книги из ГПНТБ / Гилод В.Я. Сжигание мазута в металлургических печах

получения конкретных рекомендаций пока нет достаточ­ ных экспериментальных данных.

Противоструйное соїсигание топлива

Идея интенсификации теплообмена в гетерогенных потоках путем применения встречных струй впервые вы­ сказана И. Т. Эльпериным [82]. Применительно к сжи­ ганию жидкого топлива эффективность противоточной схемы определяется прежде всего возможностью резкого увеличения относительных скоростей капель в потоке воздуха (продуктов сгорания). Благодаря этому, с одной стороны, может быть существенно ускорен процесс пере­ мешивания топлива с воздухом и высокотемпературными продуктами сгорания, что влечет за собой форсирование всех стадий горения капель топлива; с другой стороны, как показал Ю. П. Енякин [83], благодаря эффекту вто­ ричного дробления капель топлива при встрече потоков могут быть снижены требования к качеству распыливания топлива форсунками. Так, расчеты Ю. П. Енякина по­

казали, что при наиболее ти­ пичных скоростях выхода воз­ духа из амбразуры горелочно­ го устройства (около 50 м/сек) вторичному дроблению под­ вергаются все капли диамет­ ром более 300 мкм. Более мелкие капли при соударении струй начинают совершать ко­ лебательные движения в вы­ сокотемпературном ядре фа­ кела, образующемся в зоне со­ ударения, что приводит к уве­ личению длительности их пре­ бывания именно в той облас­

ти, где возможна максимальная интенсификация их го­ рения.

В Уральском политехническом институте им. С. М. Ки­ рова (УіПИ) Ф. К. Велижевым [84] принцип противоструйного сжигания был исследован применительно к ка­ мере с противоположно направленными струями распы­ ленного топлива и воздуха (рис. 28). Сравнение свойств

факела противоструйных горелочных устройств и прямоструйных форсунок показало, что в первом случае степень черноты факела меньше, но средняя температура пламени на 100—200 град выше. Плотность излучения факела противоструйной камеры оказалась больше при­

предложены топки с противоположным размещением го­ релочных устройств, їв каждом из которых предусмотрен не только узел распыливания топлива, но и узел ввода воздуха на горение. Представляется, что схема ВТИ, предполагающая соударение предварительно подготов­ ленных потоков топливо-воздушной смеси, являетс.ч бо­ лее совершенной. В противоструйных топках ВТИ при а~1,04 -г 1,05 достигаются тепловые напряжения поряд­ ка 0,58—0,93 Мвт/м* [0,5—0,8 Гкал/{мг-ч)] [86, 87], что в 1,5—2,5раза выше обычных значений для топок паро­ вых котлов. При указанных значениях а химический не­ дожог отсутствовал, а потери с механической неполнотой, сгорания не превышали 0,1%. Предварительная закрутка воздуха не рекомендуется, поскольку она приводит к бы­ строй потере осевой скорости, в результате чего вместо необходимого соударения встречных струй происходит их слияние.

Высокие форсировки, достигаемые в противоструйных горелочных устройствах, объясняются также благоприят­ ными условиями стабилизации пламени характерными для такого рода аппаратов. Теоретические и эксперимен­ тальные исследования процесса стабилизации пламени встречными струями [88] показали, что в подобных уст­ ройствах молено достичь стабильного горения в широком диапазоне концентраций топливо-воздушной смеси и из­ менения состава встречной струи.

Наложение на факел акустических колебаний или электрического поля является одним из новейших средств интенсификации процессов тепло- и массообме-

на (его не следует путать с акустическим и электроста­ тическим распиливанием жидкого топлива). В последние годы опубликовано большое число работ, относящихся к интенсификации этими методами горения газообразно­ го топлива. Работы, относящиеся к сжиганию жидкого топлива, весьма немногочисленны, хотя именно в этой об­ ласти, по-видимому, следует ожидать наиболее эффек­ тивных результатов.

'В одном из первых исследований [67, с. 419—426] при наложении на факел жидкого топлива переменного эле­ ктрического поля с напряжением 3,3 кв было достигнуто

к горящей капле благодаря постоянному срыву ионным ветром [90] с оболочки капли продуктов сгорания; кроме того, электризация капель топлива приводит к увеличе­ нию относительной скорости горящих твердых частиц, образуемых в факеле при горении. Членов А. Г.- [91] считает, что основную роль играет расщепление углево­ дородных молекул при высоких локальных температу­ рах, сопровождающих искровой разряд. Благодаря разрыву сложных углеводородных структур уменьшается вероятность выделения сажистого углерода из паровой фазы.

П. іГрегуш, вихревая акустическая форсунка которого описана в гл. I , объяснял эффективность ее применения на мартеновской печи не только повышением качества распыливания топлива, но и вводом звуковой энергии не­ посредственно в факел с топливо-воздушной смесью [21], благодаря чему акустическая энергия используется зна­ чительно более полно, чем если бы акустическое поле бы­ ло наложено на факел извне. Вероятно, это справедливо,

Интенсификацию сжигания в акустическом поле жид­ кого топлива, по аналогии с газообразным, можно объяс­ нить улучшением смесеобразования благодаря высокоча­ стотным колебаниям частиц топлива и молекул окисли­ теля.

Возмоэюные пределы интенсификациипроцесса горения

Максимальные тепловые напряжения могут быть дос­ тигнуты при гомогенном горении предварительно подго­ товленной топливо-воздушной смеси. В этом случае диф­ фузионные процессы не тормозят протекание химической реакции горения.

В. Звери и Р. Харт [92] нашли, что максимально дос­ тижимые тепловые напряжения при горении стехиометри-

заниженным. Теоретические предположения находят под­ тверждение на практике. Так, Дж . Лонгвелл [94] в гомо­ генном реакторе, представляющем собой сферическую бомбу с равномерными температурой и концентрациями по объему зоны реакции, при горений стехиометрических углеводородо-воздушных смесей получил тепловое напря­ жение около 4,1 Гвт/м3 [3,5 Ткал/ (м3 • ч) ] .

В промышленных агрегатах реальные значения тепло­ вых напряжений очень далеки от названных выше цифр и отличаются в меньшую сторону на несколько порядков. В топках судовых котлов, работающих на мазуте, рабо­ чий ресурс которых относительно невелик, тепловые на­ пряжения составляют обычно 580—700 квт/м3 [500і— 600 Шкал/ (м3-ч)], в стационарных паровых котлах, рабо­ тающих на мазуте,— до 410 квт/м3 [350 Мкал/(м3-ч)] [95]. В промышленных печах значения тепловых напря­ жений рабочего пространства еще ниже. Б. Ф. Зобнлн

Огромная разница между практически достигнутыми и теоретически осуществимыми значениями тепловых на­ пряжений топочного объема свидетельствует о наличии огромных резервов интенсификации процесса горения жидкого топлива. Один из наиболее перспективных путей реализации этих резервов заключается в комплексном применении описанных выше средств форсировки го­ рения.

очень тонко распыленному топливу подмешивается часть воздуха, необходимая для создания в зоне температуры 1000—1200°С. Удельное количество газа, выходящего пэ

Рис. 29. Горелочное устройство конструкции В. М. Горбунова:

топлива. Таким образом, дожиганию предшествует сме­ шение примерно одинаковых количеств горючего газа,

полученного из мазута, и вторичного воздуха. Этот прин­ цип, являющийся одной из основных особенностей горелочного устройства, способствует получению теплоноси­ теля с равномерным температурным полем.

Филиал в ФРГ фирмы Babcock and Wilcox, Велико­ британия, производит горелочные устройства с двухстадийным сжиганием топлива без его предварительного распыливания. В этих камерах, работающих по циклон­ ному принципу, испарение, газификация и первоначаль­ ное горение топлива происходят на стенке камеры, выполненной из специальной керамики. Жидкое топливо, поступающее без напора, распределяется в виде пленки с помощью потока первичного воздуха, подаваемого в тангенциальном направлении (рис. 30). Топливоподаю-

щая трубка установлена в сопловом канале для первич­ ного воздуха; она может перемещаться в любом направ­ лении, благодаря чему можно изменять положение плен­ ки топлива по длине камеры и подбирать для любого топлива наиболее выгодные условия сжигания.

Требуемый для горения воздух распределяется на две примерно равные части и поступает в «амеру газифика-

скольку, вследствие отсутствия узла распыливания, до­ пускается кинематическая вязкость топлива перед фор­ сункой порядка 225—375 ест (30—60°ВУ). Это обстоя­ тельство является одним из достоинств горелочных уст­

В институте «Теплопроект» проведены исследования горелочного устройства с двухстадийным сжиганием топлива, аналогичного по конструкции и режиму работы камере фирмы Вавсоск. Номинальная производитель­ ность экспериментального образца 16 кг/ч. Эксперимен­ ты проводились на мазуте марки 100.

Первоначально был подобран режим разогрева каме­ ры газификации на соляровом масле. Разогрев с помо­ щью пневматической форсунки высокого давления, устанавливаемой временно в торцовом отверстии каме-