Молька В. Три Э в отоплении промышленных зданий

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.6. Светлый излучатель.

Рис.7. Характер излучения светлых излучателей.

II.4.2. Газовые темные (трубчатые) инфраизлучатели.

II.4.2.1. Конструкция темного излучателя.

Обычно темные излучатели состоят из атмосферной горелки, построенной на

принципе Вентури, излучающих труб, отражателей, вентилятора и системы

обеспечения подачи и сгорания газового топлива.

Разряжение, создаваемое вентилятором в трубах, приводит к тому, что под

атмосферным давлением через калибрированное отверстие в трубы поступает воздух.

Горелки обычно сконструированы так, чтобы обеспечить максимально возможное

смешевание газа и воздуха. Некоторые изготовители в своих горелках применяют

приспособления для рекуперативного подогрева воздуха отработанными газами. Зажиг

смеси выполняется электродом, который в процессе сгорания газа осуществляет

мониторинг наличия пламени. Горелки снабжены электроникой контроля пламени.

Имеются устройства, которые используют электронику, способную определять

состояние работоспособности обогревателя. К вентилятору и к трубам излучателей

предъявляются повышенные требования с точки зрения надежности и

термоустойчивости, поскольку и трубы и вентилятор соприкасаются с

высокотемпературной и агрессивной средой. При этом необходимо обеспечить

высокий лучистый КПД обогревателей. Сама по себе высокая излучающая

способность устройства не гарантирует высокий КПД излучателя. Многое зависит от

отражателей, поскольку они направляют значительную часть лучевой энергии в

рабочую зону.

Отражатель в ИК-обогревателе – это без преувеличения, главная часть изделия.

Важны не только материал, но и геометрия отражателя, которая обеспечит правильное

направление лучей в рабочую зону (об отражателях см. ниже по тексту ).

Рис.8. Характер излучения темных излучателей.

О конструктивных особенностях излучателей фирмы «ADRIAN»

Конструкция тёмных излучателей ADRIAN RAD направлена на максимальную

экономию первичного носителя (например, природного газа), которая достигается:

- Использованием качественных компонентов, материалов и технологий. Это

решающим образом влияет на сроки бесперебойной эксплуатации и на

лучистые свойства.

- Использованием патентов и изобретений. Применение горелки Вентури,

например, уменьшает влияние температурных шоков на материал

излучающей трубы, повышает эффективность передачи тепла и качество

сгорания.

- Использованием элементов рекупирации тепла и рециркуляции продуктов

сгорания повышается общая эффективность устройства и, кроме этого,

излучатели становятся более щадящими для жизненной среды.

- Применением качественных систем управления на базе микропроцессорной

техники, которые способны удовлетворить требования заказчика и сделать

более эффективной эксплуатацию отопления.

- Использованием специальных датчиков температуры, способных правильно

определять температуру воздуха и лучевую добавку к ней. Это приводит к

значительной экономии газа.

- Исключительными техническими решениями, которые гарантируют

долговременную эксплуатацию без неисправностей с гарантированными

параметрами. Например, применением элементов, снижающих влияние

температурных расширений конструкции обогревателя (гибкие колена-

компенсаторы, кронштейны с роликами и т.д)

Рис. 9. Газовый инфракрасный темный излучатель фирмы АО «Adrian».

Типичная схема конструктивного исполнения тёмного газового

инфраизлучателя, который использует вышеприведённые свойства.

II.4.3.Супертёмные излучатели.

Рис.10. Характер излучения супертемного излучателя.

Рис.11. Супертемный излучатель.

Супертемные (компактные) излучатели были разработаны как реакция

инженерной мысли на изменившееся качество строительных материалов и

изменившийся характер зданий. От стандартных темных излучателей они отличаются

рядом параметров:

а) мощность горелки может достигать нескольких сот кВт;

б) супертемные излучатели оснащены трубами бóльшего диаметра;

в) супертемные излучатели оснащены изолированными отражателями;

г) благодаря принудительной циркуляции дымовых газов была получена почти

равномерная температура на всей длине излучателя;

д) часть дымовых газов выводится из системы (выводимое количество дымовых газов

оптимизировано в зависимости от режима работы горелки);

е) длина излучающих труб составляет от десятков до сотен метров;

ж) мощность может регулироваться в границах 10-100% (правда, у большинства

моделей имеется лишь 2-х ступенчатая регулировка);

з) супертемные излучатели можно устанавливать на высоте 4 м.

