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

мерным) горелочное устройство устойчиво работает вплоть до а 0 бщ=2,2 (производительность 6 кг/ч). Уже при расходе топлива П кг/ч (а0 бщ=| 1,2) факел длиной 150 мм был практически совершенно прозрачен. Даль­ нейшее снижение производительности привело к кон­ центрации и завершению горения в камере газификации.

Результаты экспериментов при работе на мазуте оказались менее удовлетворительными, хотя после раз­ решения проблемы предварительного разогрева удалось добиться устойчивого горения мазута при достаточно вы­ соком температурном уровне в обеих камерах. .При рас­

стоянно содержал коксовые частицы относительно боль­ ших размеров, которые не успевали сгорать в его грани­ цах. Возможно, происхождение коксовых частиц связано

между внутренней стенкой камеры дожигания и наруж­ ной стенкой вставки, т. е. в зоне подачи холодного вто­ ричного воздуха. Таким образом, вставка, •предназна­ ченная для обеспечения равномерного ввода вторичного воздуха в камеру дожигания и для предохранения зоны газификации от обратного влияния дополнительного хо­ лодного воздуха, оказалась препятствием для надежной работы форсунки. К тому же конструктивное выполне­ ние достаточно стойкой консоли из огнеупорного кера­ мического материала трудно выполнимо. Удаление

вставки заметно не повлияло на качество работы горе­ лочного устройства.

Поиски оптимального положения топливолодводящей трубки показали, что наилучшие результаты достигают­ ся при -вводе топлива на середине длины камеры гази­ фикации и расположении выходного отверстия топлив­ ной трубки в узком сечении воздушной фурмы. Прибли­ жение ввода топлива к торцовой стенке камеры газифи­ кации приводило к образованию в этом районе прочных коксовых отложений.

Подводя итоги результатам экспериментов, следует указать на то, что фирменные данные, по-видимому, преувеличивают достоинства газификационного горелоч­ ного устройства фирмы Вавсоск при работе его на тя­ желом жидком топливе. Аналогичных и лучших резуль­ татов можно достичь, как будет показано далее, при ис­ пользовании других горелочных устройств высокоинтенсивного горения, значительно более простых по конструк­

душной амбразуры). Во избежание выбросов капель ма­

При этом промежуток между торцами сопловой головки

но на рисунке. Причиной появления вихрей является на­ клонный ввод воздуха через шамотную стенку камеры. Вихри имеют противоположные направления вращения и удлиняют тем самым продолжительность пребывания в камере частиц топлива и их контакта с высокотемпера­ турными продуктами горения. В горелочном устройстве, по данным фирмы, могут быть достигнуты тепловые на­ пряжения камеры горения не менее 11,6 Мвт/м3 [10 Г кал/ (м3-ч)].

іГорелочньїе устройства системы Urquhart применя­ ются в нагревательных и плавильных печах. Производи­

ства успешно эксплуатируются на подогретом до 400— 750° С воздухе и в агрегатах с противодавлением до 6,2 кн/м2 (630 мм вод. ст.) [103—.106].

Высокие теплотехнические качества горелочных уст­ ройств, использующих сочетание распределенного и

Рис. 31. Схема газовых потоков в горелочных устройствах системы Urquhart с одинарной (а) и двойной (б) циркуля­ цией

производительностью 40 кг/ч (рис. 32). Основная осо­ бенность камеры заключается в разделении воздуха, не­

шое влияние вторичного (встречного) воздуха на качест­ во смешения потоков в объеме камеры. Изменение угла наклона каналов в пределах 30—45° заметной роли не играло.

Огневые испытания горелочного устройства были проведены .на мазуте марки 100. В качестве узла распы-

ливания топлива применена пневматическая форсунка высокого давления конструкции А. И. Карабина с уг­ лом раскрытия факела 90°, обеспечивающим максималь­ ное использование объема камеры.

610

Рис. 32. Камера горения горелочного устройства с распреде­ ленной подачей воздуха:

коллектор первичного воздуха; 9— ввод первичного воздуха; 10— ци­

Эксперименты показали, что исследованное горелочное устройство может обеспечить высококачественное сжигание тяжелого жидкого топлива. Оптимальная1 ра-

1 В качестве критерия оптимальности того или иного режима бы­ ла принята максимальная степень выгорания топлива в пределах горелочного устройства, или минимум механического и химического недожога на уровне выходного сечения камеры горения.

бота экспериментального образца при расчетной произ­ водительности 40 кг/ч достигалась при следующем со­ отношении расходов воздуха: первичного (Qi) 50—60, вторичного (Qn) 40—60% от общего количества возду­ ха, необходимого для горения (Qi + Qn); количество воздуха, проходящего через кольцевое сечение (Q") должно находиться в пределах 50—90% °т расхода пер­ вичного воздуха Qi. Приведенные соотношения поясня­ ются графиками на рис. 33. Важно отметить более рез-

Рис. 33. К выбору оптимальных соотношений расходов воздуха-. a - < 2 « = Q j , Q r = 0 ; 6 - Q } HQJ + Qn) = 60%

кий подъем кривых, отвечающий существенному ухуд­ шению качества горения, в области значительного пре­ обладания количества первичного воздуха (рис. 33,а). Относительное увеличение количества вторичного возду­ ха сказывается на ухудшении горения гораздо менее резко.

