Басниев К.С. Энциклопедия газовой промышленности

Подождите немного. Документ загружается.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГАЗА

ц: Относительный массовый расход

всасываемый

ырувй

0,15

0,25

'S.

««««<<«»<«*

10 20

М:

массовый всасываемый расход

Од: массовый начальный расход струи

Т,: температура окружающая

(К)

: температура начальная струи

(К)

D: диаметр выхода горелки

расстояние

от

рассматриваемого

сечения струи

до

выхода горелки

X/D

»»

Относительный

всасываемый

расход дозвуковой

струи

зависимости

от

дистанции

в инжекторе при

различной окружающей

температуре.

Для этого применяется особый вид горелки, на-

зываемый атмосферным

или

(в

потоке воздуха),

т.к. речь идет об оборудовании, установленном не-

посредственно

вентиляционных коробках.

Температура получаемого газа при этом может

достигать +400°С.

Определенные атмосферные горелки предназ-

начены

для

дожигания сбрасываемых горючих

газов

при

условии,

что

содержание кислорода

сбрасываемых газов

не

менее 18%

температура

смешения

ниже 540°С. Это дожигание осуществля-

ется при

800

850°С.

Получаемые

результате горячие продукты

смешения

используются для сушки.

Чтобы

изучить

проблему более детально, G.D.F. подготовил диа-

грамму

"Влажные продукты сгорания", которые

представляют собой применение диаграммы Моль-

ера

влажного воздуха

этой технике использова-

ния

газа;

эта диаграмма находится

распоряжении

дирекции

исследования

новой техники.

С целью лучшего понимания

на

рисунке

с.

696

дается

температура разбавленных продуктов сго-

рания

зависимости

от

степени аэрации

для на-

чальной

температуры воздуха от 10 до 40°С и отно-

сительной влажности 0.2.

Нагреваемый

воздух

Диафрагма

для

повышения скорости

Лопасть отражения воздуха

или

гаэо-воздушной смеси

Воздух

со

скоростью

10-15

м/с

Горелка воздушных

потоков.

695

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

Т(°С)

400

300

200

100

температура

воздуха

относительная

влажность

воздуха

8,-10°

Степень

аэрации

50 60

Температура

продуктов

сгорания

природного

газа

зависимости

от

степени

аэрации.

Природный

газ

типа

Лак.

696

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

8.2.7.

Горелки домашних ап-

паратов

Горелки,

установленные на домашних аппара-

тах (плиты, индивидуальные котлы, водонагрева-

тели),

являются, в основном, инжекционными го-

релками

низкого давления (§

8.2.2.2.),

для работы

которых достаточно небольшого давления в пре-

делах: 18 г 25 мбар для природного

газа,

28 мбар -

для бутана, 37 мбар - для пропана. Струя

газа,

выходящая из сопла, вовлекает в смесь воздух, на-

зываемый "первичным" в количестве меньшем,

чем

необходимо для полного сжигания.

Горение начинается на

выходе

из отверстия в

головке горения в соответствии с фронтом пламе-

ни в форме конуса, который называется - голубой

конус.

Работа этих горелок представлена на

диаграм-

ме:

удельная тепловая нагрузка (qc) - степень пер-

вичной аэрации (пр).

Где:

qc-

отношение мощности горелки и

выходного

се-

чения горелки,

пр - отношение количества первичного воздуха к

теоретически

необходимому для горения.

На этой диаграмме проводят 4 предела для хо-

рошей

работы:

затухание

(отрыв пламени), появление желтых

точек, негигиеничное горение, проскок пламени.

Точка нормальной работы соответствует qc = 7 -

ЮкВт/м

пр

0,5 - 0,6.

Удельная тепловая нагрузка кВт/м

Неполное горение

Отрыв

пламени

Зона хорошей работы

Проскок

пламени

Образование

жёлтых

точек

Степень аэрации

Диаграмма

работы

горелки домашнего

аппарата.

8.3.

СИСТЕМЫ

УПРАВЛЕНИЯ,

БЕЗОПАСНОСТИ

РЕГУЛИРОВАНИЯ

УСТАНОВОК

ГАЗОВОГО

НАГРЕВА

8.3.1.

Вступление

Система

управления, безопасности и регулиро-

вания оборудования газового нагрева служит:

— для координации действий различных состав-

ляющих системы с соблюдением порядка вклю-

чения в действие или остановки с учетом ин-

формации,

исходящей от обслуживающей аппа-

ратуры;

— остановки горелки в случае нарушения работы.

8.3.2.

Система оборудования

нагрева

Оборудование нагрева - это совокупность систе-

мы по производству пламени. Он включает, таким

образом:

— собственно горелку и дополнительные устрой-

ства, предназначенные для подачи топлива и

окислителя, регулирования мощности, безопас-

ность работы и по возможности автоматичес-

кое

управление.

