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

Т а б л и ц а 2

Вязкостно-температурные характеристики топочных мазутов СССР

Максимальная кинематическая вязкость в ест (°ВУ) при темпе­ ратуре, °С

быточном давлении мазута перед топливосжигающими устройствами менее 100 кн/м2 (1 ат), что является ти­ пичным для форсунок парового распыливания и пневма­ тических форсунок высокого и низкого давления, не ре­ комендуется вследствие опасности вскипания паров во­ ды, неизбежно присутствующей в топливе.

ровки «а заводские склады и хранения. ГОСТ 10585—63

ограничивает влажность нефтяного топлива одним-дву- мя процентами и лишь для мазута марок 40 и 100, транспортируемого водным путем или слитого при подо­ греве острым паром, допускает увеличение содержания влаги до 5%. На практике, однако, влажность мазута, вследствие нарушения правил разогрева и условий хра­ нения, может существенно превышать указанные значе­ ния. Естественный отстой воды в мазутохра'нилищах не дает нужных результатов, поскольку разность плотнос­

может быть с успехом использовано лишь при условии

и высокосернистого мазута марок 40 и 100), а в мазуте для мартеновских печей (ГОСТ 14298—69) — значения­ ми 0,5 (мазут марки МП) и 1,5% (мазут МПС) .

По элементарному составу мазуты различных марок отличаются незначительно. Среднее содержание горючих

расхода воздуха а=1,0—1,6, приведены в табл. 4.

2.ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПАРОВЫХ

ИПНЕВМАТИЧЕСКИХ ФОРСУНОК

Вметаллургических печах, работающих на мазуте, преобладают форсунки с распыливанием топлива водя­ ным паром или воздухом высокого и низкого давления.

При расчете узлов раопыливания жидкого топлива определяются размеры выходных сечений для мазута, распыливающей среды и воздуха, идущего на горение. Сводка соответствующих формул приведена в табл. 5.

Т а б л и ц а 5

.Формулы для расчета площади выходных сечений мазутных форсунок

абсолютное и избыточное давления среды перед форсун­ кой; v и р — соответственно удельный объем (м3/кг) и плотность (кг/м3) среды при ее параметрах (температу­ ре и давлении) перед форсункой.

Формула для подсчета выходного сечения мазутного сопла, приведенная в табл. 5, выведена при условии, что плотность мазута равна 960 кг/м3, а коэффициент рас­ хода для истечения топлива из отверстия ц = 0 , 3 . В рас­ четных формулах, относящихся к водяному пару и воз­ духу, величина ц принята равной 0,8. По формулам мо­ гут быть определены минимальные (критические) раз-

го топлива, получаемые с помощью форсунок традицион­ ных конструкций, далеко не всегда отвечают возросшим требованиям, предъявляемым к качеству сжигания топ­ лива в промышленных печах новых типов. Попытки усо­ вершенствования процесса распыливания привели к по­ явлению новых методов, краткой характеристике кото­ рых посвящена настоящая глава.

4. РАСПЫЛИВАНИЕ В ПОЛЕ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Механизм распыливания топлива

Вопрос о механизме распыливания топлива под дей­ ствием акустических колебаний высокой (иногда— сверхзвуковой) частоты является дискуссионным. Неко­ торые исследователи [9] объясняют этот эффект возник­ новением на поверхности вибрирующей жидкости капил­ лярных волн, вершины которых по достижении опреде­ ленной амплитуды колебаний отделяются от поверхнос­ ти в виде капель. Подтверждением этой гипотезы служит зависимость дисперсионных характеристик от частоты колебаний: с увеличением частоты (при прочих равных условиях) размеры капель топлива уменьшаются [10]. Вибрация с ультразвуковой частотой позволяет получить капли топлива диаметром порядка нескольких микрон. Имеются указания других исследователей [11] на реша­ ющую роль кавитации в процессе акустического распыли­ вания. Кавитация вызывается периодическим (во время полуцикла разрежения) образованием в пленке топлива небольших полостей, заполненных парами жидкости. Раз­ рушение этих пустот, происходящее в течение полуцикла сжатия, является причиной образования сильных удар­ ных волн, разрушающих стабильность поверхности топ­ лива. Опыты показали, что в случае отсутствия кавита­ ции распыливания топлива не происходило даже при достаточно большой акустической энергии. Видимо, при раопыливании топлива под воздействием поля акустиче­ ских .колебаний имеют значение оба фактора: образова­ ние капиллярных волн и кавитация.

Известно, что при распаде пленки топлива в форсун-, ках обычных конструкций в струе возбуждаются неус­ тойчивые волны различной длины [12], вызывающие об­ разование капель с весьма широким диапазоном разме­ ров. Принцип работы акустических форсунок отличает­ ся тем, что генерируемые колебания обладают вполне определенной частотой и амплитудой, результатом чего является существенно большая однородность дисперс­ ного состава капель.

Аэродинамические излучатели акустических колебаний

Простыми и экономичными генераторами (излуча­ телями) акустических колебаний являются аэродинами­ ческие устройства, в которых источником акустической энергии является газовая струя. Наиболее перспективны из них разного рода сопловые системы, отличаюшнеся,

Рис. 1. Схема газоструйного излучателя Гартмана (а) и кривая изменения давления (б)

например, от динамических сирен отсутствием вращаю­ щихся деталей, сложных в изготовлении и эксплуатации, особенно при высоких температурах.

В широко применяемом газоструйном излучателе системы Гартмана источником акустического поля яв­ ляются колебания резонирующей полости 2 небольшого объема (рис. 1), возбуждаемые потоком газа, вдувае­ мого через сопло /, находящееся напротив этой полости [13]. Если скорость выхода газа из сопла становится сверхзвуковой (т. е. превышает скорость распростране­ ния звука в этом газе), то в потоке газа за соплом по­ являются области с нестабильным давлением. Резуль­ таты измерения давления в различных сечениях газово­ го потока с помощью пневмометрической трубки иллю­ стрируются кривой, изображенной на рис. 1,6. По.теории

руктивное решение обеспечивает улучшение условий ра­

принятая конструкция излучателя позволила сократить продольные размеры и увеличить частоту генерации, по сравнению со стержневым свистком обычной конструк-

6 5 4

ду корпусом сопла и стержнем. Для подачи топлива предусмотрен кольцевой канал 6.

Исследованиями установлено, что максимальное зна­ чение мощности излучения в широком диапазоне изме­ нения величины бс (0,75—4,25 мм) соответствует значе­ нию параметра &а = 6р/6с = 2,5, здесь б р — величина кольцевого зазора резонирующей камеры. Для расхода

13,0 мм; глубина резонирующей камеры Л=4,0 мм. При соблюдении этих условий расчетная акустическая мощ­

Эксперименты показали, что выполнение топливного сопла в виде диффузора (рис. 2,а) значительно повыша­ ет стабильность генерации колебаний по сравнению с