Что такое беспламенное горение
Беспламенное горение
Смотреть что такое «Беспламенное горение» в других словарях:
беспламенное горение — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN flameless combustion … Справочник технического переводчика
беспламенное горение — beliepsnis degimas statusas T sritis chemija apibrėžtis Medžiagos degimas be liepsnos. atitikmenys: angl. flameless combustion rus. беспламенное горение … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Горение — спички … Википедия
Горение — экзотермическая реакция окисления горючего вещества, сопровождающаяся, как правило, видимым электромагнитным излучением и выделением дыма. В основе Г. лежит взаимодействие горючего вещества с окислителем, чаще всего кислородом воздуха. Различают… … Российская энциклопедия по охране труда
Горение — сложное, быстро протекающее химическое превращение, сопровождающееся выделением значительного количества тепла и обычно ярким свечением (пламенем). В большинстве случаев основу Г. составляют экзотермические окислительные реакции вещества … Большая советская энциклопедия
ТЛЕНИЕ БЕСПЛАМЕННОЕ — Горение твердого вещества (материала) при сравнительно низких температурах (400 600 °С), часто сопровождающееся выделением дыма. ГОСТ 12.1.044 89 … Комплексное обеспечение безопасности и антитеррористической защищенности зданий и сооружений
Сгорание — Горение спички Горение натрия Горение это сложный физико химический процесс превращения компонентов горючей смеси в продукты сгорания с выделением теплового излучения, света и лучистой энергии. Приближенно можно описать природу горения как бурно … Википедия
тление — 3.4 тление: беспламенное горение материала. Источник: ГОСТ Р 52272 2004: Материалы текстильные. Покрытия и изделия ковровые напольные. Воспламеняемость. Метод определ … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Беспламенное сжигание (беспламенное окисление)
| Рубрика: | Экономия топлива При производстве тепловой энергии. |
| Классификация технологии: | Технологический. |
| Статус рассмотрения проекта Координационным Советом: | Не рассматривался. |
| Объекты внедрения: | Промышленность. |
| Эффект от внедрения: | — для объекта: повышение производительности печи и сокращение выбросов оксидов азота; — для муниципального образования: улучшение экологической остановки, уменьшение расхода топлива. |
Общая характеристика
Технология беспламенного сжигания представляет собой предельное развитие методов разнесения горения и обеспечения рециркуляции газов в камере сгорания. Принцип действия регенеративных горелок представлен на рис.
Рисунок. Принцип действия регенеративных горелок
В двухпламенной системе HiTAC имеется пара регенеративных горелок, между которыми осуществляется постоянное переключение с относительно высокой частотой. Горелки размещаются в стенках камеры сгорания и работают поочередно. В то время, когда через одну горелку удаляются дымовые газы, отдавая тепло регенератору (аккумулятору тепла), воздух, поступающий в камеру через действующую горелку, подогревается за счет ранее накопленного в ней тепла. Система клапанов обеспечивает переключение потоков воздуха и дымовых газов с заданной частотой. При этом пламя «перемещается» от одной горелки к другой. Как правило, в камере сгорания используется несколько пар горелок, функционирующих таким образом.
В камеру сгорания поступает воздух, подогретый до высоких температур за счет тепла продуктов сгорания (>1000ºC). В традиционных системах такой подогрев привел бы к крайне высокой локальной температуре пламени и, как следствие, к интенсивному образованию NOx. Однако в
системах беспламенного (объемного) сжигания газообразное топливо и воздух вдуваются в камеру раздельно на высоких скоростях. Геометрия горелок и камеры сгорания в сочетании с высокими скоростями газов приводят к интенсивной циркуляции в камере и, в частности, к притоку продуктов сгорания к действующей горелке. Это приводит к снижению локальных концентраций O2 и пиковых температур пламени (двух основных факторов образования NOx).
Высокая температура воздуха горения (>1000°C), подогретого в рекуперативной или регенеративной горелке обеспечивает надежное воспламенение и стабильность этого режима горения. При этом реакции горения происходят во всем объеме камеры, и пламя практически невидимо для невооруженного глаза. Одной из основных характеристик этого процесса является относительная однородность температуры и химического состава внутри камеры.