В зависимости от направления истечения флюи-

дов встречаются:

— элементы "фурнитура воздуха горения";

— элементы "фурнитура горючего

газа";

— элементы собственно горелок и системы управ-

ления,

безопасности и регулирования.

Рис.

на с. 698 представляет схему работы обору-

дования системы отопления средней мощности (не-

сколько сотен киловатт).

Для оборудования домашнего нагрева (порядка

от нескольких киловатт до 70 киловатт,

макси-

мальный

предел определяется нормами) схеме мо-

жет

быть

придан более простой вид.

8.3.3.

Анализ системы

управления, безопасно-

сти

и регулирования

8.3.3.1.

Функционирование

Система

управления, безопасности и регулиро-

вания должны осуществлять, с одной стороны про-

ведение

следующих последовательных операций:

697

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

Источник

электроэнергии

Система управления, безопасности и регулирования

Арматура воздуха

горения

Вентилятор -

Лопасть

воздушная

Система

смеси

Система

Головка

торопил

Двухпроводная

горелка

Система

зажигания

Арматура сжигаемого

газа

Кран

запаль-

ника

Кран

продувки

Отключаю-

щий

кран

Фильтр

Клапан!

1 беэопас- 1

ности

Регули-

рующий

кран

Пламя

Котел

Труба

Схема

работы

оборудования

отопления

средней

мощности.

• запуск,

•

выход

на

режим,

• поддержание режима,

• изменение режима в соответствии с необхо-

димым количеством тепла и остановка в слу-

чае нарушения работы.

С другой стороны, -

контроль

основных

показа-

телей

работы

после

выполнения

команды.

8.3.3.2.

Состав

Общая диаграмма функционирования системы

управления и безопасности регулирования газовой

горелки средней мощности показывает, что систе-

ма

состоит из трех

основных

подсистем:

— управления;

— контроля (тест да/нет);

— исполнения.

Число

элементов каждой части изменяется в со-

ответствии с применяемой технологией и нормами,

которым они

должны

соответствовать.

8.3.3.3.

Подсистема управления

Это - прежде всего система, позволяющая осу-

ществлять

вручную

или автоматически программу,

которая даст последовательный порядок команд,

необходимых для установления номинального ре-

жима.

В автоматическом режиме зафиксированы про-

межутки

управления времени, разделяющие по-

следовательные команды.

8.3.3.4.

Подсистема контроля

Контакты подсистемы контроля, расположен-

ные последовательно,

являются

точками обяза-

тельного прохождения, разделяющих два порядка

команд.

Они

выключают

систему в случае, когда резуль-

тат теста

положительный

и тогда может

быть

пе-

редан порядок команды. Когда все испытания по-

ложительны, дается разрешение на реализацию

порядка.

В случае негативного результата теста на одном

из

устройств системы контроля осуществляется

остановка горелки с возвращением в

начальное

положение запуска.

В зависимости от характера неполадок функци-

онирование

либо

продолжается,

либо

прекращает-

ся,

в связи с этим выделяется два типа остановок.

698

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

Кнопка

запуска

Открытие

База

времени

Программирующее

устройство

вспомогательное

оборудование

Органы

исполнения

i—

Зондаж

органы контроля

(или

разрешения)

Зажигание

основной

горелки

Схема

работы

системы

управления, безопасности

регулирования газовой горелки средней

мощности.

8.3.3.5.

Подсистемы выполнения

(исполнительные механизмы)

Тип остановки

Расстройство

или

регулирование

Безопасность

(закрытие)

Неполадки, вызвавшие

остановку

— Электрическое напря-

жение ниже нормаль-

ного,

— Давление газа ниже

или выше предела (ин-

тервала) снабжения

не вызывает

сложности

горения,

— Температура регулиро-

вания жидкости тепло-

носителя выше уста-

новленной величины.

— Недостаточный расход

воздуха горения,

— Отсутствия пламени,

краны открыты,

— Недостаточный уровень

воды

(для

котла

горя-

чей воды),

— Температура теплоноси-

теля выше установлен-

ной

нормы.

Возвращение

в работу

Автомати-

чески

Вручную

Речь

идет

вентиляторах воздуха горения, кра-

нах, позволяющих регулировать подачу газа

к го-

релкам,

устройствам, осуществляющих зажига-

ние пламени.

8.3.4.

Подсистемы управле-

ния

Для домашних аппаратов единственным орга-

ном системы управления

является

кнопка

под-

жига.

Следующая операция

зависимости

от

отве-

та системы контроля

выполняется

автоматически

(см.

8.3.5.).

