Чем опасен проскок пламени
Отрыв и проскок пламени
При работе горелок возможны два вида неустойчивости горения: проскок пламени в горелку и отрыв пламени от горелки.
Проскок пламени — это перемещение фронта пламени из топки в горелку, при котором горение топлива начинается непосредственно в горелке. При проскоке пламени в горелку образуются продукты неполного сгорания топлива, горелка раскаляется и может выйти из строя.
Отрыв пламени — это перемещение фронта пламени от выходного отверстия горелки по направлению движения газовоздушной смеси, сопровождающееся погасанием. Отрыв приводит к наполнению топки газовоздушной смесью, а затем к хлопку или взрыву. Отрыв пламени может произойти при любом принципе сжигания топлива. Проскок пламени в горелку невозможен при диффузионном принципе сжигания.
Проскок пламени для горелок с предварительным смешением происходит, если скорость выхода газовоздушной смеси меньше скорости распространения пламени.
Отрыв пламени от горелок любого типа происходит в том случае, когда скорость выхода газа или газовоздушной смеси больше скорости распространения пламени.
Количество воздуха в газовоздушной смеси является одним из важнейших факторов, влияющих на скорость распространения пламени. В смесях, в которых содержание газа превышает верхний предел его воспламенения, пламя вообще не распространяется. С увеличением количества воздуха в смеси скорость распространения пламени увеличивается, достигая наибольшей величины при содержании воздуха около 90% от его теоретического количества необходимого для полного сгорания газа.
Из этого следует, что при увеличении подачи воздуха в горелку создается смесь, более бедная газом, способная гореть быстрее и вызвать проскок пламени внутрь горелки. Поэтому при увеличении нагрузки, сначала увеличивается подача газа, а зачем воздуха, а при уменьшении нагрузки наоборот — сначала уменьшается подача воздуха, а затем газа. По этой причине в момент пуска горелок воздух не должен в них поступать и зажигание газа производится в диффузионном режиме за счет воздуха, поступающего в топку, с последующим переходом на подачу воздуха в горелку.
Причинами отрыва факела от горелки могут быть резкое повышение давления газа или воздуха, нарушение соотношения газ-воздух, резкое увеличение разрежения на выходе из топки, работа горелки за пределами, указанными в паспорте.
Причинами проскока пламени в горелку могут быть понижение давления газа или воздуха, уменьшение производительности горелок с предварительным смешением газа и воздуха ниже значений, указанных в паспорте.
Действия оператора котельной при проскоке и отрыве пламени
При проскоке пламени необходимо отрегулировать работу горелки, изменяя соотношение газ-воздух.
При отрыве пламени производится аварийная остановка котла, согласно инструкции.
Понятие проскока пламени и методы борьбы с ним.
а) Проскок пламени (обратный удар) – это проникновение пламени внутрь горелки. Такое явление происходит в том случае, когда скорость истечения газовоздушной смеси из горелки меньше скорости распространения пламени. Чаще всего проскок происходит при неправильном зажигании и выключении горелки, а также при быстром снижении ее производительности. Проскок пламени может быть только у горелок с предварительным смешением газа и воздуха.
б) Метод борьбы: охлаждение туннеля горелки.
Причины проскока и отрыва пламени.
Причины проскока пламени в горелку – понижение давление газа или воздуха, уменьшение производительности горелки ниже значений, указанных в паспорте
Типы стабилизаторов пламени.
а) Стабилизаторы газового пламени. Наиболее распространенными стабилизаторами пламени являются туннели конической и цилиндрической формы, применяемые при установке горелок различных типов. В туннелях стабилизацию пламени обеспечивают высокая температура и большая излучающая способность поверхности туннеля. Кроме того, в туннелях создаются зоны обратных токов (рециркуляции) или завихрений части продуктов горения, имеющих высокую температуру и способствующих воспламенению вытекающей из горелки газовоздушной смеси.
б) Газовые котлы отопления
Экологические проблемы при горении газов и других видов топлива.
В газовых выбросах присутствуют оксиды азота и серы. При растворении в атмосферном воздухе образуются кислотные осадки, что приводит к подкислению снежного и почвенного покрова, выпадению нитратов и сульфатов.