Это обстоятельство может быть объяснено двумя.

причинами. Во-первых, оно указывает на большую роль встречного (вторичного) потока воздуха в улучшении горения, отмеченную и ранее, на этапе аэродинамическо­ го моделирования. Во-вторых, следует иметь в виду, что при подаче всего первичного воздуха через кольцевое сечение (именно этим условиям отвечает график) и не­ значительном относительном количестве вторичного воз­

рения является значительно более существенным.

В диапазоне, отвечающем оптимальным соотношени­ ям количеств воздуха, средняя концентрация сажистых частиц в выходном сечении камеры невелика и колеблет­ ся в узких пределах (0,4—0,6 г на 1 ж3 при нормальных условиях). Оптимальный режим работы горелочного устройства при суммарном коэффициенте расхода воз­ духа схобщ—1,1 характеризуется следующими показате­ лями: температура в камере горения 1440—1450°С; ме­ ханический и химический недожог на уровне выходного сечения соответственно 0,05 и 0,6%; тепловое напряже­

тельности, степень выгорания топлива в пределах камеры очень высока (около 99,4%). Это означает, что тепловое

/При режимах с недостатком воздуха (аобщ-ОІ), соз­ даваемым путем снижения общего его количества при номинальной производительности форсунки, горелочное устройство работает неудовлетворительно. При а0бщ — ='0,4—0,7 средняя концентрация сажистых частиц в вы­ ходном сечении камеры возросла до 18,9—24,8 г на 1 мг при нормальных условиях. Наблюдалось закоксовывание камеры. Это обстоятельство связано, по-видимому, с тем, что аэродинамические свойства подобного горелочного устройства больше, чем какого-либо другого, опре­ деляются геометрией камеры. Уменьшение количества воздуха при неизменном расходе топлива может нару­ шить условия рециркуляции в объеме камеры, что вле­ чет за собой резкое ухудшение качества сжигания топли­ ва, выражающееся, например, в усиленном сажеобразовании. Если же горелочное устройство заведомо предназ­ начается для работы с недостатком воздуха, то сечения воздушных каналов должны быть рассчитаны таким образом, чтобы при пониженном расходе воздуха (кото­ рый в данном случае является номинальным) преду­ сматривалась максимально возможная, при имеющихся вентиляторных средствах, кинетическая энергия воздуш­ ных струй. В этом случае можно быть уверенным в на­ дежной работе горелочного устройства. В литературе [58] имеются, например, указания на возможность эксплуатации камеры системы Urquhart с коэффициен­ том расхода воздуха 0,6, а при соответствующем подогре­ ве воздуха и с более значительным недостатком воздуха.

Высокие аэродинамические качества объясняют ус­ тойчивую работу горелочного устройства при больших избытках воздуха, когда кинетическая энергия воздуш­ ных потоков достаточно велика. Максимальное значение коэффициента расхода воздуха при сохранении номи­ нального расхода топлива— 1,9. При этом режиме сред­ няя концентрация сажистых частиц в выходном сечении камеры не превышала 1,5 г на 1 ж3 при нормальных ус­ ловиях, длина факела составляла 0,55 м. Предельное значение (Хобщ, при котором сохранялось устойчивое, без пульсаций, горение топлива, 3,1 (расход топлива 20/сг/ч).

Пуск горелочного устройства затруднений не вызыва­ ет. Предварительный разогрев камеры, даже при сжига­ нии тяжелых топочных мазутов, не требуется. После воспламенения топливо-воздушной струи, производимо­ го при пониженных расходах компрессорного и вентиля­

сти выхода топливо-воздушной смеси из форсунки (см. рис. 26, схема IIIа) и благодаря образованию мертвой зоны за механическим стабилизатором пламени (там же, схема Шб). В иностранной технической литературе та­ кие горелочные устройства называют тороидальными (по характеру движения рециркулирующих газов) [107].

Конструкция их такова. В теле стабилизатора пламе­ ни конической формы сделаны осевые и радиальные от­ верстия для подвода топлива к кольцеобразному сужаю­ щемуся каналу между головкой форсунки и стабилиза­ тором (рис. 34). Окислитель (воздух или кислород) вы­ ходит через кольцевой канал со скоростью, близкой к звуковой. Потоки топлива и окислителя встречаются в кольцевом канале под углом, 'близким к 90°, что способ­ ствует хорошему распыливанию и смешению. Аналогич­ ным образом влияет и поворот потоков за острой перед­ ней кромкой стабилизатора.