой термопары [2]. Температура внутри
основной камеры стенда Tк измерялась пиромет-
ром “Смотрич-5ПМ” через предусмотренные гля-
делки в пяти точках. Полученные значения затем
усреднялись. Расход газа измерялся при помощи
штатного ротационного газового счетчика с по-
следующим приведением полученных результатов
к условиям при 0 °С и 760 мм рт. ст. [3]. Давление
топлива и окислителя измерялись U-образным
манометром. Замеры концентраций вредных ве-
ществ, в частности CO и NOx, выполнялись с ис-
пользованием компьютеризованного газоаналити-
ческого комплекса TESTO – 350 XL / TESTO –
350 M/XL. Пробы продуктов сгорания на анализ
отбирались с использованием водоохлождаемой
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 139
теплоэнергетические установки
газозаборной трубки, размещаемой в основной
камере стенда по оси к исследуемой горелке.
Обсуждение результатов
Результаты экспериментальных испытаний го-
релки с новым газораздающим соплом на устой-
чивость показали, что увеличение коэффициента
избытка воздуха α выше определенного предела
приводит к срыву горения, причем с ростом рас-
хода газа предельные значения α уменьшаются.
Как и для всех существующих типоразмеров
плоскопламенных горелок для испытываемой
горелки имеется область смыкания факела,
которая зависит от того, каким образом меняется
режим. Явление гистерезиса (размыкание -
смыкание) факела наблюдалось при расходе газа
0,215 от номинального с повышением
коэффициента избытка воздуха. Такое же явление
наблюдалось при регулировании расхода газа в
сторону уменьшения нагрузки.
тва Тк (х4).
представлены в виде
Основным показателем экологической
безопасности горелочного устройства является
концентрация в продуктах сгорания оксидов
углерода и азота. Образование оксидов азота в
факеле в основном локализовано на участке
максимальных температур, в случае
использования плоскопламенной горелки – на
границе пограничного слоя при сопряжении
горелочного камня с кладкой, и определяется
теоретическими температурами горения для
данного состава и временем пребывания
микрообъемов смеси в зонах с теоретическими
температурами горения. Накопленные
экспериментальные данные представляются
математическим описанием в виде регрессионной
зависимости выходного параметра от входных
(функция отклика [NOx] от факторов). Входными
факторами выбраны: коэффициент избытка
воздуха α (х1), расход горючего через горелку Вг
(х2), температура воздушного дутья Тв (х3) и
температура топочного пространс
Результаты опытов
уравнения (1):
4
0
1
[NO ]x i i
i
b b x
=
= + ⋅ +∑
4 4
2
1 1
j i ik k
i i k i
b x b x
= = ≠
ix+ ⋅ + ⋅ ⋅∑ ∑ . (1)
Проведя обработку экспериментальных данных
используя метод Ньютона в программе
STATISTICA получена зависимость:
1 2 3
2 2
4 1 2
2
3
[NO ] 29,333 6,752 1,64 0,371
0,038 10,667 0,0216 0,000251
0
x x x x
x x x x
2
4 1 2 1 3
1 4 2 3 2 4
,000048 1,258 0,25
0,057 0,00342 0,00129
0 3 4,000012
x x x x x
x x x x x x
= − ⋅ − ⋅ + ⋅ +
+ ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ +
+
x x
⋅ + ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ −
− ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ +
+
(2)
⋅ ⋅
Коэффициент корреляции между функцией
отклика и параметрами получен по уравнению (2),
R = 0,92.
Зависимость [NOx] от α носит экстремальный
характер и при соответствующем значении
коэффициента избытка воздуха αкр1 [4] достигает
максимальных концентраций в уходящих газах.
При α < αкр1 уменьшение эмиссии NOx
объясняется снижением концентрации кислорода
и температуры факела. Снижение эмиссии NOx в
области α > αкр1 определяется в основном
снижением температуры факела (от которой она
зависит по экспоненте) несмотря на возрастание
концентрации кислорода (влиян которой на
эмиссию NO
ие
нтраций в
x
кратность рециркул ее относительное
x носит степенной характер).
Смещение пика максимальных конце
плоскопламенной горелке по сравнению с
традиционными горелочными устройствами
объясняется наличием интенсивного теплоотвода
от факела к стенкам топочной камеры.
Роль Тв, чрезвычайно ощутимая при
образовании NOx в традиционных горелочных
устройствах, в случае плоскопламенной горелки
несколько ослабела. Видимо, это связано со
сносящим действием воздушного потока на
горящие газовые струи и соответствующим
повышением роли рециркулирующих продуктов
сгорания, балластирующих зоны горения.
Повышение Тк в меньшей степени влияет на рост
NO . Это можно объяснить тем, что массовая
яции, как и
воздействие на фронт воспламенения при
повышении температуры рециркулирующих
продуктов сгорания понижается [5].
140 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6
теплоэнергетические установки
Выводы
Проведены экспериментальные исследования и
теоретическое обобщение работы конструкции
со
ту избытка воздуха на 38%, по
мощности горелк о сравнению со
да
ок
ЛИТЕРАТУРА
1. Чепель В.М., Шур И.А Сжигание газов в топках
ства предприятий.- Л: Недра, 1980.- 590 с.
итературы, 1954.- 495 с.
логия.-
5.
ных печах.- К: Наукова думка,
1993.- 412 с.
Получено 26.-9.2004 г.
* Работа выполнена под руководством д.т.н. проф. Сороки Б.С.
пла, при использовании определенной
организации сжигания топлива для
плоскопламенной горелки среднего давления,
широко используемой в печах.
Экспериментальные исследования показали,
что использование данного сопла увеличивает
область устойчивого горения природного газа в
плоскопламенной горелке среднего давления по
коэффициен
и на 10,4%. П
стандартной конструкцией сопла среднего
вления получено уменьшение концентрации
сидов азота на 13 %.
котлов и печей и обслуживание газового хозяй-
2. Миронов К.А., Шипетин Л.И.
Теплотехнические измерительные приборы.-
М: Государственное научно-техническое
издательство машиностроительной и
судостроительной л
3. Друскин Л.И. Сжигание газа в промышленных
печах и котлах.- М: Гостоптехиздат, 1962.-
260 с.
4. Любчик Г.Н., Варламов Г.Б., Сердюк С.Д.,
Микулин Г.А., Трубецкой Е.А. Воздействие
коэффициента избытка воздуха,
производительности и нагрузки котла на
показатели эмиссии оксидов азота //
Энергетика: экономика, технологии, эко
2002.- № 1.- С. 48-54.
Сорока Б.С. Интенсификация тепловых процес-
сов в топлив
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 141
|