Что касается вредных влияний на почву, совокупная площадь нарушенных почв от воздействия выбросов горящих факелов составляет около 100 тыс. га. Вблизи факелов при воздействии высоких температур происходит практически полное выжигание.
Для лесных экосистем наиболее характерны такие негативные последствия, как сокращение лесов, повышение риска пожаров лесов вблизи факелов, снижение численности животных, насекомых и микроорганизмов.
Образование сажи и оксида углерода при горении.
Оксид углерода содержится в продуктах сгорания из перечисленных веществ в наибольшем количестве. Схема образования и выгорания СО имеет следующий характер: на начальном участке выгорания идёт накопление СО, а затем его окисление по длине факела или камеры сгорания. Высокие концентрации СО сохраняются, если происходит «замораживание» продуктов сгорания, т.е. быстрое охлаждение в результате расширения или соприкосновения с относительно холодными поверхностями теплообмена.
(В атмосфере оксид углерода окисляется до диоксида.)
Сажа обнаруживается в продуктах сгорания углеводородных газов при низком качестве смесеобразования и при значительном недостатке кислорода в зоне горения, а также вследствие резкого локального охлаждения пламени. Причина образования сажи заключается в том, что под воздействием высокой температуры углеводородные молекулы полностью разрушаются. Более лёгкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородный слой и окисляются. А атомы углерода образуют аморфные частицы сажи.
Образование оксидов азота при сжигании газов.
Оксиды азота образуются в промышленных печах при высоких температурах 1800-2000 °С. Обычно концентрация оксида NO при выходе из дымовой трубы превышает в 1000-20000 раз ПДК. После выхода из дымовой трубы оксид азота переходит в диоксид NO2 по двум реакциям:
1 В корне дымового факела протекает окисление кислородом
2 При низких концентрациях окисление идет за счет атмосферного воздуха
39. Тепловой механизм Я.Б. Зельдовича образования NO при горении
Высокотемпературный механизм окисления азота в зоне горения был предложен Я. Б. Зельдовичем в середине 1940-х годов и считается основным механизмом образования оксидов азота при горении. Этот механизм включает следующие элементарные стадии:
к которым добавляется реакция (Фенимор и Джонс, 1957 ):
Образование канцерогенных ПАУ при горении.
Полициклические ароматические углеводороды – нежелательный побочный продукт сжигания ископаемого топлива, в первую очередь угля и нефтепродуктов. Уголь считается смесью огромного количества поликонденсированных ароматических бензольных ядер с минимальным содержанием водорода. При сжигании этих веществ в печах, электростанциях, двигателях внутреннего сгорания эти соединения разлагаются. При низких температурах сгорания и недостаточном поступлении атмосферного кислорода образуется очень реактивный ацетилен, равно как и различные алифатические фрагменты углеводородов. Ацетилен полимеризуется в бутадиен, который в дальнейшем образует ядро ароматического углеводорода. При добавлении его к существующим ароматическим ядрам возникает ПАУ, например пирен, из которого путем добавления еще одной молекулы бутадиена выделяется наиболее известный канцероген – бензо[а]пирен (БаП). При сжигании при высокой температуре и обильном поступлении атмосферного кислорода образуется мало ПАУ, потому что практически весь углерод сгорает, превращаясь в оксид углерода.
При неполном сгорании возникают частички углерода – сажа. Можно предположить, что образующиеся ПАУ, адсорбированные на поверхности частичек сажи и дыма, вместе с ними попадают в окружающую нас среду. Сажа, твердые частички дыма и выхлопных газов содержатся в дорожной пыли, смоге больших городов, пыльном воздухе коксовых заводов. Вместе с пылью они попадают на одежду, кожу, в дыхательные пути. Сегодня известно уже несколько сот различных полициклических ароматических веществ: несколько десятков из них – канцерогены. Однако их действие неодинаково и зависит от строения соответствующего вещества.
Стабилизация пламени горелки, отрыв и проскок
Стабильность пламени является существенным фактором, определяющим надежность работы газовых горелок. Пламя сохраняет стабильность, то есть остается неподвижным относительно горелки, в тех случаях, когда в зоне горения устанавливается равновесие между стремлением пламени продвинуться навстречу потоку газовоздушной смеси и стремлением потока отбросить пламя от горелки.
