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. Запропоновано спосіб введення газів рециркуляції в про...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Datum: | 2004 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2004
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.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| _version_ | 1860184866780348416 |
|---|---|
| author | Трубецкой, Е.А. |
| author_facet | Трубецкой, Е.А. |
| citation_txt | Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения / Е.А. Трубецкой // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 138-141. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | 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.
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.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:03:32Z |
| format | Article |
| 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
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61602 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:03:32Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Трубецкой, Е.А. 2014-05-08T08:03:19Z 2014-05-08T08:03:19Z 2004 Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения / Е.А. Трубецкой // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 138-141. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61602 621.783.2:621.762.3+741.123.59 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. Работа выполнена под руководством д.т.н. проф. Сороки Б.С. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Теплоэнергетические установки Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения Development of low-emission plane-flame burner for universal purpose Article published earlier |
| spellingShingle | Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения Трубецкой, Е.А. Теплоэнергетические установки |
| title | Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения |
| title_alt | Development of low-emission plane-flame burner for universal purpose |
| 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_short | Разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения |
| title_sort | разработка низкоэмиссионной плоскопламенной горелки универсального назначения |
| topic | Теплоэнергетические установки |
| topic_facet | Теплоэнергетические установки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61602 |
| work_keys_str_mv | AT trubeckoiea razrabotkanizkoémissionnoiploskoplamennoigorelkiuniversalʹnogonaznačeniâ AT trubeckoiea developmentoflowemissionplaneflameburnerforuniversalpurpose |