Экологические преимущества
По данным испытаний, КПД при использовании горелок HiTAC на 35% превышает величины, достигаемые с использованием традиционных струйных горелок. Еще одним преимуществом систем HiTAC является более высокий коэффициент теплопередачи вследствие более однородного распределения температур. При испытаниях использовался сжиженный нефтяной газ (пропан). Распределение производимой энергии для горелок HiTAC и традиционных горелок представлено на рис.
Рисунок. Распределение производимой энергии для традиционных систем сжигания и горелок HiTAC (по данным испытаний)
Благодаря интенсивной циркуляции продуктов сгорания технология беспламенного сжигания позволяет значительно снизить выбросы NOx ( 3 при содержании кислорода 3%). Как показано на рис., использование этой технологии позволяет избежать резких пиков температуры в камере сгорания. Кроме того, на том же рисунке представлены области, соответствующие различным процессам горения в зависимости от температуры и концентрации кислорода.
Рисунок. Условия беспламенного горения
Производственная информация
Преимущества использования технологии HiTAC в печах включают:
В технологии HiTAC используется предварительный подогрев воздуха до очень высоких температур перед высокоскоростным вдуванием в печь. Режим беспламенного объемного горения обеспечивает полное сгорание топлива при очень низких уровнях кислорода. Результатом является более медленное и длительное горение, более низкая максимальная температура горения и более равномерное распределение температур, чем в традиционных печах. Это приводит, в частности, к сокращению выбросов NOx. Пламя в таких печах имеет характерный бледно-зеленый цвет.
Кроме того, данная технология сжигания использует раздельное вдувание воздуха и топлива в печь. Это также обеспечивает лучшие условия функционирования печи и вносит вклад в экономию топлива.
При промышленном применении технологии HiTAC’s топливные и воздушные сопла расположены на некотором расстоянии друг от друга. Топливо и горячий воздух вдуваются непосредственно в печь при высоких скоростях. Это создает условия для интенсивного перемешивания газов вблизи горелки и снижения парциального давления кислорода. Стабильность горения топлива, вдуваемого в зону с низким парциальным давлением кислорода, поддерживается в том случае, если температура предварительно подогретого воздуха превышает температуру воспламенения топлива.
В промышленных печах с использованием высокоэффективной регенерации тепла может быть достигнута температура воздуха горения 800-1350°C. Современные регенеративные теплообменники с высокой частотой переключения способны обеспечить утилизацию до 90% отходящего тепла, что создает условия для значительного энергосбережения.
Применимость
Нагревательные печи, потенциально пригодные для внедрения технологии беспламенного сжигания с использованием регенеративных горелок, широко применяются в нескольких отраслях европейской промышленности. Это, в частности, черная металлургия, производство кирпича и черепицы, цветная металлургия, а также литейное производство. Во время подготовки настоящего документа рассматривались также возможности применения данной технологии в небольших стекольных печах. При этом на одну только черную металлургию приходится 5,7% потребления первичной энергии в странах ЕС. Затраты на приобретение энергии составляют значительную часть производственных затрат в перечисленных отраслях.
Данная технология не всегда применима к уже существующим производственным линиям, поскольку конструкция печи должна допускать установку регенеративных горелок. Кроме того, горелки HiTAC весьма чувствительны к чистоте атмосферы: если в печи утилизируется технологический газ со значительным содержанием пыли, применение таких горелок может оказаться невозможным.
Экономические аспекты
Недостатком данной технологии является значительный объем капитальных инвестиций, необходимых для внедрения регенеративных горелок. Тем не менее, во многих случаях период окупаемости не превышает 3-5 лет. Важными факторами, которые должны учитываться при экономических оценках, являются повышение производительности печи и сокращение выбросов оксидов азота.
Мотивы внедрения
Важными факторами является повышение производительности печи и сокращение выбросов оксидов азота.
По материалам «Справочного документа по наилучшим доступным технологиям обеспечения энергоэффективности»
Здесь мы можем разместить контактную информацию о Вашей компании и ссылку на Ваш сайт
Как разместить контактную информацию
Для того чтобы добавить описание энергосберегающей технологии в Каталог, заполните опросник и вышлите его на c пометкой «в Каталог».
