Procese și aparate la arderea gazului

Generalitati

Prezenta lucrare de curs se elaboreaza in cadrul disciplinei Procese si aparate de ardere a gazelor combustibile.

In lucrare se va alege tipul, numarul si se va efectua calculul de dimensionare a arzatoarelor pentru cazane si agregate, care se trec la functiune cu gaze combustibile.

1.Notiuni generale privind arderea combustibilului gazos.

1.1 Aspectul fizic al arderii.

In general arderea cuprinde doua procese importante:

a) amestecarea combustibilului cu oxigen (proces de contact fizic dintre combustibil si aer comburant);

b) desfasurarea reactiilor chimice de oxidare.

Tipul necesar pentru arderea cobustibilului cuprinde timpul pentru realizarea contactului fizic dintre combustibil si oxidant si timpul pentru desfasurarea reactiei chimice de oxidare.

In cazul in care combustibilul este amestecat cu oxidant intr-un process separat, care preda faza de ardere, arderea se desfasoara intr-un amestec omogen, iar timpul caracteristic fazei de anestecare este nul, =0.

In cazul in care, in camera de ardere combustibilul si oxidantul sunt introdusi separat, astfel incit inainte de a se desfasura reactia de ardere trebuie sa se produca prin difuzie contactul intre combustibil si oxidant, tipul caracteristic fazei de amestecare, denumit timp de difuzie, .

1.2 Instalatii pentru arderea gazelor combustibile.

Toate etapele descrise anterior (amestecarea, incalzirea amestecului si arderea se realizeaza) in arzatoarele si camerele de ardere numite focare.

Arzatoarele de gaze sunt dispozitive destinate pentru introducerea in spatiu de ardere a cantitatilor necesare de gaze combustibile si oxidant, aer sau oxigen, asigurind:

- amestecul gazului combustibil cu oxidant (comburant);

- transportarea amestecului format catre locul de ardere;

- arderea gazelor precedata de faza de incalzire a amestecului.

Se deosebesc arzatoare cu sau fara amestec prealabil.

Arzatoarele fara amestec prealabil, denumite si arzatoare cu aer secundar contin un canal de gaz si un canal de aer, in timp ce arzatoarele cu amestec prealabil,denumite arzatoare cu aer primar, au in plus o camera de amestec.

Arzatoarele de combustibil gazos se pot clasifica dupa diverse criterii.

- arzatoare cu amestecare preliminara completa, in care amestecul gaz-aer se realizeaza in interiorul arzatorului, astfel ca la iesirea din arzator sa se obtina un amestec combustibil cu coeficientul de exces de aer ,si care funtioneaza conform principiului cinetic;

- arzatoare cu amestecare preliminara partiala a gazelor cu aer in interiorul arzatorului;

- arzatoare cu amestecare ezterioara(in spatiul focarului, in limitele flacarii).

Simultan clasificarii de baza, arzatoarele pot fi clasificate si in conformitate cu urmatoarele criterii:

- presiunea gazelor combustibile:

- arzatoare de joasa presiune (pina la 5KPa);

- arzatoare de presiune medie (5…300KPa);

- arzatoare de presiune inalta (300…600KPa);

- principiul de actiune a aerului:

- arzatoare, in care este partial sau total injectat datorita energiei cinetice a gazului (energia jetului de gaze combustibile);

- arzatoare fara insuflare, in care aerul este aspirat datorita asigurarii depresiunii (tirajului ) in focar;

- arzatoare cu insuflarea aerului in focar, organizata cu ajutorul unei instalatii de ventilatoare.

- modalitatea de realizare a arderii:

- arzatoare, la care arderea are loc in spatiul focarului cu flacara vizibila;

- arzatoare, la care arderea este cu flacara invizibila si are loc in tuneluri din material refractar.

1.3.Clasificarea arzatoarelor de combustibil gazos

Arzatoarele de combustibil gazos se pot clasifica dupa diverse criterii.Un criteriu important care tine seama de procesele fizice ale arderii il constituie modul de realizare al amestecului gazului si aerului . In acest caz arzatoarele se pot clasifica in trei grupe principale :

1) arzatoare cu amestecare preliminara completa , in care amestecul gaz-aer se realizeaza in interiorul arzatorului , astfel ca la iesire din arzator sa se obtina un amestec combustibil cu coeficientul de axces de aer α >1 , si care functioneaza conform principiului cinetic ;

2) arzatoare cu amestecare preliminara partiala a gazelor cu aer in interiorul arzatorului α < 1 si finisare procesului de amestecare in zona de ardere prin introducerea separate a restului de aer in spatial de ardere , si care functioneaza conform principiului cinetico-difuzional (flacara Bunzen) ;

3) arzatoare cu amestecare exterioara (in spatial focarului , in limitele flacarei) , care organizeaza introducerea aerului si gazelor combustibile in spatial de ardere in fluxuri separate cu curenti paraleli sau incrucisati si care functioneaza conform principiului difuzional .

La arzatoarele cu amestecare preliminara completa , caracteristica flacarii va depinde de gradul de perfectiune al amestecarii realizat la iesire din arzator (dispersia concentratiilor de amestecare realizate in arzator) .

La gradul de perfectiune ridicata a amestecarii (dispersia redusa a concentiilor ) flacara va fi scurta , puterea si temperatura in zona de ardere vor fi mari si coeficientul de emisie radiala a flacarii redus (flacari transparente).