9 Горение топлива.

Горение топлива

Горение - сложный физико-химический процесс взаимодействия топлива с окислителем, протекающий при высоких температурах и сопровождающийся интенсивным выделением теплоты.

Чаще всего в качестве окислителя используется кислород атмосферного воздуха.

Для обеспечения непрерывного и устойчивого горения необходимы следующие физические условия:

1. бесперебойный подвод топлива и окислителя в зону горения;

2. непрерывное и интенсивное их перемешивание;

3. подогрев топлива до температуры воспламенения;

4. подогрев воздуха;

5. непрерывный отвод продуктов сгорания из зоны горения;

6. поддержание высокой температуры в зоне горения и т.д.

Поэтому горение топлива в технологических устройствах не чисто химический процесс окисления, а сложный физико-химический процесс.

В зависимости от агрегатного состояния топлива и окислителя различают:

- гомогенное горение;

- гетерогенное горение.

Если топливо и окислитель находятся в одинаковых фазовых состояниях, то горение называется гомогенным.

Если топливо и окислитель находятся в разныз фазовых состояниях - горение гетерогенное.

При полном сгорании выделяется максимальное количество теплоты; при неполном - количество теплоты меньше, т.е. имеют место потери теплоты от химической неполноты сгорания.

При полном сгорании углерода (1 кг); С + О₂ = СО₂ + 33600 кДж/кг;

при неполном сгорании углерода : С +1/2 О₂ = СО + 9900 кДж/кг.

10 Термодинамический цикл гту с подводом теплоты при постоянном давлении

При рассмотрении термодинамического цикла оперируют со следующими понятиями и определениями:

- степень повышения давления в адиабатическом процессе сжатия;

- степень сжатия;

- степень повышения температуры в цикле.

В координатах р-v (T-s) термодинамический цикл ГТУ при постоянном давлении имеет следующий вид (рис.3.4):2

1-2 - адиабатный (изоэнтропический) процесс сжатия в компрессоре;

2 - 3 - изобарный подвод теплоты в камере сгорания;

3 - 4 - адиабатный (изоэнтропический) процесс расширения в турбине;

4 - 1 - условный замыкающий процесс (изобарный отвод теплоты в окружающую среду).

В идеальной ГТУ, выполненной по простой тепловой схеме, принимается с_р=const ; k=const; p₃ /p₄ =p₂/p₁=p.

Термический КПД _t зависит от степени повышения давления и от свойств рабочего тела

11. Коэффициент избытка воздуха

коэффициент избытка воздуха в камере определяется из уравнения теплового баланса камеры сгорания для 1 кг топлива:

где: h_T – энтальпия поступающего топлива, h_T = C_T t_T; C_T и t_T – соответственно массовая теплоёмкость и температура топливного газа; h_B – энтальпия поступающего в камеру сгорания воздуха, h_B = C_Bt_BL₀;  - общий коэффициент избытка воздуха, C_B и t_B – соответственно массовая теплоёмкость и температура воздуха; h_ПС – энтальпия продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания при температуре t₁. Её можно представить в виде:

где: h_B1 – энтальпия воздуха при температуре t₁, h_B1 = C_B1 t₁; h_ЧПС – энтальпия «чистых» продуктов сгорания при  = 1 и температуре t₁:

Объёмные теплоёмкости C_p’ при температуре t₁ находят по таблицам.

Тогда общий коэффициент избытка воздуха в камере сгорания:

(4.38)

12. Особенности конструкции и основные типы камер сгорания ГТУ.

камеры сгорания - прямой цилиндрический канал, со­единяющий компрессор с турбиной.

Существующие камеры сгорания можно разделить на следующие основные типы: а) индивидуальные; б) секционные (многотрубчатые); в) кольцевые; г) трубчато-кольцевые.

Индивидуальные камеры, в свою очередь, бывают выносными и встроенными. Выносная камера в отдельного скомпонованном корпусе устанавливается в ГТУ рядом с турбокомпрессором. У встроенных камер корпус опирается непосредственно на общий корпус турбокомпрессора или конструктивно с ним совмещён. Существуют две разновидности индивидуальных камер сгорания: цилиндрические и угловые.