Скачать опросник
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Беспламенное горение
Беспламенное горение заключается в том, что топливо сжигается на поверхности некоторых огнеупорных материалов ( керамика, карборунд), катализирующих процесс горения, в результате чего видимого пламени не образуется, а поверхность огнеупорного материала сильно раскаляется. [1]
Беспламенное горение обычно сопровождается значительным шумом, вызываемым, по-видимому, пульса-ционным эффектом вспышек масс горючей смеси, поступающих в камеру сгорания с раскаленнными стенками. [2]
Беспламенное горение характеризуется тем, что горение готовой горючей смеси происходит в непосредственной близости с раскаленными керамическими поверхностями. Поэтому этот вид горения получил также назва-ние поверхностного. [4]
Беспламенное горение газа осуществляется путем соприкосновения горючих газовых смесей с нагретой поверхностью твердого тела, непосредственно у которой происходит горение. Горение газа на раскаленной поверхности твердых тел значительно ускоряется. [6]
Механизм беспламенного горения по Чуханову [22] представляется как гемогенно-гетерогенный. [8]
Характер беспламенного горения в слое зависит от характера коксообразования. Наиболее благоприятные условия для горения создаются при хорошо вспученном и пористом коксе. При образовании плотно спекшегося кокса доступ воздуха в слой прекращается и горение удается поддерживать только при соответствующей подломке и разрыхлении плотного слоя кокса. На характер коксообразования влияют прежде всего сорт угля и температурные условия в топке. [13]
Печи беспламенного горения успешно эксплуатируются при сжигании в них природт ного газа. [15]
БЕСПЛАМЕННОЕ ГОРЕНИЕ ГАЗОВ
В поисках способов интенсификации сжигания газов было также предложено так называемое б ес п л а м е н н о е горение, позволившее сжигать газовую смесь с большими тепловыми напряжениями объема камеры (порядка десятков мегаватт на метр кубический).
Беспламенное горение характеризуется тем, что горение готовой горючей смеси происходит в непосредственной близости с раскаленными керамическими поверхностями. Поэтому этот вид горения получил также название поверхностного.
У многих, занимающихся изучением этого вопроса, сложилось мнение, что причиной высоких тепловых напряжений при поверхностном горении является каталитическое воздействие керамических стенок горелки на скорость реакции.
Исследования, проведенные МЭИ по интенсификации сжигания газов, не подтвердили катали^ческого воздействия керамических поверхностей на процесс горения и одновременно позволили объяснить сущность беспламенного горения, заключающуюся в организации развитого зажигания газовой смеси в этих горелках.
Рис. 9-13. Туннельная горелка.
Рис. 9-12. Пористая диафрагма.
Рассмотрим типичные горелки и способы осуществления беспламенного горения с указанной точки зрения. Наиболее простой является пористая керамическая диафрагма (рис. 9-12). Газовоздушная смесь, подаваемая по трубе 1 в камеру 2 сгорает в пределах тонкого поверхностного слоя огнеупорной керамической диафрагмы 3. Это явление может быть объяснено следующим образом. В пористой керамической диафрагме газовый поток разбивается на множество мелких струек, которые при зажигании дают такое же количество микрофакелов. Очагами зажигания являются застойные зоны продуктов сгорания высокой температуры, условия образования которых вследствие пористости диафрагмы ©собенно благоприятны.
Из беспламенных наибольшее распространение получила туннельная горелка (рис. 9-13). В ней газовоздушная смесь по каналу 1 подается в туннель 2 диаметром
Етяется в виде цилиндра из керамического огнеупорного материала. Газоподводящий канал 1 у входа в туннель сужается для создания такой скорости газовоздушной смеси, при которой исключается возможность обратного проскока пламени. Этот канал часто выполняется в виде инжектора, причем подаваемый в него под давлением газ инжектирует воздух, создавая газовоздушную смесь.