Для некоторых домашних аппаратов

всех

ап-

паратов средней

большой

мощности команды

выдаются

автоматически программирующим

уст-

ройством.

настоящее время программирующие

устройства

большинстве электромеханического

типа, т.е. каждый приказ выдается электрическим

сигналом, исходящим

от

перемещающегося

кон-

699

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

такта

с помощью вращающегося на оси кулачка

или плечика на

диске.

Электромеханические

программирующие уст-

ройства приводятся в действие синхронным двига-

телем,

который

задает

временную базу.

8.3.5.

Подсистема контроля

8.3.5.1.

Датчики пламени

Тип датчика пламени

Термопара

Ионизирующий электрод

Ячейки

фото-

электронные

Ячейка

фото-

гальваничес-

кая

Я'ЮИКИ

фото-

проводимые

Ячейки

фото-

эмиссионные

Разрядные

трубки

(рисунок

с. 702)

Принцип

Электродвижу-

щая

сила при

нагревании

термопары

Эффект

выпря-

мителя пла-

менного (до-

стижение

вы-

прямленного

тока из тока

переменного

(рис.

нас. 701))

Электродвижу-

щая

сила, рож-

денная свето-

вым потоком

на полупро-

водник

Уменьшение соп-

ротивления

субстанции,

принимающей

световой по-

ток

Выделение фо-

тонов

поверх-

ностью,

прини-

мающей

све-

товой

поток

Обвальное

вы-

деление фото-

нов поверх-

ностью,

прини-

мающей

све-

товой

ПОТОК

Технология

Прямого действия (рис. 8.37)

или путем связи, поддер-

живающих клапан откры-

тым или закрытым, кла-

пан

обычно

открытый

Действие на

элект-

ромагнит,

поддержи-

вающий

закрытым

запорное

устройство,

обычно

открытое

После

усиления

«?

Без

усиления

После

усиления

Без

усиления

Недостатки

Большая

инерция

Периодическая

чистка

Восприимчи-

вость

видимым лучам

Восприимичи-

востьк

инфракрасным

лучам

Самопроизволь-

ная ионизация к

концу срока

службы

приводит к

необходимости

автоматичес-

кого контроля

Преимущества

Хорошая

работа

Простота

Восприимчива

ультрафиоле-

товым

лучам

Позволяет

определить

ДУГУ

зажигания

Использова-

ние

Аппараты

малой

мощности

Аппараты

низкой и

средней

мощности

Системы

устарелые

Аппараты

средней

большой

мощности

А: Снабжение

В.Р.:

Основная

горелка

V: Запальник

Клапан

безопасности

термопарой

для горелки с

запальником.

700

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

Напряжение (V)

Переменное

напряжение на входе

-100 -50

Характеристика

-500

Ток (цА)

100

Выпрямленный

ток

на

выходе

Характеристика

ионизационного

детектора

пламени.

Усилитель

постоянного

тока

\ Электрод

! JF

i /

Сопротивление

Горелка

Реле

I—О О—,

Источник переменного

тока

Принцип

детекции

пламени ионизацией.

701

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

Разрядная

трубка /

Анод

^s,

Т ~

Фотокатод

•—i

АЛА

Осциллирующий ток

-О о-

О <

Разрядная

трубка.

8.3.5.2.

Маностаты

Роль

маностата

Контроль за

давлением

газа

Контроль расхода

воздуха

Принцип

Контроль стати-

ческого

давле-

ния

газа

внутри

определенного

интервала

Контроль дина-

мического

дав-

ления воздуха

над

определен-

ным пределом

Технология

Каучуковая мем-

брана,

реаги-

рующая на ры-

чаг и поддер-

живающая зак-

рытым

запор-

ное устройство

нормально от-

крытое

(рисунок с. 703)

8.3.5.3.

Термостаты

Роль

термостата

Контроль за тем-

пературой регу-

лирования и бе-

зопасности

те-

плоносителя

или нагревае-

мого

продукта

(например,

ок-

ружающий

воз-

дух)

Принцип

Деформация

би-

металлической

пластины или

увеличение

давления паров

жидкости

под

воздействием

температуры

Технология

Механическое

за-

крытие запор-

ного устройства

нормально от-

крытого

8.3.5.4.

Детектор

вращения

вентилятора

8.3.5.4.1.

Роль

Детектор вращения вентилятора или "центро-

бежная муфта" предназначена для указания нор-

мальной подачи воздуха. Эти системы иногда

предпочтительнее маностатов, которые обычно

маловосприимчивы к слабым колебаниям давле-

ния в воздуховодах.

8.3.5.4.2.

Технология

Все эти детекторы используют закрытие запор-

ного

устройства нормально открытого под дейст-

вием центробежных сил, действующих на инерци-

онный фуз.

8.3.5.5.