II.4.4. Сравнительные характеристики обогревателей.

Табл. 3.а. Сравнительная таблица ГЛО.

Параметр Светлые Темные Супертемные

Поверхностная

температура

+800-1200°С Эффективная

(+400°С)

Эффективная (+150-

200°С)

Добавка лучистой

температуры

~7- 10°С ~ 4-5°С ~ 2°С

Мощность

излучения на 1 м

100-140 кВт 6-8 кВт 1-2 кВт

КПД лучистой

составляющей

<72% 45-65% 25-45%

Длина волны* 1,55-2,55 мкм 3,6-8,1 мкм 6-14 мкм

Необходимость

вентиляции

помещения

Да (нет отвода

отработанных газов)

Нет (есть вывод

отработанных газов)

Нет (есть вывод

отработанных газов)

Использование для

отопления рабочих

помещений

Ограничено Неограничено для

типичных объектов

Для объектов с

хорошими

теплотехническими

свойствами

*Имеется ввиду длины волн на которых передается основное количество энергии.

Таблица 3б. Сравнительная таблица ГЛО.

Лучистое тепло

используемое в

рабочей зоне

Потери с ды-

мовыми газами

Конвекция абсорбция

Светлые 65% 30% 3-6%

Темные 60% 10-15% 20% 3-6%

супертемные 25-45% 5-10% 45-70%

Как резюме сравнения разных излучателей можно констатировать, что каждый

тип помещения требует своего способа отопления (своего типа излучателя).

Любое шаблонное решение несет с собой угрозу получения результатов,

отличающихся от ожидаемых, отсутствия теплового комфорта, дискредитации самой

идеи лучистого отопления и, тем самым, отказа от лучистого отопления как такового.

Примеры, когда непрофессиональное дилетантское отношение фирм-поставщиков ко

всему комплексу работ, связанных с лучистым отоплением (расчет, выбор,

проектирование, монтаж, наладка систем отопления), приводило к дискредитации

данного вида отопления, известны и специалистам, и потребителям.

II.5. Немного о топливе и горелках.

II.5.1. Газообразное топливо.

Хотя горелки в принципе могут работать на сжиженных газах и на коксогазе, но

на практике преимущественное использование получил природный газ. Природный газ

различных месторождений из трубопроводов высокого и среднего давления после

редуцирования в газорегулирующих установках (ГРС, ГРП, ГРУ) поступает в

газопроводы низкого давления с нормируемым избыточным давлением газа до

изб

<50 мбар. Обычно эксплуатационное давление газа в отечественных сетях низкого

давления не превышает 18 мбар.

Сжиженные пропан-бутановые смеси поступают к потребителям в цистернах

или баллонах. Перед сжиганием сжиженный газ регазифицируется. У потребителей

малой мощности регазификация осуществляется путем снижения давления газовой

фазы в емкости при отборе газа. Регулирование давления газовой фазы осуществляется

местным регулятором, настраиваемым на низкое давление.

Состав магистрального природного газа зависит от месторождения или состава смеси

газов различных месторождений и состоит преимущественно из метана СН

=65–98 % и

небольшого количества более тяжелых углеводородов. Негорючими компонентами

(балластом) в составе природного газа чаще всего являются азот и углекислый газ.

Теплоемкость природного газа Q

=31–40 мДж/м

. Плотность при нормальных

условиях ρ=0,72–0,85 кг/м

Сжиженные технические смеси пропан-бутана должны содержать не менее 93 %

пропан-бутановых (С

+С

) фракций. Теплоемкость в пересчете на 1 м

регазифицированной пропан-бутановой смеси при нормальных условиях Q

=92,2

мДж/м

. Плотность при нормальных условиях ρ=2,2–2,4 кг/м

II.5.2. Особенности сгорания.

Сжигание топлива осуществляется в атмосферном воздухе, состоящем из

окислителя – кислорода О

(21 %) и инертного, не участвующего в горении азота N

(78 %).

При сжигании газового топлива происходит окисление его горючих

компонентов. При этой химической реакции освобождается большое количество тепла.

Сжигание происходит тогда, когда выполнены следующие условия:

• газ соприкасается с кислородом;

• смесь газа и воздуха должна подогреться до температуры воспламенения (для

различных газов +450-650ºС). Такой температуры можно достичь местным

согреванием газо-воздушной смеси ( например, искрой электрода розжига или

зажженной спичкой);

• соблюдено объемное соотношение между газом и воздухом, т.е концентрация

газа в смеси находится в пределах воспламеняемости.

