Газоснабжение. Горение газов: Учебное пособие (Разделы 1-9. Газообразное топливо. Расчеты эффективности использования топлива), страница 46

Приведенные результаты исследования работы горелок в открытом пространстве имеют скорее теоретическое значение. Для изучения характеристик сжигания газа в условиях, близких к промышленным, была исследована работа инжекционной горелки среднего давления с керамическим туннелем (см. рис. 7.4, б и 6.6, б), установленной в экспериментальной топочной камере. Условия эксперимента исключали влияние вторичного воздуха, а пределы изменения избытка первичного воздуха составляли . Выход оксидов азота был исследован при избытке первичного воздуха до . Обобщенные результаты измерений качественно и количественно иллюстрируются графическими зависимостями, приведенными на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Зависимость содержания продуктов неполного сгорания и оксидов азота от коэффициента избытка первичного воздуха (инжекционная горелка с керамическим туннелем)

Результаты исследований показывают, что полное сгорание однородной газовоздушной смеси достигается только при избытке первичного воздуха не менее . При меньшем избытке начинается вполне закономерный рост концентрации CO, ацетилена и полициклических ароматических углеводородов (C₂, C₆, C₁₀ и высших). Кроме компонентов, приведенных на графиках, в продуктах сгорания при  обнаружены водород, этилен, метан и другие углеводороды. Анализ продуктов сгорания на наличие 3,4-бенз(а)пирена показал, что его средний выход при  ничтожен и не превышает 0,003 мкг/м³ газа. При снижении  до 0,75…0,8 средний выход 3,4-бенз(а)пирена возрастает в 250…270 раз и составляет 0,75…0,80 мкг/м³ газа. При этом в отдельных пробах содержание канцерогена было еще большим и достигало 2,6 мкг/м³ газа.

Приведенные графические зависимости подтверждают, что промежуточными веществами, принимающими участие в образовании 3,4-бенз(а)пирена и других соединений этого класса могут быть ацетилен, его производные и другие ненасыщенные углеводороды. Количественный характер зависимостей показывает также, что количество образующихся ПАУ очень мало по сравнению с количеством ацетилена.

Содержание оксидов азота в продуктах сгорания показано двумя кривыми. Верхняя кривая соответствует сжиганию газа в теплоизолированной камере при температуре 1250…1300 ºC и объемной плотности теплового потока в топке 300…350 кВт/м³. Время пребывания газов в топке составляло примерно 2 с. Характер этой кривой свидетельствует, что максимальный выход NO_x соответствует коэффициенту избытка первичного воздуха  и быстро снижается при его увеличении или снижении.

Нижняя кривая получена при сжигании газа в неизолированной топке, когда сгорание происходит при температуре 850…900 ºC и объемной плотности теплового потока в топочной камере 110…120 кВт/м³. Время пребывания газов в топке при этих условиях составляло 6…7 с. Значительное количество NO_x в таких условиях можно объяснить тем, что на интенсивность их образования влияние оказывает, прежде всего, уровень локальных температур во фронте пламени, который значительно превышает среднюю температуру в топочной камере.

Все представленные в графическом виде результаты исследований получены при установке инжекционных горелок в туннеле, длина и диаметр которого были равны 2,5d (d — диаметр огневого канала горелки). Увеличение длины туннеля до (6…8,5)d при неизменном диаметре не приводило к существенному изменению картины горения и содержания компонентов в продуктах сгорания при одинаковых избытках воздуха. Таким образом, длина туннеля при кладке высокотемпературных печей определяется не условиями полноты сгорания, а только требованиями стабилизации пламени в отношении отрыва.

8.3.2.2. Способы снижения вредных выбросов при сжигании газа

в тепловых установках с дутьевыми горелками

Горелки с принудительной подачей воздуха составляют другое большое, еще более разнообразное семейство устройств для сжигания газа в котлах и промышленных установках. Для ускорения смешения газа с воздухом в них применяется закрутка воздушного потока при помощи лопаточных регистров (см. рис. 7.6) или тангенциальная и улиточная подача воздуха в зону смешения (см. рис. 7.8).