Контроль герметичности

8.3.5.5.1.

Роль

Эти аппараты, применяемые для оборудования

отопления большой мощности, позволяют прове-

рить герметичность газовых задвижек (кранов).

702

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

Защитный капот

Микроконтакт

Ось поворотная

Мембрана

Винт регулирования

давления

maxl

Винт регулирования

давления mini

. Выход электрического

канала

Подсоединение

контролируемого давления.

Газовый

маностат

mini-maxi.

8.3.5.5.2. Технология

Принцип этих аппаратов состоит в контроле со-

стояния либо давления, либо разряжения на уча-

стке

между краном безопасности и регулирующим

краном.

В первом

случае

это может

быть

либо

давление в газовой

сети,

либо давление вспомога-

тельного инертного флюида, обычно азота.

Во втором случае, разряжение создается ваку-

умным насосом. Давление или разряжение контро-

лируется маностатом. Система электрических ко-

манд включает аппарат перед каждым запуском

горелки.

Можно также предварительно осуществ-

лять

испытание герметичности после остановки.

8.3.6.

Подсистемы

исполнения

8.3.6.1.

Автоматические краны

8.3.6.1.1.

Характеристики

8.3.6.1.2.

Приводные механизмы

Маневрирование системы закрытия осуществ-

ляется

с помощью приводных механизмов, кото-

рые могут из себя представлять:

- пневматические (регулятор пилотируемый),

• электрический (сервомотор),

• электрогидравлический (гидронасос и дом-

крат в одном картере),

- гидравлический (насос, смонтированный на

конце оси вентилятора и домкрат, действую-

щий непосредственно на клапан).

Обычная

для приводных механизмов (электри-

ческие,

электрогидравлические и гидравличес-

кие) плавность открытия обеспечивается с по-

мощью амортизаторов, т.к. органы управления

электромагнитные (рисунок с. 704).

Тип кранов

Клапан безопасности

Регулирующие краны

Краны, осуществляющие регулирова-

ние и безопасность

Требование к качеству

Быстрое закрытие с помощью пружины

Герметичность

Медленное изменение органа регулиро-

вания расхода

Открытие медленное

Закрытие быстрое с помощью рессоры

Герметичность

Технология

Клапанный кран на

выходе

Все типы кранов (клапан на входе или

выходе, бабочка)

Кран с клапаном на входе

703

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

Регулирование 1-го режима —

Управление J0Wn

Фильтр —~——___^тЬ*5Ш^Ок

ММ

6£<$^&8эд^Э^^ Регулирование

^^^^Ж^Ч

Амортизатор

^ЩЮГ \ Пружина

Катушка

Электромагнитный

двухрвжимный кран.

8.3.6.2.

Система зажигания

Для домашних аппаратов с постоянным запаль-

ником зажигание осуществляется

вручную

от ис-

кры, питаемой электрической системой.

Для всех других аппаратов (домашние аппараты

без

постоянно действующего запальника, автома-

тические горелки) искра питается от трансформа-

тора.

Управление искрой осуществляется от автома-

тической части установки.

8.3.7.

Связь

системы управле-

ния и безопасности с ос-

тальной установкой

8.3.8.

Компоновка

составляющих

Для домашних котлов элементы ручного управ-

ления, устройства контроля давления (§

8.3.5.2.)

исполнительные механизмы заключены в один

компактный комбинированный блок (с. 705). Для

горелок "моноблок", которые могут

быть

установ-

лены

на различных котлах, устройства управле-

ния, так же как и электронная часть управления

устройства контроля, заключены в одном ком-

пактном блоке: коробка управления и безопаснос-

ти (с. 705).

8.3.9.

Заключение

Как

элемент координации, система управления

безопасности и регулирования получает всю ин-

формацию, поступающую от системы обслуживания

(наблюдения), расположенных в различных частях

установки. Эта информация трансформируется пу-

тем

открытия или закрытия контакта, находящего-

ся в цепи контроля, либо в цепи реагирования, либо

в цепи контура нарушений, либо в контуре включе-

ния в систему безопасности, имея в виду, что воз-

вращение к работе может потребовать или нет не-

обходимости ручного вмешательства.

Возможно

также

включение контура управле-

ния безопасности другого аппарата в систему эле-

ментов координации.

Какой

бы ни

была

их конструкция, необходимо,

чтобы

системы управления и безопасности

были

надежны.

Это подразумевает, что ее логика не должна

иметь ошибок и

чтобы

ее реализация не могла при-

вести к нарушению этой логики в процессе эксплу-

атации.

Все возможные и неизбежные последствия по-

ломки (аварий), таким образом, должны

быть

изу-

чены. Это говорит о высоком качестве техники, ко-

торая должна иметь эта система.

704