Строительство и архитектура/ 5.Теплогазоснабжение и вентиляция

 

Аспирант Слесарев Д. Ю.

Тольяттинский государственный университет, Россия

Эффективный способ сжигания газа

в горелках инфракрасного излучения

Для отопления крупных промышленных, общественных и сельскохозяйственных зданий используются горелки инфракрасного излучения (ГИИ). Автономные местные системы отопления с газовыми инфракрасными обогревателями эффективно экономят энергоресурсы и повышают уровень теплового комфорта потребителей. Однако при работе ГИИ в атмосферу отапливаемых зданий поступают токсичные вещества.

Применяемые «светлые» ГИИ рассчитаны на работу с коэффициентом избытка воздуха  α = 1,02 ÷ 1,07. Сжигание газовоздушных смесей с величинами α > 1,1 не рекомендуется, так как считается, что при этом снижается температура горения и, следовательно, снижается излучающая способность керамической матрицы [1, 2]. В научно-технической литературе и патентной документации нет сведений о работе ГИИ при значительных избытках воздуха.

Предварительными опытами установлено, что в горелках инфракрасного излучения может успешно осуществляться горение бедных газовоздушных смесей над поверхностью керамической матрицы. При этом зафиксировано увеличение излучающей способности горелки при минимальном образовании продуктов неполного сгорания. В связи с этим исследования возможности работы ГИИ при значительных избытках воздуха представляются актуальными, а их результаты имеют практическое значение.

В качестве объекта исследования выбрана горелка ГИИ – 1,85 «Звёздочка». Конструктивно эта горелка относится к наиболее простым и распространенным горелкам инфракрасного излучения «светлого» типа. Чтобы предотвратить доступ окружающего воздуха в зону горения матрицу закрыли колпаком из жаропрочного стекла с отверстием в центре для отвода продуктов сгорания. Для подачи избыточного объёма воздуха горелку оснастили микровентилятором.

Для проведения исследований разработан и создан экспериментальный стенд с записью результатов на персональный компьютер. Отработана методика исследований. Схема лабораторного стенда представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема стенда для исследования горелок:

1 – баллон газовый; 2 – регулятор давления; 3 – счётчик; 4 – манометр;

5 – кран; 6 – датчик; 7 – пробоотборник; 8 – горелка; 9 – вентилятор;

10 – сборник конденсата;  11 – охладитель; 12 – компьютер;

13 – газоанализатор; 14 – измерительный прибор; 15 – источник тока.

 

Газ пропан из баллона 1 через регулятор давления 2 и счетчик 3 поступает в горелку 8. Проба продуктов сгорания отбираются пробоотборником 7 через отверстие в колпаке, проходит через охладитель 11 и сборник конденсата 10. Анализируется проба с помощью газоанализатора 13 «Автотест - 2». Результаты опыта регистрируются  компьютером 12. Температура матрицы определяется с помощью инфракрасного датчика 6 и измерительного прибора 14. Датчик 6 установлен на расстоянии 0,5 м от плоскости керамической матрицы горелки. Горелка 8 закреплена на штативе, позволяющем изменять её угловое положение относительно датчика.

Коэффициент α изменялся в пределах α = 0,8 ÷ 2,0 при постоянном давлении газа. Давление газа перед горелкой изменялось от 1800 до 3600 Па. В процессе опыта регистрировалась величина инфракрасного потока (температура поверхности излучателя) и состав продуктов сгорания при каждом значении коэффициента α и давления газа. Исследования проводились при трех характерных положениях горелки: 0°, 45°, 180° от плоскости излучателя к поверхности пола.

По результатам проведённых опытов построены зависимости, изображённые на рис. 2 и 3.

Рис.2. Зависимость температуры поверхности

матрицы от коэффициента α и давления газа

Из рис. 2 видно, что с увеличением коэффициента α температура поверхности, а значит излучательная способность матрицы возрастает и достигает максимума при α = 1,3 ÷ 1,5. А затем снижается при всех исследованных величинах давления газа перед горелкой. С увеличением давления газа, следовательно, расхода газа и мощности горелки, температура поверхности возрастает от 880 °С при Р = 1800 Па до 1130 °С при Р = 3600 Па.

Рис. 3. Состав продуктов сгорания в зависимости

от коэффициента α при давлении газа 3000 Па

По графикам зависимостей, которые представлены на рис. 3, можно отметить, что с увеличением коэффициента α до 1,0 – 1,1 концентрация СО и СН в продуктах сгорания резко падает. Затем при α > 1,2 их концентрации остаются на минимальном уровне, и составляют       соответственно 0,2 – 0,3 %  и  50 – 80 ppm. И только содержание кислорода плавно возрастает. Выход оксидов азота не превышает 50 – 60 ppm.

Выводы

1. Экспериментально установлено, что обеднение газовоздушной смеси способствует повышению эффективности и экологичности сжигания газового топлива в горелках инфракрасного излучения.

2. Установлена зависимость температуры излучателя от коэффициента избытка воздуха и тепловой нагрузки горелки.

3. Исследована работа горелки инфракрасного излучения с принудительной подачей воздуха.

Литература

1. Брюханов О.Н., Крейнин Е.В., Мастрюков Б.С. Радиационный газовый нагрев. – Л.: Недра, 1989. – 160 с.

2. Шмелёв В.М., Марголин А.Д. О горении газовой смеси над поверхностью перфорированной матрицы / ХII Симпозиум по горению и взрыву. – Черноголовка, 2000, часть 3, –  с. 165 – 166.