книги / Основы газоснабжения

щают в безопасном месте или оборудуют защитными кожухами или щитками.

Количество, размещение и размеры взрывных клапанов для котлов паропроизводительностыо до 10 т/ч определяются проект­ ной организацией. Обычно площадь одного клапана принимается не менее 0,15—0,18 м2. На котлах паропроизводительностью до 10 т/ч суммарная площадь взрывных клапанов должна составлять не менее 250 см2 на 1 м3 объема топки, газохода или борова. В котлах паропроизводительностью от 10 до 60 т/ч общая площадь взрывных клапанов топки должна быть не менее 0,2 м2.

Кроме того, на последнем газоходе котла или перед водяным экономайзером устанавливается не менее двух клапанов с минимальной суммар­ ной площадью 0,4 м2. В вертикальных цилин­ дрических котлах и в промышленных агрегатах с отводом продуктов сгорания под зонт взрыв­

прекращающей подачу газа при недопустимом отклонении давле­ ния газа от заданного, погасании пламени любой из основных го­ релок, нарушении тяги, прекращении подачи воздуха в горелки с принудительной подачей воздуха. Необходимость установки взрывных предохранительных клапанов и степень автоматизации системы газоснабжения печей, сушил и других агрегатов уста­ навливаются проектной организацией.

Помещения газифицированных цехов и котельных должны быть обеспечены средствами пожаротушения по нормам пожарного надзора.

§ X II.4. Применение газового топлива в промышленных печах

Широкое применение газового топлива в промышленных печах повышает экономичность их работы, позволяет совершенствовать технологию тепловых процессов и осуществлять их автоматическое

251

регулирование, упрощать обслуживание печей и улучшать сани­ тарно-гигиенические условия в производственных помещениях.

Назначение печей требует организации передачи тепла от газового факела и продуктов горения нагреваемым изделиям и ма­ териалам различными способами. Передача тепла может осущест­ вляться лучеиспусканием, конвекцией и теплопередачей. По способу применяемого теплообмена и достигаемой в рабочем пространстве температуры печи подразделяют на три группы [13]:

1)высокотемпературные (выше 1000° С), в которых преобла­ дает передача тепла лучеиспусканием;

2)среднетемпературные (650—1000° С), в которых одновремен­ но с передачей тепла лучеиспусканием приобретает значение теп­ лопередача конвекцией;

3)низкотемпературные (ниже 650° С), в которых преобладает передача тепла конвекцией.

Ввысокотемпературных печах газ сжигается непосредственно

врабочем пространстве печи, что обеспечивает передачу тепла нагреваемым изделиям или материалам в основном за счет луче­

ющихся вторичными излучателями. В среднетемпературных печах газ частично, а в низкотемпературных печах полностью сжигается в отдельной камере сгорания (топке). Направляемые в рабочую камеру продукты сгорания с необходимой температурой омывают нагреваемые изделия, передавая им тепло в основном за счет конвекции.

В большинстве промышленных печей применяют прямой (от­ крытый) нагрев изделий или материалов, при котором продукты сгорания непосредственно соприкасаются с нагреваемыми изде­ лиями или материалами. Но в ряде печей, например в термических, применяют косвенный нагрев, при котором нагреваемые изделия или материал изолированы от продуктов сгорания и тепло им передается через промежуточную поверхность нагрева, например через стенки муфеля, через радиационные трубы и т. п. В отдель­ ных печах во избежание угара металла за счет его окисления открытым пламенем применяют защитную безокислительную среду, создаваемую инертным газом в закрытом муфеле или сжиганием природного газа в печи с недостатком воздуха.

По технологическому назначению печи могут быть: нагрева­ тельными (кузнечными), термическими (для закалки, отпуска, отжига), плавильными (для плавки металлов, стекла), обжига­ тельными (для обжига фарфора, кирпича, извести), сушильными (для сушки песка, лакокрасочных покрытий) и др.

При переводе на газовое топливо промышленной печи опреде­ ленного назначения следует прежде всего решить вопрос о сохра­ нении или частичном или полном изменении конструкции печи. Затем, исходя из условий организации требуемого теплообмена, необходимо правильно выбрать тип, тепловую мощность и коли­

252

чество горелок, рационально разместить их на печи и правильно расположить дымоотводящие каналы с учетом размещения в печи материалов, подвергающихся тепловой обработке.

При выборе типа горелок для теплового агрегата следует учи­ тывать: его назначение, технологический и тепловой режим работы, конструкцию и размеры топочной камеры, размеры, коли­ чество и размещение обрабатываемых изделий или материалов, давление газа в газопроводе, давление в топочной камере, необ­ ходимость принудительной подачи воздуха и его подогрева, диа­ пазон регулирования тепловой нагрузки агрегата и отдельных горелок, потребность в резервном топливе и др.

Инжекционные горелки среднего давления обычно используют в небольших камерных печах шириной до 0,8 при однорядном и 1,5 м при двустороннем размещении горелок. Нецелесообразно их применять в печах с противодавлением более 2—3 мм вод. ст.

Горелки с принудительной подачей воздуха находят более широкое применение в агрегатах любого назначения, так как работают на низком и среднем давлений газа1и позволяют в более широких пределах регулировать тепловой режим агрегата. Неце­ лесообразно применять их там, где могут быть использованы инжекционные горелки. Атмосферные горелки находят примене­ ние в низкотемпературных печах (до 650° С) и сушилах.

Независимо от типа применяемых горелок располагать их надо так, чтобы исключалось ударное воздействие факела на нагреваемые изделия и материалы, так как это приводит к их местным перегревам и ухудшению качества.

Рассмотрим несколько примеров использования газового топ­ лива в промышленных печах. На рис. X II.5 показана переобору­ дованная на сжигание газа простейшая камерная нагревательная печь. Горелка низкого давления с принудительной подачей воз­ духа обеспечивает скоростной нагрев изделий до 1200—1400° С. Сжигание газа осуществляется непосредственно в рабочем про­ странстве печи, и изделия нагреваются в основном за счет излуче­ ния факела, продуктов сгорания и кирпичной кладки и частично за счет конвекции. Форма свода и расположение вытяжных кана­ лов в сочетании с большой энергией газовоздушной струи, выте­ кающей из горелки, создают условия для циркуляции продуктов сгорания газа и равномерного омывания ими изделий. При этом повышается общий коэффициент теплопередачи за счет конвек­ тивного теплообмена.

На рис. X II.6 приведена схема печи безокислительного на­ грева. Поступающий из горелки 4 газ сжигается с недостатком воздуха (а = 0,5 -i- 0,55), и в зоне А над изделиями образуется слой продуктов сгорания, содержащих окись углерода и водо­ род в соотношениях СО/С02 ^ 3,3 и Н 3/Н 20 ^ 1,25. Этот слой из-за недостатка кислорода обладает восстановительными свой­ ствами и защищает металл изделий от окисления. Дожигание газа с выделением дополнительного тепла происходит в зоне Б за счет

253

Рис, XII.5. Камерная нагревательная печь.

Рис. XI 1.6. Печь безокислительного нагрева металла.

1 —подвод холодного воздуха; 2 — рекуператор; 3 — выход горя­ чего воздуха; 4 —смесительная горелка; 5 — окно для эагрузки заготовок; 6 —подвод воздуха для дожигания газа.

254

воздуха, додаваемого через эжекторную установку 6. Продукты сгорания проходят через рекуператор подогрева воздуха 2 и далее отводятся в атмосферу. Использование тепла уходящих газов

врекуператоре повышает общий к. п. д. печи.

Втермической печи с площадью пода 0,5—0,8 м2 (рис. XI 1.7) требуется строгое поддержание заданной температуры. При не­ большом объеме рабочей камеры отсутствует необходимость

использования горелки с принудительной подачей воздуха и

Рис. ХЦ.7. Малая термическая печь с регулированием температуры.

применена инжекционная горелка среднего давления. Поддержа­ ние заданной температуры в печи обеспечивается автоматикой. При отклонениях температуры в рабочей камере от заданной изменяется э. д. с., развиваемая в термопаре 4. Это изменение преобразуется в регуляторе температуры 5 и исполнительном механизме 6 в усилие, меняющее степень открытия регулирующего крана 8 для соответственного изменения подачи газа в горелку.

В камерах для сушки литейных форм, стержней, песка тре­ буется поддержание не более 600° С. Эта температура ниже'точки воспламенения газа,'поэтому сжигание газа производится в топке, обособленной от рабочей камеры. Продукты сгорания поступают в рабочую камеру после охлаждения их за счет разбавления воз­ духом или рециркулирующими продуктами сгорания. На рис. X II.8 представлена камера для сушки литейных форм и

255

стержней. Сжигание газа производится инжекционными горел­ ками 2 среднего давления в боковых топочных камерах 3. Про­ дукты сгорания, охлажденные за счет теплопередачи стенкамч топочных камер, через распределительные отверстия поступает в рабочую камеру и отводятся из нее по дымоходу 4, расположен­ ному в середине камеры под тележкой 5, в вытяжную трубу 1.