Сжигание газа в туннельных горелках с большими тепловыми напряжениями объясняется следующим образом. Вытекающая из канала
I Газовоздушная смесь увлекает газ из окружающего струю пространства abc, в результате чего в этих местах создается зона разрежения, которая вызывает приток продуктов сгорания высокой температуры из зоны горения к устью канала. В пространстве abc между расширяющейся струей и стенками начального участка туннеля создаются вихревые зоны продуктов сгорания высокой температуры, из них продукты сгорания расходуются, увлекаемые струей, и при одновременном притоке горячих газов. Увлеченные в струю продукты сгорания нагревают газовоздушную смесь и тем самым подготавливают ее к воспламенению. Кроме того, на стенках туннеля, на участке cd, благодаря шероховатостям керамики образуется застойная пленка продуктов сгорания, которая также способствует лучшему зажиганию смеси. Таким образом, эффект беспламенного горения в туннельной горелке объясняется развитым зажиганием смеси за счет застойных вихревых зон высоконагретых продуктов сгорания, которые переносят тепло из зоны горения в свежую смесь, вытекающую из горелки, и за счет застойной пленки продуктов сгорания у стенок туннеля.
Из такого объяснения беспламенного горения в туннельной горелке следует, что если уничтожить вихревые зоны и шероховатость стенок, то этим будет исключена возможность получения беспламенного горения.
Для проверки этих теоретических предположений были поставлены опыты по зажиганию газов в туннельной горелке. Горючая смесь подавалась в кварцевую трубку ^р, ис. 9-14) через подводящий канал и конический раструб, обеспечивающий истечение струи без отрыва от стенок. Такое выполнение горелки дало возможность исключить участки застойных ‘вихревых зон, а влияние застойной пленки продуктов сгорания у стенок горелки уменьшить до минимума. В этой горелке не удалось получить беспламенного горения: при малых скоростях газовой смеси имело место факельное горение у выходного сечения туннеля. При увеличении скорости свыше 1,25—1,4 м/с факел открывался и погасал. При удалении раструба благодаря восстановлению вихревых зон горячих продуктов сгорания в туннеле в горелке осуществлялось сжигание газа с такими же высокими тепловыми напряжениями, как и в туннельных керамических горелках.
Следовательно, опытами установлено, что уничтожение вихревых зон и сведение к минимуму влияния застойной пленки предуктов сгорания у стенок исключает возможность получения беспламенного горения в туннельной горелке.
Таким образом, объяснение физической сущности беспламенного горения в туннельных горелках соответствует действительности.
Получение высоких тепловых напряжений в беспламенных керамических горелках не означает, что в этих горелках газ сжигается с высокой интенсивностью. Опыт показывает, что в этих горелках горение возможно при сравнительно малых скоростях.
Беспламенное сжигание (беспламенное окисление)
Общая характеристика
Технология беспламенного сжигания представляет собой предельное развитие методов разнесения горения и обеспечения рециркуляции газов в камере сгорания. Принцип действия регенеративных горелок представлен на рис.
Рисунок. Принцип действия регенеративных горелок
В двухпламенной системе HiTAC имеется пара регенеративных горелок, между которыми осуществляется постоянное переключение с относительно высокой частотой. Горелки размещаются в стенках камеры сгорания и работают поочередно. В то время, когда через одну горелку удаляются дымовые газы, отдавая тепло регенератору (аккумулятору тепла), воздух, поступающий в камеру через действующую горелку, подогревается за счет ранее накопленного в ней тепла. Система клапанов обеспечивает переключение потоков воздуха и дымовых газов с заданной частотой. При этом пламя «перемещается» от одной горелки к другой. Как правило, в камере сгорания используется несколько пар горелок, функционирующих таким образом.
В камеру сгорания поступает воздух, подогретый до высоких температур за счет тепла продуктов сгорания (>1000ºC). В традиционных системах такой подогрев привел бы к крайне высокой локальной температуре пламени и, как следствие, к интенсивному образованию NOx. Однако в
системах беспламенного (объемного) сжигания газообразное топливо и воздух вдуваются в камеру раздельно на высоких скоростях. Геометрия горелок и камеры сгорания в сочетании с высокими скоростями газов приводят к интенсивной циркуляции в камере и, в частности, к притоку продуктов сгорания к действующей горелке. Это приводит к снижению локальных концентраций O2 и пиковых температур пламени (двух основных факторов образования NOx).