Схема горелки полного предварительного смешения
Стабильное пламя существует, когда скорость газовоздушной смеси V см равна скорости распространения пламени V пл. Возможно нарушение устойчивой работы горелок, вызываемое либо отрывом пламени от горелки, либо проскоком пламени в её смесительную часть.
Причинами отрыва могут быть:
Проскок пламени это проникновение пламени внутрь горелки. Такое явление происходит в том случае, когда скорость истечения газовоздушной смеси V см меньше скорости распространения пламени V пл. В результате возможно горение внутри горелки с неполным сгоранием. Горелка забивается сажей, возможно ее прогорание. Также при проскоке возможно полное погасание пламени, что приводит к загазованности. Чаще всего проскок происходит при малом давлении газа, не обеспечивающем устойчивую работу горелки.
Для бытовою газоиспользующего оборудования в России производителем устанавливается одна из двух величин номинального давления природного газа перед аппаратом: 130 лаПа или 200 даПа. В этом случае сжигание газа происходит с наилучшим качеством, аппарат работает с установленным производителем коэффициентом полезного действия. Из-за особенностей сетей газораспределения, подающих газ в жилые дома, возможно изменение давления перед аппаратом, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, что может привести к отрыву или проскоку пламени. В сильные морозы потребление газа возрастает, что приводит к уменьшению давления в наружном газопроводе. Наиболее значительное снижение давления происходит в конечных точках газовых сетей, расположенных вдали от источников газа – пунктов редуцирования газа (ПРГ). Давление может понизиться настолько, что произойдет проскок газа в горелку. В этом случае автоматика безопасности аппарата должна прекратить подачу газа на горение. Также количество получаемого при сжигании газа тепла уменьшается, что не позволяет обеспечить необходимый микроклимат в помещениях и комфорт потребителя.
Повышение давления происходит при уменьшении расхода газа до самых малых значений, что обычно происходит летом в ночное время. Больше всего это заметно в жилых домах, расположенных вблизи ПРГ. Давление повышается настолько, что возможен частичный отрыв пламени от горелки. Кроме того, зимой, чтобы обеспечить приемлемое давление в крайних точках газовой сети у самых удаленных от ПРГ потребителей, давление на этих пунктах редуцирования газа повышают. Это приводит к увеличению давления газа у потребителей, находящихся ближе всех к ПРГ. Как следствие, возможен частичный отрыв пламени от горелок. В этом случае рекомендуется при ручном регулировании уменьшать подачу газа, для чего прикрывать кран перед горелкой.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Опасность проскока пламени внутрь горелки уменьшается при снижении диаметров горелочных отверстий. [1]
Однако при использовании обычных газораспределительных устройств возникает опасность проскока пламени и взрыва газо-воздушной смеси в подрешеточном пространстве. [5]
Снижение скорости газовоздушной смеси ведет также к увеличению опасности проскока пламени внутрь горелки. Допустимая степень регулирования горелки по теплопроизводительности уменьшается. [6]
Если готовую горючую смесь подавать слишком медленно, возникает опасность проскока пламени внутрь горелки и возможность внезапного воспламенения смеси внутри смесеобразователь-ной части устройства. Если же, наоборот, увеличивая нагрузку горелки, постепенно ускорять подачу газа, то довольно скоро пламя становится неустойчивым и, в конце концов, срывается. [7]
Ранее было показано, что при длительном горении на дыхательном клапане опасность проскока пламени в резервуар отсутствует, а возникновение такой опасности возможно только при относительно кратковременном обратном выдохе резервуара. [10]
Такие горелки могут работать на холодном или горячем воздухе с большой глубиной регулирования без опасности проскока пламени в смеситель. Недостатком этих горелок является необходимость вентиляторной установки и воздухопроводов, а потому их применение перспективно для достаточно крупных агрегатов с небольшим числом горелок повышенной мощности. [11]
При высоком подогреве дутьевого воздуха и обогащении его кислородом применение горелок с полным предварительным смешением сильно осложняется ввиду опасности проскока пламени в смеситель горелки. Таким образом, борьба с проскоками пламени усложняется не только при повышении температуры подогрева дутья, но и при увеличении калибра горелки. [13]
