2.9. Энтальпия продуктов сгорания

Энтальпией продуктов сгорания I называется количество теплоты, которое надо сообщить этим продуктам, чтобы нагреть их при постоянном давлении от 0 до °С. Соответственно, если продукты сгорания охладить, то они отдадут теплоту. Например, при охлаждении газов от ₁ до ₂ они отдадут теплоту, равную

,

(2.26)

где

I1 и I2

–

энтальпия газа при температуре 1 и 2 соответ­ственно.

Энтальпией газов удобно пользоваться в тепловых расче­тах котлов, когда необходимо определить количество теплоты, w которое газы, охлаждаясь, отдают поверхностям нагрева. Энтальпию газов I относят к количеству продуктов сгорания, образую­щихся от сгорания 1 кг топлива, поэтому размерность энтальпии Дж/кг или МДж/кг.

Рис. 2.3. Диаграмма 1 –  для мазута при различных коэффициентах избытка воздуха

Продукты сгорания являются смесью газов, нагретых до одинаковой температуры. Энтальпию смеси можно подсчитать, если известны объем и теплоемкость каждого компонента смеси, а также ее температура. Энтальпия теоретического объема га­зом при температуре  подсчитывается по формуле

,

(2.27)

где

–

средние изобарные объемные теплоемкости компонентов газовой смеси в интервале температур от 0°С до °С, Дж/(м3∙°С).

Энтальпия действительного объема газов будет больше на величину энтальпии избыточного влажного воздуха, Дж/кг,

 +

(2.28)

или

,

(2.29)

где

–

теплоемкость влажного воздуха, Дж/(м3∙°С) или МДжД/(м3∙°С).

Последовательность определения I приведена в табл. 3.3. На основе расчетов I строят график зависимости I = f () при =const, называемый диаграммой «энтальпия – температура». На рис. 2.3 приведена диаграмма I –  для мазута стандартного состава при различных значениях коэффициента избытка воз­духа .

2.10. Организация топочного процесса

В судовых паровых котлах жидкое топливо сжигают следую­щим образом. Топливо подают в топку в мелко распыленном виде. Устройство для распиливания называют форсункой. Одно­временно в топку подают воздух с помощью воздухонаправляющего устройства (ВНУ). Форсунка и ВНУ вместе образуют топочное устройство.

На рис. 2.4 показана схема топочного устройства для фа­кельного сжигания жидкого топлива и общая картина движения потоков топлива, воздуха и продуктов сгорания в таком про­цессе. Общий принцип сжигания жидкого топлива в топке котла заключается в следующем.

Рис. 2.4. Схема топочного устройства

В центре топочного устройства расположена форсунка I, которая подает в топку мазут в мелкораспыленном виде. В по­лете капельки мазута образуют полый конус, его границы обо­значены пунктирными линиями. К поверхности топливного ко­нуса воздухонаправляющим устройством 2 подается воздух. Он подается в топку закрученным (вихревым) потоком, чтобы улуч­шить его перемешивание с топливом. Вращательное движение потоку воздуха придают специальные лопатки, установленные в воздухонаправляющем устройстве. Обычно на пути движения воздуха помещают диффузор 3, который представляет собой плохообтекаемое тело. За счет вращательного движения потока и наличия диффузора воздух, как и топливо, поступает в топку в виде полого конуса. Потоки топлива и воздуха организованы так, чтобы в выходном сечении фурмы 4 произошло их пересе­чение, благодаря которому начнется интенсивное перемешива­ние топлива с воздухом. С этого момента частицы топлива увле­каются воздухом, меняя скорость и направление движения.

В результате перемешивания топлива с воздухом образуется полая струя топливовоздушной смеси в форме тюльпана. При­мерно на середине толщины полой струи продольное движение топливо-воздушной смеси имеет максимальную скорость. Ближе к наружной и внутренней границам струи скорость продольного движения смеси снижается: на наружной границе она близка к нулю, а на внутренней даже меньше нуля, то есть вектор ско­рости продольного движения направлен в обратную сторону, к форсунке. Такое обратное движение вызвано разрежением, воз­никающим в центре полой струи топливовоздушной смеси бла­годаря диффузору и вращательному движению струи. Зона раз­режения называется зоной обратных токов. Здесь в процессе горения топлива горячие газы, двигаясь в обратном направле­нии, подходят к струе топлива и поджигают ее, обеспечивая устойчивое положение факела около топочного устройства при любых высоких скоростях подаваемого в топку воздуха.