Procese și aparate de ardere a gazelor combustibile

Introducere

Clasificarea arzătoarelor de combustibil gazos.

Arzătoarele de combustibil gazos se pot clasifica după diverse criterii. Un criteriu important care ţine seamă de procesele fizice ale arderii îl constituie modul de realizare al amestecului gazului şi aerului. În acest caz arzătoarele se pot clasifica în trei grupe principale:

− arzătoare cu amestecare preliminară completă, în care amestecul gaz-aer se realizează în interiorul arzătorului, astfel ca la ieşirea din arzător să se obţină un amestec combustibil cu coeficientul de exces de aer α>1 şi care funcţionează conform principiului cinetic;

− arzătoare cu amestecare preliminară parţială a gazelor cu aer în interiorul arzătorului α<1 şi finalizarea procesului de amestecare în zona de ardere prin introducerea separată a restului de aer necesar în spaţiul de ardere şi care funcţionează conform principiului cinetico-difuzional (flacăra Bunsen);

− arzătoarele cu amestecare exterioară (în spaţiul focarului, în limitele flăcării), care organizează introducerea aerului şi gazelor combustibile în spaţiul de ardere în fluxuri separate cu curenţi paraleli sau încrucişaţi şi care funcţionează conform principiului difuzional.

La arzătoarele cu amestecare preliminară completă, caracteristica flăcării va depinde de gradul de perfecţiune al amestecării realizat la ieşire din arzător (dispersia concentraţiilor de combustibil în amestec variază în funcţie de condiţiile de amestecare realizate în arzător).

La gradul de perfecţiune ridicată a amestecării (dispersia redusă a concentraţiilor) flacăra va fi scurtă, puterea termică şi temperatura în zona de ardere vor fi mari şi coeficientul de emisie radială a flăcării redus (flăcări transparente).

Arzătoarele cu amestecare exterioară pot realiza flăcări cu lungime mare şi luminozitate relativ ridicată, cu sarcina termică şi temperatură relativ scăzută în zona de ardere.

Deopotrivă cu clasificarea de bază, arzătoarele pot fi clasificate şi în conformitate cu următoarele criterii:

1) Presiunea gazelor combustibile:

▪ arzătoare de joasă presiune (pînă la 5 kPa);

▪ arzătoare de presiune medie (5…300 kPa);

▪arzătore de presiune înaltă (300…600 kPa);

2) Principiul de aducţie a aerului:

▪ arzătoare în care aerul este parţial sau total injectat datorită energiei cinetice a gazului (energia jetului de gaze combustibile);

▪ arzătoare fără insuflare, în care aerul este aspirat datorită asigurării depresiunii (tirajului) în focar;

▪arzătoare cu insuflarea aerului în focar, organizată cu ajutorul unei instalaţii de ventilatoare;

3) Modalitatea de realizare a arderii:

▪ arzătoare, la care arderea are loc în spaţiul focarului cu flacără vizibilă;

▪ arzătoare, la care arderea este cu flacără invizibilă şi are loc în tuneluri de material refractar, amplasate înainte de spaţiul de lucru al focarului (arzător cu tunel din ceramice, radiante);

4) Puterea calorică a gazelor combustibile:

▪ arzătoare pentru gaze sărace (gaz de furnal, gaz de generator);

▪ arzătoare pentru gaze superioare (gaze naturale).

Pentru gazele naturale, unde raportul cantităţii de aer şi gaz depăşeşte valoarea zece, trebuie de luate măsuri speciale în construcţia arzătoarelor pentru a asigura o amestecare corespunzătoare aer-gaz, iar pentru ridicarea stabilităţii flăcării este suficient să se efectueze numai preîncălzirea aerului.

Compoziţia gazelor naturale cu care este alimentată localitatea şi conţinutul de umiditate d (kg/m3) în gaze la 0°C şi 101,3 kPa.

Nr.

poz. Compoziţia gazelor, în % d, kg/m3

CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 CO2 N2

15 78.5 6 6.5 4.8 3.6 0.2 0.4 0.0125

Parametrii de funcţionare a arzătoarelor de vatră, turbionare şi cu injector.

Nr.

poz. Arzătoare de

vatră Arzătore cu injector Arzătore

turbionare

Presiune joasă Presiune medie

Puterea

termică a centralei

termice

15 5400 1.25 1.30 2.5 1.34 0.55 26 19 1.02 150 15 1.08

Aceşti parametri ale arzătoarelor cu injecţie de presiune joasă, prezentate în tabel, sunt prevăzute pentru dimensionarea arzătoarelor maşinilor de gătit.

1. Calculul caracteristiculor tehnice şi energetice ale gazelor combustibile şi ale elementelor arderii lor

Rezolvare:

• Calculăm căldura inferioară de ardere a gazelor în stare anhidră, kJ/m3N :

=0.01 kj/m3

unde:

Qinf CmHn – căldura inferioară corespunzătoare de ardere a hidrocarburilor CmHn în

amestec;

nCnHm – compoziţia procentuală a hidrocarburilor în amestec;

• Determinăm căldura inferioară de ardere a amestecului în stare umedă, kJ/m3N :

unde:

d – conţinutul de umiditate, kg/m3N ;

K – coeficient de corecţie: