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
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.