Высокая температура воздуха горения (>1000°C), подогретого в рекуперативной или регенеративной горелке обеспечивает надежное воспламенение и стабильность этого режима горения. При этом реакции горения происходят во всем объеме камеры, и пламя практически невидимо для невооруженного глаза. Одной из основных характеристик этого процесса является относительная однородность температуры и химического состава внутри камеры.
Экологические преимущества
По данным испытаний, КПД при использовании горелок HiTAC на 35% превышает величины, достигаемые с использованием традиционных струйных горелок. Еще одним преимуществом систем HiTAC является более высокий коэффициент теплопередачи вследствие более однородного распределения температур. При испытаниях использовался сжиженный нефтяной газ (пропан). Распределение производимой энергии для горелок HiTAC и традиционных горелок представлено на рис.
Рисунок. Распределение производимой энергии для традиционных систем сжигания и горелок HiTAC (по данным испытаний)
Благодаря интенсивной циркуляции продуктов сгорания технология беспламенного сжигания позволяет значительно снизить выбросы NOx ( 3 при содержании кислорода 3%). Как показано на рис., использование этой технологии позволяет избежать резких пиков температуры в камере сгорания. Кроме того, на том же рисунке представлены области, соответствующие различным процессам горения в зависимости от температуры и концентрации кислорода.
Рисунок. Условия беспламенного горения
Производственная информация
Преимущества использования технологии HiTAC в печах включают:
В технологии HiTAC используется предварительный подогрев воздуха до очень высоких температур перед высокоскоростным вдуванием в печь. Режим беспламенного объемного горения обеспечивает полное сгорание топлива при очень низких уровнях кислорода. Результатом является более медленное и длительное горение, более низкая максимальная температура горения и более равномерное распределение температур, чем в традиционных печах. Это приводит, в частности, к сокращению выбросов NOx. Пламя в таких печах имеет характерный бледно-зеленый цвет.
Кроме того, данная технология сжигания использует раздельное вдувание воздуха и топлива в печь. Это также обеспечивает лучшие условия функционирования печи и вносит вклад в экономию топлива.
При промышленном применении технологии HiTAC’s топливные и воздушные сопла расположены на некотором расстоянии друг от друга. Топливо и горячий воздух вдуваются непосредственно в печь при высоких скоростях. Это создает условия для интенсивного перемешивания газов вблизи горелки и снижения парциального давления кислорода. Стабильность горения топлива, вдуваемого в зону с низким парциальным давлением кислорода, поддерживается в том случае, если температура предварительно подогретого воздуха превышает температуру воспламенения топлива.
В промышленных печах с использованием высокоэффективной регенерации тепла может быть достигнута температура воздуха горения 800-1350°C. Современные регенеративные теплообменники с высокой частотой переключения способны обеспечить утилизацию до 90% отходящего тепла, что создает условия для значительного энергосбережения.
Применимость
Нагревательные печи, потенциально пригодные для внедрения технологии беспламенного сжигания с использованием регенеративных горелок, широко применяются в нескольких отраслях европейской промышленности. Это, в частности, черная металлургия, производство кирпича и черепицы, цветная металлургия, а также литейное производство. Во время подготовки настоящего документа рассматривались также возможности применения данной технологии в небольших стекольных печах. При этом на одну только черную металлургию приходится 5,7% потребления первичной энергии в странах ЕС. Затраты на приобретение энергии составляют значительную часть производственных затрат в перечисленных отраслях.
Данная технология не всегда применима к уже существующим производственным линиям, поскольку конструкция печи должна допускать установку регенеративных горелок. Кроме того, горелки HiTAC весьма чувствительны к чистоте атмосферы: если в печи утилизируется технологический газ со значительным содержанием пыли, применение таких горелок может оказаться невозможным.
Экономические аспекты
Недостатком данной технологии является значительный объем капитальных инвестиций, необходимых для внедрения регенеративных горелок. Тем не менее, во многих случаях период окупаемости не превышает 3-5 лет. Важными факторами, которые должны учитываться при экономических оценках, являются повышение производительности печи и сокращение выбросов оксидов азота.
Мотивы внедрения
Важными факторами является повышение производительности печи и сокращение выбросов оксидов азота.