Теплотехника - Чечеткин А.В.
Скачать (прямая ссылка):
Для устойчивого горения газа с малым содержанием воздуха, например, для природного газа и бутана (< 0,6), для коксового газа (< 0,45) требуется дополнительный обогрев реактора для поддержания температуры в зоне горения не ниже 1000 °С. При температуре порядка 1000 °С, как показывает опыт, можно считать, что продукты горения находятся в условиях химического равновесия. Поэтому в основу расчета составов защитных атмосфер могут быть положены значения констант равновесия газовых реакций и уравнений материального баланса.
При горении жидкого топлива физическими стадиями процесса являются распыление топлива, прогрев его, испарение и образование горючей смеси. В связи с этим при сжигании жидкого топлива возможны два случая:
сжигание легко испаряющихся топлив, когда топливо заранее испаряется, смешивается с воздухом и горючая гомогенная смесь подается в камеру сгорания. В этом случае механизм и закономерности горения жидкого топлива ничем не отличаются от горения газообразного;
сжигание топлива в жидком состоянии. Такое сжигание применяют в случае трудноиспаряющихся топлив (мазут, смолы, соляровое масло) в топках паровых котлов, в промышленных печах, в дизелях. В настоя
(3.24)
236
щее время не существует достаточно строгой теории горения топлива в жидком состоянии. Установлено, что горение жидкого топлива возможно только в паровой фазе, так как температура кипения жидких топлив всегда ниже температуры самовоспламенения.
Существуют нижний и верхний пределы вспышки жидкого топлива. Нижний предел соответствует наинизшей температуре жидкого топлива, при которой пары над ним в смеси с воздухом способны загораться от внешнего источника зажигания. Верхнему пределу соответствует температура жидкого топлива, при которой оно воспламеняется и горит вслед за вспышкой паров.
При нагревании жидкого топлива с недостатком воздуха происходит испарение углеводородов и их разложение. Продукты разложения, сажистый углерод и высокомолекулярные углеводороды дожигаются с большими трудностями. В этом случае воздушный распыл топлива по сравнению с паровым способствует окислительным процессам горения. Парообразные углеводороды окисляются с образованием С02 и Н2:
Интенсификация сжигания жидкого топлива связана главным образом с интенсификацией распыливания и испарения. Для тонкого однородного распыления и смесеобразования служат форсунки различного типа (механические, паровые, воздушные и др.). Назначение процесса распыливания или пульверизации состоит в увеличении поверхности контакта жидкости с воздухом. За счет излучения в топочном пространстве испарение и термическое разложение интенсифицируются.
В случае наличия в зоне горения сажистого углерода факел получается красным светящимся. Сжигание с предварительным смешением паров топлива воздуха изменяет характер пламени, делает его синеватым, прозрачным.
Воспламенение топлива происходит не сразу на выходе из форсунки, а на некотором расстоянии, там, где создаются благоприятный состав смеси и достаточно высокая температура (рис. 3.3). В том случае, когда обеспечиваются турбулизация струи и ее закручивание, как и при
2С„,НП + т02 = 2тС02 + пН2.
Зона паровоздушной смеси и продуктов горения
Рис. 3.3. Структура факела жидкого топлива
237
сжигании газа, факел получается короткий, а сжигание более полное. Высокая эффективность горения жидкого топлива достигается в циклонных топках.
Тепловое напряжение топочного пространства в этом случае может достигать 5... 10 мВт/м3.
Гетерогенное горение. Горение твердого топлива представляет собой сложный физико-химический процесс, состоящий из ряда последовательных и параллельных стадий: тепловая подготовка, включающая подсушку, выделение летучих и образование кокса; горение летучих и кокса с образованием дымовых газов и негорючей золы.
Влага из топлива испаряется при температуре порядка 100°С, а температура начала выхода летучих зависит от геологического возраста топлива. Так, для бурых углей выделение летучих начинается при 150... 170°С, а для антрацита — при температуре порядка 400°С.
Механизм горения топлива определяется горением кокса — углерода, составляющего основную горючую часть твердого топлива.
Летучие вещества оказывают влияние на горение кокса, так как воспламеняются раньше и способствуют прогреву частиц кокса, горение кокса начинается обычно после выгорания летучих.
Зола топлива является нежелательной примесью. Она снижает теплоту сгорания топлива, уменьшает горючую часть и при значительных количествах ее в топливе затрудняет доступ окислителя к коксу. Горение может быть осложнено шлакованием частиц горючего, если температура в зоне горения превышает температуру плавления золы.
В общем виде горение углерода может быть описано следующей схемой:
При пористой структуре углерода (кокса) процесс горения протекает не только на поверхности, но и в объеме частицы. Горение может протекать как в кинетической, так и в диффузионной областях, результирующая скорость горения определяется более медленным процессом.