Секционные (многотрубчатые) камеры сгорания представляют собой конструкцию, в которой объединено несколько парал­лельно работающих цилиндрических камер (секций), часто связанны между собой пламяпередающими патрубками. Секция многотрубчатой камеры сгорания состоит из пламенной труби и кожуха 8. Пламенная труба включает в себя го­ловку, состоящую из лопаточного завихрителя, тарелки и ко­нуса , и корпус, состоящий из цилиндрической части и двух ко­нических участков, соединенных между собой конусным кольцом.

В кольцевых камерах сгорания зона горения имеет форму кольцевой полости обычно шириной 150-200 м, кото­рая образуется цилиндрами 1 в 2. Два других соосно расположенных цилиндра составляют кожух камеры. Первичный воздух через воздухопроводящее устройство поступает в зону горения I. Вторичный воздух направляется по кольцевым зазорам к смесительным насадкам, через которые поступает в зону II, где смешивается о продуктами сгорания, понижая тем самым их температуру.

Трубчато-кольцевая камера сгорания представляет собой кон­структивное совмещение элементов секционной и кольцевой камер. Так же, как и у кольцевой камеры, кожух её образуется наружным и внутренним соосно расположенными цилиндрами. А в кольцевом пространстве между этими цилиндрами размещается ряд отдельных пламенных труб, снабженных форсунками. Трубы соединяются друг с другом пламяпередающими патрубками, которые предназначены для передача пламени, зажигания и выравнивания давления между трубами, Трубчато-кольцевые камеры имеют теплонапряженность и потери давления приблизительно такие же, как секционные камеры. Они ком­пактнее кольцевых камер и более просты в доводка. Небольшие раз­меры пламенных труб упрощают их изготовление и разборку.

13. Состав и количество продуктов сгорания.

В топках, камерах сгорания различных устройств практически всегда имеет место неполное сгорание топлива. Причиной этого может быть: недостаток воздуха (1); плохое перемешивание топлива с воздухом, даже когда 1; недостаточный объем топочного устройства; низкий температурный уровень в зоне горения.

При неполном сгорании могут образовываться следующие продукты:

СО, Н₂, H₂S, C_mH_n.

Состав продуктов неполного сгорания:

CO₂ + H₂O + SO₂ + CO + H₂ + H₂S + C_mH_n + O₂ + N₂ = 100%.

Состав продуктов полного сгорания:

CO₂ + H₂O + SO₂ + O₂ + N₂ = 100%.

Массовое количество газообразных продуктов сгорания выражается суммой сжигаемого топлива и количества воздуха, подаваемого на его сжигание.

M _пс = 1 +  l₀ 1 кг продуктов сгорания / 1 кг топлива.

Объемное количество продуктов сгорания принято выражать как сумму сухих газов и водяных паров.

V_пс = V_сг + Vн₂о м³ / м³ продуктов сгорания

V_сг = Vco₂ + Vso₂ + V^o _N2 + Vв

Vco₂ + Vso₂ = V_RO2

V_пс = V_RO2 + V^o _N2 + Vв + Vн₂о

Составляющие этого уравнения определяются по стахеометрическим реакциям горения аналогично определению теоретически необходимого количества воздуха.

Для твердых и жидких топлив

V_RO2 = 0,01866 (C^p + 0,375 S^p_Л) м³ / кг

V^o _N2 = 0,79 V_o + 0,008 N₂^p

Vн₂о = 0,111 H^p + 0,0124 W^p + 0,0161 V_o

Vв = ( - 1) V_o

Для газообразного топлива:

V_RO2 = 0,01 ( СО + + H₂S + CO₂ м³ / м³

V^o _N2 = 0,79 V_o + 0,01 N₂^p

Vн₂о = 0,01 ( H₂ + + H₂S) + 0,0161 V_o

Vв = ( - 1) V_o