КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Горение жидкого топлива

Температура воспламенения жидкого топлива (нефть, мазут) выше, чем температура кипения его. Поэтому при поступлении в зону высоких темпе­ратур капля мазута вначале испаряется с поверхности за счет подводимой теплоты, а затем пары топлива смешиваются с воздухом, поступающим из окружающей среды, подогреваются до температуры воспламенения и горят в газообразном состоянии. В результате на некотором расстоянии от кап­ли г3.р достигается стехиометрическое соотношение между массой горючих газов и кислорода, и здесь устанавливается фронт горения (зона реакции), который для случая горения капли жидкого топлива в неподвижной окру­жающей среде представляет сферу вокруг капли (рис. 4.7). Расстояние гз р составляет обычно 4 ^ 10 радиусов капли. От капли к фронту горения идет интенсивное движение паров испаряющегося топлива, здесь практически нет кислорода. В зоне реакции имеет место химическое равновесие между количеством топлива и окислителя, а за ней идет догорание остатков топли­ва и отвод продуктов сгорания. Навстречу им к зоне реакции диффундирует окислитель. Концентрации паров топлива Ст и окислителя (кислорода) Сок резко уменьшаются в пределах зоны горения в результате интенсивной реак­ции окисления, а температура среды Т здесь достигает максимума. Горение паров топлива протекает по законам цепных реакций (см. раздел 4.2.1).

Организация сжигания жидкого топлива предусматривает прежде все­го его распыление в форсунке до мельчайших капель размером не более 1,0-1,5 мм (средний размер капель — 0,3-0,5 мм) с одновременным по-воз - можности равномерным распределением их в потоке горячего воздуха на выходе из горелки. Уже в процессе смешения с воздухом и при дальнейшем движении готовой смеси капли жидкого топлива быстро прогреваются за счет теплового излучения ядра факела и конвективного теплообмена с га­зовоздушной средой (начальная температура капли — 120-140°С, а окру­жающей ее среды — 300 - f - 500°С). При достижении поверхностью капли температуры испарения наиболее низкокипящих фракций жидкого топлива (для мазута — 200-320°С) начинается ее испарение.

Процесс смешения с воздухом и прогрев капель топлива до начала испарения определяет первый подготовительный этап сжигания жидкого топлива (рис. 4.8). Он занимает тпод =0,2-0,6 с, в зависимости от круп­ности размеров капель и уровня температур окружающей каплю среды. Наиболее длительным является процесс испарения капли. Исследованиями установлено, что время испарения капли прямо пропорционально квадрату ее начального диаметра — тисп = f(dо). Эту зависимость называют зако-

Горение жидкого топлива

Рис. 4.7. Механизм горения капли жидкого топлива: гк — радиус капли; rjp — ра­диус зоны реакции; Ст, Сок — объемная концентрация топлива (пары) и окислителя (кислород).

Ном Срезневского. При сжигании распыленного в форсунках мазута тисп = = 0,3-1,0 с. в зависимости от начального размера капель. Процесс нагрева паров до температуры воспламенения (на 50-70°С выше температуры ис­парения) и сам процесс горения по законам ЦРР при наличии окислителя (кислорода) занимает ничтожно малое время по сравнению с испарением. Горение паров топлива происходит, как правило, сразу по мере испарения капли. В итоге полное время сжигания капель жидкого топлива составляет тгор = Тпод 4- тисп.

В условиях присутствия в готовой смеси капель разного размера первы­ми прогреваются, испаряются и сгорают мелкие капли, обеспечивая более Ускоренный прогрев за счет роста температуры капель больших размеров. Вместе с тем, сжигание паров этих капель происходит в среде с понижен­ной концентрацией кислорода и содержащей уже много продуктов сгорания (диффузионная область горения), что приводит к затягиванию языков факе - Ла в верх топки и при ограниченности времени пребывания газов в топке ведет к возможному появлению химического недожога и сажи.

4.3. Развитие и воспламенение топливно-воздушной струи

В топочном объеме

В энергетике основным типом топок мощных паровых котлов является камерная топка. Топливно-воздушная смесь поступает в нее из горелочных

Горение жидкого топлива

Рис. 4.8. Схема сгорания капель мазута и изменение температур газов Т по длине факела Х/ф.- I — зона смешения с воздухом и прогрев капель; И — кинетическая зона горения мелких капель; III — диффузионное горение крупных капель; IV — зона догорания и охлаждения продуктов сгорания; Тгв, Тв — температуры горячего воз­духа и воспламенения паров мазута; Тм, Тф — максимальная температура горящего факела и продуктов сгорания на выходе из камеры.

