Эффективность применения увлажнителя воздуха на газопотребляющих установках

1. Основные положения

При горении газообразных топлив можно представить два предельных случая.
К первому случаю относят горение заранее хорошо перемешанных газов с воздухом (в пределах избытка воздуха, индивидуально для каждой горелки ? = 1,03-1,1).
Поскольку диффузия в этом случае имеет второстепенное значение, скорость сгорания и полнота горения таких смесей определяется только скоростью химической реакции. Поэтому этот случай горения относится к кинематическому режиму горения.
Ко второму случаю относят горение не перемешанных систем газа с воздухом, в этом случае горение протекает одновременно с процессом смешения горючих газообразных компонентов с окислителем. 
Этот случай относят к области диффузионного режима горения.
Существенным внешним признаком горения хорошо перемешанных смесей (газа с воздухом) является полная бесцветность пламени ( прозрачность). 
Горение недостаточно перемешанных смесей характеризуется определенным своеобразным цветом пламени (белым или голубым). Цвет пламени зависит от состава смеси и от условий, в которых оно сгорает. Пламя становится светящимся.
Таким образом, в топочный объем поступает газообразное топливо, предварительно хорошо перемешанное с воздухом. Кислород (окислитель) этого топлива равнодоступен каждому элементарному объему газа. В результате газообразное топливо вступает в реакцию с молекулами кислорода, у которых предварительно разорваны связи. Образовавшиеся продукты промежуточных реакций (HCHO, OH, HCH и С), несмотря на цепной характер реакции, имеют возможность, быстро реагировать до образования конечных продуктов полного сгорания (CO2 и H2O), бла­годаря более тесному контакту с окислителем. В этих условиях скорость реакции настолько значительна, что не только промежуточные продукты (радикалы, формальдегиды, метанол, окись углерода и водород), но даже сажистые остатки, при малых избытках воздуха(1,05-1,09) и отно­сительно невысоких температурах ядра факела, могут в небольших количест­вах существовать только на начальных условиях зоны горения. 
Вышесказанное относится к однородным системам. Чем однород­нее система, тем лучше она перемешана, тем быстрее и полнее протека­ют цепные реакции, тем выше температура ядра факела, еще более уско­ряющая эти реакции. В результате полного реагирования свободный углерод в пламени отсутствует.

2. Подача увлажненного воздуха в зону горения.

Водяной пар с помощью устройства УВГ-Х.Хn подается в воздуховод непосредственно перед горелочным устройством. Происходит увлажне­ние воздуха, с одновременной турбулизацией потока. С точки зрения экономичности и наибольшего эффекта по экономии топлива количество влаги составляет 5-10% массово. Определение количества влаги в каждом конкретном случае для каждого типа горелок, топочной камеры и температу­ры горячего воздуха проводится с помощью газоанализатора. Этот газоанализатор определя­ет весь спектр продуктов полного и неполного сгорания в уходящих газах.
Эффективность увлажненного воздуха при смешении с газообраз­ным топливом объясняется следующими показателями:

  1. Система увлажненного воздуха с газом обладает абсолютной однородностью, поэтому весь процесс горения происходит быстро, и с пол­ным отсутствием продуктов химического недожога.
  2. Скорость распространения пламени при горении 2H2+O2 увели­чивается пропорционально концентрации паров воды.
  3. При сгорании водородно-кислородной смеси с присутствием водя­ных паров температура ядра факела увеличилась на 80 °С (Збаражский сахарный завод, котел ОП-50) по сравнению с сжиганием «сухих» компо­нентов (газ + воздух).
  4. Водяные «пары» способствуют рекомбинации радикалов
     H2O +HO2 =H2O2 + OH
  5. Увеличение температуры факела, происходит за счет частичного разложения увлажненного воздуха на радикалы ОН, которые при окисле­нии выделяют дополнительное количество тепла. Это тепло в дальнейшем приводит к экономии топлива в размере 5-6%.
  6. Наладка системы подачи увлажнителя (пара) к воздуху должна предусмотреть то максимальное количество пара, при котором темпера­тура ядра факела максимальна, избыток воздуха минимальный, температура уходящих газов неизменна (t= const), продукты химического недожо­га отсутствуют, а концентрация оксидов азота минимальна.
  7. Заказчику для наглядности в виде таблиц и графиков выдаются следующие зависимости:

    где Рпара - давление пара идущего на увлажнитель

3. Выводы

  1. Сжигание газа с увлажненным воздухом является новым методом высокоэффективного использования газообразного топлива для сжигания.
  2. За счет улучшения процессов окисления горючих компонентов топлива, получения однородной газо-воздушной смеси процесс горения топлива заметно сокращается. Распад паров воды в ядре факела на горючие радикалы (в основном на водород) дает возрастание темпера­туры ядра факела в среднем на 80-90°С, что приводит к заметному уменьшению расхода газа.
  3. Концентрация оксидов азота сокращается в среднем на 40-50%.
  4. Полностью отсутствуют продукты неполного сгорания.
  5. Промышленные испытания увлажнителя воздуха на котлах ДКВР-10, ОП-50 и др. показали свою высокую эффективность.

Руководителям предприятий рекомендуется внедрять вышеуказан­ную установку для снижения расхода топлива и уменьшения выбросов вредных веществ с уходящими газами в атмосферу.