Теоретически необходимое для полного сжигания горючих компонентов газа

количество воздуха расчитывается по составу газа и для природного газа различных

месторождений составляет V

=8,5–10 м

/м

, а для сжиженного газа V

=24–30 м

/м

. Как

бы ни было совершенно газогорелочное устройство (ГГУ), его работа в режимах,

соответствующих подаче на горение теоретически необходимого объема воздуха,

сопровождается потерями от химической неполноты сгорания. Взаимная диффузия

топлива и окислителя при образовании газовоздушной смеси затрудняется наличием

балластных газов и образующихся продуктов сгорания, что объясняет необходимость

работы ГГУ с большими расходами воздуха на горение. Соотношение действительного

количества воздуха, поступающего на горение и теоретически необходимого,

определяется коэффициентом избытка воздуха: α=V

Значение коэффициента избытка воздуха работающего теплогенератора может

быть определено на основании результатов газового анализа продуктов сгорания по

содержанию в них кислорода О

(%) или углекислого газа СО

(%).

Расчеты α из концентрации СО

α=СО

2 макс

/ СО

2 действ

(%/%) , причем СО

2 макс

=11,8%

или исходя из концентрации О

α=20,9/ (20,9-О

2 измеренное в выхлопе

)(%/%)

Коэффициент избытка воздуха должен удерживаться на таком уровне, чтобы,

во-первых, смесь была в пределах «обедненная-обогащенная» (в этом диапазоне смесь

воспламеняется), во-вторых, чтобы обеспечить максимально эффективное сгорание (с

низким содержанием СО в эмисиях) и в-третьих, чтобы не обогревать лишний

воздух, вследствии чего понижается температура пламени и эффективность

отопления.Воспламенить гомогенную смесь природного газа и воздуха можно только в

том случае, если соотношение газ-воздух находится между нижней (смесь «бедная»,

концентрация газа более 5,3 %, т. е. α≤1,8) и верхней границей воспламенения (смесь

«богатая», концентрация газа менее 14 %, т. е. α>0,65). Результирующее значение

коэффициента избытка воздуха для всех типов горелочных устройств α>1 и для

атмосферных ГГУ темных инфраизлучателей, при работе с номинальной нагрузкой,

находится в эксплуатационном диапазоне α

=1,7–1,8.

500

1000

1500

2000

2500

0 0,5 1 1,5 2

коэффициент избытка воздуха.

температура факела.

Рис. 12. Зависимость температуры факела от коэффициента избытка воздуха.

Необходимо заметить, что разбавление продуктов сгорания избыточным воздухом

(с ростом α) приводит к снижению теоретической температуры сгорания топлива и,

следовательно, к снижению интенсивности теплообмена в трубе излучателя, а также к

увеличению объема продуктов сгорания и, как следствие, к росту потерь энергии с

уходящими газами. Поэтому вполне оправданным является стремление работать с

минимальными значениями коэффициента избытка воздуха. Однако эффективность

работы конкретного ГГУ определяется не только значением эксплуатационного

коэффициента избытка воздуха, но и полнотой сжигания горючих компонентов газа.

Продукты неполного сгорания в дымовых газах: оксид углерода (СО), метан (СН

водород (Н

) – не только загрязняют окружающую среду, но являются также прямыми

потерями химической энергии топлива. Именно значение потерь от химической

неполноты сгорания топлива в первую очередь определяет значение

эксплуатационного коэффициента избытка воздуха ГГУ.

Для того чтобы ГГУ работало стабильно, между скоростью поступающего газа и

количеством всасываемого воздуха должно быть равновесие. Если скорость сжигания

будет больше чем проточная скорость смеси газ-воздух, то пламя будет проскакивать

в горелке. Смесь в этом случае сжигается недостаточно. Такое явление возможно при

понижении давления газа, вследствии чего понижается его проточная скорость.

Наоборот, если скорость поступления смеси больше необходимой, то пламя

отрывается от горелки и может погаснуть.

II.5.3.О горелках

Надежная и эффективная работа децентрализованной системы теплоснабжения

здания в значительной степени зависит от теплотехнических и эксплуатационных

характеристик теплогенератора, обеспечивающего тепловой энергией излучатель. В

качестве первичного энергоносителя в подавляющем большинстве случаев

используется химическая энергия газообразного углеводородного топлива: природного

газа или регазифицированного сжиженного газа (пропан-бутановые смеси).