Устройств в виде прямоточных или завихренных струй, развитие которых в топочном объеме определяет условия воспламенения и последующую интенсивность горения.

Рассмотрим вначале механизм развития прямоточной струи, втекаю­щей в топочный объем, заполненный горячими топочными газами (рис. 4.9). Из амбразуры горелочного устройства вытекает струя, имеющая началь­ные значения скорости wo, температуры - То, концентрации горючего Со - На поверхности раздела струи с топочной средой, за счет поперечной со­ставляющей пульсационных скоростей, происходит проникновение части массы струи в окружающий газовый объем и захват части массы из окру­жающего объема в струю. В зоне смешения, называемой пограничным сло­ем струи, взаимодействие масс подчиняется закону сохранения количества движения

М0ш0 + А/Г'ШГ = (Мо + л/, )шсм, (4.22)

Где Мо, Л/, — масса основной струи и окружающей газовой среды; wo, wr - их скорости, причем для данного условия /г, = 0.

Горение жидкого топлива

Рис. 4.9. Структура развития свободной турбулентной струи: 1 — выходная часть сопла (горелки); 2 — ядро струи; 3 — пограничный слой; 4 — распределение тем­ператур в струе; 5 — распределение концентрации горючего вещества в струе; 6 — эшора скоростей на выходе из горелки; 7 — эпюры скоростей на основном участке; 8 — внешний угол раскрытия струи; 9 — внутренний угол.

В связи с этим, средняя скорость поступательного движения смеси в пограничном слое определяется как

- - <етг

По мере приближения к внешней границе струи доля вовлеченной в движение массы Мг увеличивается, а массы Mq — уменьшается и ско­рость wCM падает.

За счет турбулентного переноса масс пограничный слой расширяется и внутрь струи, в результате ее потенциальное ядро, сохраняющее началь­ные значения wo, То, Со (невозмущенная часть струи), постепенно умень­шается. Внешний угол раскрытия струи 8 составляет 12-14°, внутренний угол 9 расширения пограничного слоя — 0°. Сечение, в котором оканчи­вается потенциальное ядро, называется переходным, а расстояние до него от устья горелки представляет собой начальный участок струи So - За пе­реходным сечением пограничный слой распространяется на всю струю, 11 параметры на оси струн также начнут изменяться по мере удаления от пе­реходного сечения (скорость падает, температура растет). Длина начального Участка струи

S0 = O. G7g, (4.24)

ГДс /-0 __ начальный радиус круглой струи или половина эквивалентного диа­метра струи прямоугольной формы; а, -- экспериментальный коэффициент структуры струи, учитывающий ее начальную турбулентность и неравно­мерность поля входных скоростей.

В турбулентном потоке при числе Re > 2 • Ш4 коэффициент ас = = 0,07 Ч - 0,08, откуда длина начального участка So — (4,2 — 5)d3t где d-> — эквивалентный диаметр струи. Для прямоугольной формы амбразуры горелки эквивалентный диаметр составляет

D3 = 1,13(а • б)0,5, (4.25)

Где a, b — ширина и высота выходного сечения горелки.

В переходном сечении в зависимости от внешнего угла раскрытия струи авнш полуширина струи составит

Гп. с = г0 4- SotgaBWU, (4.26)

Что примерно в 3 раза превышает начальный радиус струи.

Прогрев поступающего топлива до температуры воспламенения про­исходит за счет двух источников теплоты: теплового потока излучения из ядра факела — и более интенсивно — путем конвективного нагрева за счет смеси воздуха с горячими топочными газами. В связи с этим горелочные устройства должны выполняться таким образом, чтобы максимально ин­тенсифицировать вовлечение горячих газов в свежую струю на начальном участке и, тем самым, ускорить воспламенение топлива. Примером такого типа устройства является вихревая горелка с кольцевой закрученной стру­ей (рис. 4.10). Степень закручивания такой струи определяется параметром крутки, значения которого обычно составляют пг = 2 — 4.

Параметр крутки приближенно можно выразить в виде

(4.27)

Где wt — максимальная тангенциальная составляющая скорости потока на выходе из горелки; ша - тоже аксиальная составляющая скорости.