Рис. XI 1.8. Сушильная камера с выносной топкой для литейных форм.

Взаиморасположение камер сгорания и дымохода обеспечивает хорошую циркуляцию продуктов сгорания вокруг тележки с про­ сушиваемыми литейными формами. Сочетание конвективного теплообмена от продуктов сгорания с теплопередачей от нагревае­ мого пода обеспечивает необходимую и равномерную темпера­ туру в рабочей камере.

§ X II.5. Применение газового топлива в котлах

Не менее эффективно, чем в промышленных печах, применение газового топлива в котлах, ранее работавших на твердом или жидком топливе или специально предназначенных для работы на газе.

Использование газового топлива в котлах повышает их к. п. д., создает условия для повышения их производительности, улучшает

и других вредных веществ, создает условия для полной автомати­ зации работы котельных без присутствия обслуживающего пер­ сонала, что особенно важно для сезонно работающих отопитель­ ных котельных. При переоборудовании котлов на газовое топливо несколько изменяются условия их работы по сравнению с рабо­ той на прежних видах топлива, так как изменяются размеры и

256

Б-Б

Рис. XII.9. Установка форкамерной горелки среднего давления на котлах «Универсал-6» и «Энергия-6» (по Укрги-

проинжпроекту).

257

259

давления. Комплект горелки состоит из газового коллектора с от­ верстиями-соплами, каналов смесителей и форкамеры мз огне­ упорного кирпича. Вытекающие из отверстий газового коллектора струи газа инжектируют 65—75% необходимого для горения воздуха, в каналах смесителей газ перемешивается с первичным воздухом, и образующаяся газовоздушная смесь нагревается до температуры воспламенения. В форкамере происходит сгорание большей части смеси, причем остальной необходимый для пол­ ного сгорания воздух поступает в форкамеру из атмосферы за счет разрежения в топке. Догорание газа происходит в топке.

Расположение отверстий-сопел газового коллектора с шагом 140 мм и строго соосных с ними каналов смесителей обеспечивает равномерное распределение тепла по длине топки, а раскаленные стенки форкамеры надежно стабилизируют процесс горения в ши­ роких пределах регулирования тепловой мощности горелки. Температура продуктов сгорания в форкамере, по данным Укргипроинжпроекта, 1000—1300, а на выходе из форкамеры — 800—1000° С.

Форкамерные горелки среднего давления с одним газовым кол­ лектором рассчитаны на номинальные расходы природного газа от 35 до 150 м3/ч при давлении его перед горелкой 3000 кгс/м2.

газовых коллектора с соответствующим числом рядов смевмтелей и общую форкамеру.

Номинальные расходы газа от 15 до 140 м3/ч при давлениях 130 или 200 кгс/м2. К недостаткам форкамерных горелок относят сложность выкладки каналов смесителей, большую высоту факела, достигающую 1000—1200 мм, и возможность разрушения смеси­ телей и форкамеры за счет высоких температур.

На рис. X II.10 показано разработанное Мосгазпроектом пере­ оборудование котла ДКВР на газовое топливо с применением горелок низкого давления с принудительной подачей воздуха. При хорошем перемешивании газа с воздухом сгорание смеси происходит в сравнительно коротком (не более 1,5 м) прозрачном факеле. Устойчивая работа в широком диапазоне регулирования давления газа (5—180 кгс/м2) обеспечивается керамическим тун­ нелем. Нижняя часть экранных труб на высоте 1,5 м защищена от возможного перегрева стенками из шамотного кирпича, сплош­ ными внизу и решетчатыми вверху. Задняя стенка топки засыпана горкой из битого шамотного кирпича высотой 1 м. Для кратко­ временной работы котла на резервном топливе в смотровые от­ верстия горелок размещают мазутные форсунки.

В качестве примера котлов, специально предназначенных для использования газового топлива, на рис. X II.11 показан котел ТВГ-4 конструкции Института газа АН УССР. Он изготовляется теплопроизводительностыо 1,5; 2,5; 4 и 8 Гкал/ч. Котел имеет развитую радиационную поверхность, состоящую из вертикаль-

260