Совершенно очевидно, что используемое в теплогенераторе ГГУ, как основное

топливоиспользующее оборудование, будет в значительной степени определять его

теплотехнические, экологические и потребительские качества.

Для эффективного сжигания топлива горелочное устройство выполняет

следующие функции:

• подготавливает топливо и воздух для сгорания, придавая им требуемые

направление и скорость движения (в некоторых случаях в горелке

происходит предварительный подогрев газа или воздуха или их смеси);

• подготавливает горючую смесь (смешивает газовое топливо и воздух );

• осуществляет подачу подготовленной горючей смеси в рабочее

пространство, стабилизирует воспламенение .

В зависимости от типа, горелочное устройство может предназначаться для

выполнения только части перечисленных функций.

Процесс сжигания газообразного топлива можно условно разделить на три

основные стадии:

• смешение топлива с воздухом для сгорания;

• подогрев топливовоздушной смеси до температуры воспламенения;

• собственно процесс сгорания, т. е. реакция окисления горючих компонентов

топлива кислородом воздуха, которая протекает практически мгновенно.

Первые две стадии требуют гораздо больше времени и поэтому смешение в

значительной степени определяет весь процесс сжигания, характер пламени факела, а

следовательно – распределение температур в рабочем пространстве.

Стадия смесеобразования оказывает существенное влияние на горение и может

осуществляться или как предварительная (подготовительная) стадия, или происходить

параллельно с другими процессами.

В излучателях применяются дутьевые (реже) или инжекционные (их называют

еще «атмосферные») газовые горелки.

Основным преимуществом атмосферных ГГУ является их эксплуатация без

наддувных вентиляторов для принудительной подачи воздуха. Процесс

смесеобразования в них осуществляется за счет разрежения в камере сгорания

(например, в трубе), создаваемого отсасывающим вентилятором, а также за счет

кинетической энергии газовой струи, выходящей из дозирующего сопла горелки,

которая и эжектирует воздух. По степени завершения процесса предварительного

смесеобразования газа с воздухом (перед воспламенением) атмосферные ГГУ

подразделяются на следующие категории:

- диффузионные – без предварительного образования смеси газа и воздуха (иногда их

обозначают «jet»);

- кинетические – с полным предварительным смешением газа и всего воздуха,

требуемого для сгорания («premix»);

- диффузионно-кинетические – с неполным предварительным смешением части

воздуха, необходимого для полного сгорания (первичного воздуха) и газа.

Стадии смесеобразования в атмосферных ГГУ являются наиболее важными, т. к.

стабилизация пламени, экологические показатели и надежность эксплуатации ГГУ в

значительной мере определяются именно обеспечением стабильности условий

образования газовоздушной смеси в различных режимах сгорания.

Горелка фирмы «ADRIAN» сконструирована таким образом, что имеется три

контура смешивания воздуха и газа. Первичный контур 1 использует как

кинетическую энергию втягиваемого вентилятором воздуха, так и принцип

эжектирования воздуха газовой струей. В первичном контуре 2 происходит

смешивание воздуха и газа в основном за счет кинетической энергии воздуха. Оба

первичных контура создаются отверстиями (для каждого контура свое количество) с

разным наклоном, разными местами расположения по отношению к струе воздуха и с

разными диаметрами. На работу всей горелки значительным способом влияет

взаимное расположение калибрированного отверстия газового шкафа, через которое

вентилятор втягивает воздух в смесительную камеру и 10 отверстий двух первичных

контуров. Во вторичном контуре на конце (срезе) горелки процесс образования

газовой смеси завершается. Такая конструкция газовой горелки позволяет иметь

практически идеальные параметры сгорания газовой смеси и получать уровни эмиссий

выхлопных газов гораздо ниже нормативно установленных для этого класса горелок.

Кроме этого обеспечивается стабильность работы горелки без отрыва и

проскакивания пламени, а также стабильность запуска при низких температурах.

Рис.13. Схема горелки фирмы «Adrian» (Словакия).

Тёмный газовый инфраизлучатель .

прокладка

Подача газа

Отвод продуктов сгорания

Поступление воздуха

Камера

сгорания

форсунка

Газовый блок

редукция3/8“ - 1/2“

Электрод розжигания и

ионизации

Управляющая

электроника

Питание- 230V, 50Hz

Блок электромагнитной

совместимости

Вентилятор

Прессостат

прокладка

прокладка прокладка

прокладка

Сигнализация работы горелки

Камера предварительного

нагрева воздуха для сгорания