Диффузионные горелки позволяют выполнить эти требования, а также обеспечить регулирование расхода газа в широких пределах, так как отсутствует опасность проскока пламени внутрь горелки. Кроме того, область высоких температур растянутого факела удалена от места установки горелки в кладке печи, что обеспечивает отсутствие перегрева горелки и лучшие условия ее эксплуатации. [15]
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Явление проскока пламени может возникать у горящей горелки, например при внезапном снижении ее производительности. Производительность горелки может упасть при резком уменьшении подачи газа, например вследствие быстрого падения давления газа в газопроводе. Проскок может также произойти в момент выключения инжекционной горелки при открытом регуляторе воздуха, особенно тогда, когда горелка перегрета. [1]
Явление проскока пламени чаще наблюдается при работе с газокислородной смесью, чем с газовоздушной. [2]
Явление проскока пламени ограничивает минимальную производительность горелок, вызывает пережог смесителя, а при крупных смесителях сопровождается взрывом. Во избежание проскока пламени скорость истечения смеси из горелки должна превышать некоторую минимальную критическую скорость, которая зависит от скорости распространения пламени, диаметра п конструкции горелки. [3]
Под явлением проскока пламени в инжекционных горелках или затягивания пламени в горелках с принудительной подачей воздуха понимают перемещение пламени навстречу потоку и горение газа внутри газосмесительной части горелки. При этом нарушаются гидравлические условия работы горелки, что вызывает ухудшение или прекращение подсоса воздуха. [4]
Как уже говорилось, явление проскока пламени в смесительную горелку с принудительной подачей воздуха считается маловероятным. Если горелка, в которой произошел проскок, была немедленно выключена и не успела нагреться, то ее можно вновь зажечь без предварительного вентилирования топок и газоходов котла. Если же горелка дала повторный проскок или это явление было замечено с некоторым опозданием, то ее необходимо выключить и вновь зажечь только после достаточного ( 10 мин. [5]
Инжекционные горелки среднего давления Мосгазпроекта типа ИГК практически могут работать в широком диапазоне изменения тепловых нагрузок без явлений проскока пламени к соплу и не требуют времени на разогрев стабилизатора. С другой стороны, за счет перегрева от раскаленной топки пластинчатые стабилизаторы выключенных горелок могут выйти из строя, поэтому регулирование тепловых нагрузок котла при установке горелок типа ИГК целесообразно вести общим регулировочным устройством на котел, а наблюдение за изменением давления перед горелками вести по общему манометру, установленному до отключающих кранов перед горелками. [6]
Предпочтительнее применение большого числа горелок меньшей производительности меньшему их количеству большой производительности, так как они имеют более низкий предел регулирования производительности и более подвержены явлениям проскока пламени в горелку и отрыву от нее. [8]
Для правильного и безопасного использования газовых топ-лив необходимо, чтобы его основные показатели ( теплота сгорания, скорость распространения пламени и удельный вес) были бы возможно более постоянными. Изменение теплоты сгорания газового топлива указывает на изменение его состава и необходимость регулировки газовых горелок или изменения их конструкции. Изменение скорости распространения пламени горящего газа может вызвать опасные явления проскока пламени в горелку или, наоборот, отрыва факела пламени с прекращением горения газа. [13]
Наконец, когда скорость поступательного движения струи уменьшится настолько, что соблюдение условия равенства скоростей окажется невозможным, устойчивость горения нарушается и происходит явление проскока пламени внутрь трубки. [14]
Наличие хлопка указывает на то, что в смесителе горелки образовалась взрывчатая газовоздушная смесь, которая при зажигании мгновенно воспламенилась, и пламя распространилось против движения газа, вытекающего из горелки. Проскок происходит в том случае, когда скорость истечения газовоздушной смеси из горелки меньше скорости распространения пламени. Практически явление проскока происходит тогда, когда у инжекционной горелки низкого или среднего давления при зажигании остался полностью открытым регулятор воздуха, а газ поступает в горелку в недостаточном количестве и, следовательно, с малой скоростью. Явление проскока пламени может возникать и у горящей горелки, например, при внезапном снижении ее производительности. Производительность горелки может упасть при резком уменьшении подачи газа, например, вследствие быстрого падения давления газа в газопроводе. Проскок может также произойти в момент выключения инжекционной горелки при открытом регуляторе воздуха, особенно тогда, когда горелка перегрета. [15]