Котельные установки

Смесеобразование

Чтобы каждая частица топлива, поданного в топку, встретила достаточ­ное для сгорания количество окислителя, необходимо приготовить смесь топ­лива с воздухом.

Существуют два принципа смесеобразования: кинетический (рис. 6.1, а), диффузионный (рис. 6.1, б).

Топливо —>

—>

Воздух

Воздух

А)

Рис. 6.1. Схемы смесеобразования

При кинетическом принципе однородная смесь топлива и воздуха обра­зуется в смесителе еще до начала горения. После этого смесь подается в топку, где происходит ее воспламенение и сгорание. При этом принципе сжигания скорость сгорания определяется в основном скоростью протекания реакции и не зависит от скорости подвода окислителя.

При диффузном принципе сжигания топливо и воздух подаются в топку раздельно. В этом случае скорость сгорания большей частью определяется уже не скоростью протекания реакции, а скоростью подвода окислителя.

При использовании кинетического принципа сжигания важным факто­ром является скорость распространения пламени, т. е. скорость, с которой фронт воспламенения продвигается в потоке.

Рассмотрим цилиндрическую трубу, по которой движется смесь топлива и воздуха со скоростью U см/с. Если эту смесь воспламенить на конце трубы, то фронт воспламенения будет перемещаться навстречу движению смеси. При этом возможны три случая:

1. Скорость движения смеси (UCM) больше скорости распространения пла­мени (ипл.)• UCM > ипл При этом равнодействующая идейСтв = UCM-Ura направле­на вправо. Фронт воспламенения будет вынесен из трубы.

2. UCM = ипл. При этом происходит стабилизация фронта воспламенения (нужно отметить, что практически фронт воспламенения постоянно колеблет­ся ввиду различных факторов).

3. Скорость ипл > UCM. Результирующая скорость направлена в глубь тру­бы, к месту образования смеси. Такое положение очень опасно. В горелках, ис­пользующих кинетический принцип смесеобразования, это приводит к взрыву в смесителе. Поэтому в таких горелках стремятся к тому, чтобы скорость движения смеси была больше скорости распространения пламени.

По кинетическому принципу сжигается в основном газообразное топливо. По этому принципу может сжигаться и жидкое топливо в виде паровоздушной однородной смеси, т. е. при предварительном испарении и смешении с возду­хом (принцип карбюрации).

При диффузном принципе сжигания в топочный объем подаются 2 раздельных потока: поток горючего и поток окислителя. Как бы интенсивно ни протекал процесс окисления, он все же будет лимитироваться скоростью подвода окислителя. Скорость процесса сгорания зависит от интенсивности перемешивания топлива и воздуха.

Перемешивание может быть микромолекулярным и макромолекуляр-

Ным.

В области ламинарного режима интенсивность смесеобразования опреде­ляется интенсивностью молекулярной диффузии (т. е. микромолекулярным перемешиванием).

В области турбулентного движения, когда перемешиваются целые объе­мы, скорость горения зависит не только от диффузии, но и от микромолеку­лярного перемешивания.

На режим работы горелочиых устройств, работающих по диффузному принципу смесеобразования, оказывают влияние многие факторы.

Регулирование процесса производится следующим способом.

1. Используются конструкции горелок, позволяющие изменять угол встречи потоков воздуха и топлива. Изменяя угол, можно изменить точку

Встречи потоков, удалив либо приблизив ее к стенке топки. При приближении точки встречи перемешивание происходит быстрее ^ и глубже, но при меньшей температуре, так как потоки еще не я успели прогреться. При удалении точки встречи произойдет об­ратное явление. Таким образом можно осуществлять регулирова­ние процесса горения.

2. Воздействовать на процесс горения можно путем изменения степени крутки потока (топлива либо воздуха). Для закручивания потока воздуха либо топлива применяются горелки с улиточным устройством. Недостаток этого способа заключается в том, что поток, выходя из горелки, быстро теряет крут­ку. В первый момент при выходе из горелки крутка велика, но температура потока еще низка. К тому времени, когда топливо и воздух прогреваются, крутка становится очень малой.

3. При неизменных углах подвода топлива и воздуха можно изменять ха­рактеристику горелки путем изменения скорости подачи топлива либо возду-

Q

А) а = const, —— = const. Изменение скорости в этом случае производится пу-

GB

Тем изменения выходного сечения;

Q

Б) а = var, —- = var. Изменение скорости за счет изменения расхода воздуха.

GB

В промышленной топочной технике широко применяются и промежу­точные принципы действия горелок. В газовых горелках это может сводиться к простейшему приему предварительного смешения топливного газа с частью воздуха, необходимого для горения (а < 1). Идущий на образование этой пер­вичной смеси воздух принято называть первичным. Воздух же, подаваемый в рабочее пространство топки дополнительно и независимо от потока топлива, называется вторичным. Большинство горелок промышленного типа работает именно по этому смешанному принципу. В этом случае, изменяя состав смеси, выдаваемой горелкой, можно переходить от чисто кинетического горения (осі » 1) к чисто диффузионному (осі = 0), проходя все промежуточные этапы между ними. Такой прием может служить еще одним способом регулирования горения.

Соотношение между количеством первичного и вторичного воздуха за­висит в основном от сорта сжигаемого топлива. При уменьшении количества первичного воздуха количество первичной смеси уменьшается, она быстрее прогревается и раньше наступает воспламенение топлива. Поэтому при сжига­нии трудновоспламеняемых (малореакционных) топлив (например антраци­тов) первичного воздуха следует давать поменьше.