Параметр крутки дг, может быть определен для данной горелки по ее конструктивным размерам (диаметр канала, тип, размеры, угол установки завихрителя и т. п.). С увеличением параметра пГ растет турбулентность струи, интенсивность вовлечения окружающих газов в струю и угол рас­крытия струи.

В центральной (приоссвой) зоне закрученной струи создается область пониженного давления, куда устремляются высокотемпературные газы из ядра горения. Создается рециркуляция газов к корню струи. Длина зоны ре­циркуляции также зависит от степени крутки 5рц — 1,4??,,то. Таким образом, основное отличие закрученной кольцевой струи от прямоточной состоит

Горение жидкого топлива

Рис. 4.10. Структура кольцевой закрученной струи на выходе из горелки: а — об­щий вид движения потоков; 6 — распределение аксиальных скоростей; So — длина начального участка; 5рц — длина зоны рециркуляции газов.

В повышенной турбулентности и наличии, кроме внешней, еще внутренней зоны вовлечения газов в струю, что ускоряет ее прогрев.

Воспламенение горючей смеси топлива с воздухом возможно при со­блюдении двух условий: температура горючей смеси должна быть не ниже температуры воспламенения; концентрация горючего должна превышать нижний предел воспламенения.

У внешней границы струи, где температура tCM наибольшая, находит­ся незначительное количество топлива, недостаточное для воспламенения. В центральной зоне струи температура недостаточна для воспламенения, поэтому начало горения становится возможным в довольно узкой, близкой к периферии полосе струи, где выполняются оба указанные условия.

Фронт горения отличается повышенной турбулентностью за счет резко­го увеличения объема газов (благодаря росту температуры). Фронт горения будет устойчивым, если постоянно обеспечивается подвод свежих порций топлива и воздуха. Горение происходит всегда на определенном удалении от среза горелки, поскольку вблизи горелки в струе нет необходимого уровня температур. Фронт горения устанавливается в том месте, где поступатель­ная скорость потока оказывается равной скорости распространения турбу - лентного пламени (см. раздел 4.2.1).

Начальный этап горения топлива происходит в условиях высокой кон­центрации горючего и окислителя и при повышенной турбулентности пото - Ка> созданной горелкой. Зона топочной камеры, в пределах которой идет ин­тенсивное горение топлива до степени выгорания, составляющей 0, 85 -0, 9, ,,а'зьівают юной ядра факела. Она отличается высоким температурным уров-

Нем и значительным тепловым излучением на окружающие экранные поверхности на­грева (рис/ 4.11). По своим размерам зона ядра факела занимает 1/3--1/5 объема топоч­ной камеры. Остальную часть топки состав­ляет зона догорания топлива и охлаждения га­зов.

Горение жидкого топлива

Рис. 4.11. Зоны горения топли­ва в топочной камере: 1 — зона ядра факела; 2 — зона догора­ния топлива и охлаждения га­зов; 3 — условная длина факе­ла; Ягг — высота горизонталь­ного газохода.

Степень выгорания топлива в топоч­ной камере обычно относят к условной длине факела /ф, под которой понимают расстояние от устья горелки до оси топки по горизонтали, затем расстояние от уров­ня горелок до уровня середины горизон­тального газохода по вертикали и далее по горизонтали до выхода из топки (см. рис. 4.11). Исследования сжигания различ­ных видов топлив показывают, что в основ­ном (на 85-90%) сгорание твердого топлива завершается на относительной длине факела ^гор/'ф = 0,35 — 0,4, жидкого топлива (ма­зута) на длине 0,25, природного газа — на длине 0,15, что соответствует практически го­ризонтальной части длины факела на уровне горелки.

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Требования к котельной (топочной) на твердом топливе: основные нюансы от специалистов компании Статус 24

Проектирование и сборка составляющих для системы обогрева должна быть четко согласовано со строительными стандартами к отопительным помещениям.

ТТ котлы, электричество и тепловой насос, как альтернатива газу.

Тарифы на центральное отопление постоянно растут, оплата этой коммунальной услуги отнимает большую часть платежей семьи. Отличным выходом может стать выбор альтернативного источника тепловой энергии, который должен стать энергосберегающим, недорогим и …

Подбор мощности твердотопливного котла.

Наиболее важным параметром, от которого зависит удобство и комфорт использования котла, является его мощность. Неправильно подобранная мощность грозит Вам целым рядом проблем и неудобств. Самой распространенной ошибкой является недостаточная мощность

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.