Способы сжигания топлив.
Сжигание твёрдого топлива может быть организовано различными способами:
- факельным;
- циклонным;
- слоевым;
- в кипящем слое.
Факельный.
Н
аиболее
распространённый. Топливо, перемолотое
в тонкодисперсную пыль, вдувается в
горелочное устройство потоком воздуха.
При скорости газового потока в топочной
камере, превышающей скорость витания
частиц, последние оказываются взвешенными
в потоке, начинают перемещаться, сгорая
в полёте в пределах топочной камеры.
Сгорание топлива происходит за 1-2
секунды. Скорость сгорания, и следовательно
тепловыделение во времени определяется
поверхностью горения: чем мельче частица,
тем сгорит быстрее, тем лучше
транспортируется по топочному объёму.
В топочной камере находится и одновременно
сгорает ничтожное количество топлива
- 20÷30 г на м3
объёма. В связи с этим процесс чувствителен
к нарушениям теплового режима.
Аэродинамической
характеристикой
факельного процесса является уравнение
Стокса:
,
где
d – диаметр частицы, м;
µ - динамическая вязкость газовой среды, Н∙с/м2;
Wп – скорость потока в камере, м/с.
Этим процессом пользуются и при сжигании газового и жидкого топлив. Газ поступает вместе с воздухом через горелку. В топочной камере газовоздушная смесь сгорает. Жидкое топливо поступает через форсунки в пульверизованном виде. Мельчайшие капельки испаряются, смешиваясь с воздухом, и сгорают в полёте.
Циклонный.
Т
ранспорт
частиц, как и при факельном способе,
осуществляется газовоздушным потоком.
Скорость несущего потока значительно
выше критической.
Аэродинамической характеристикой циклонного процесса является неравенство:
,
где С – коэффициент сопротивления
частицы; F
– миделево сечение частицы, м2
; Wп
– скорость потока в камере, м/с. ρп
– плотность газового потока в слое,
кг/м3.
Частица циркулирует по контуру ровно столько, сколько необходимо для её сгорания. Циркуляция происходит за счёт центробежных сил подвижного уплотнённого слоя, подверженного интенсивному обдуванию. В результате частицы интенсивно выгорают и эффективно сепарируется жидкий шлак. Пребывание частицы в камере сгорания увеличено, по сравнению с факельным процессом, поэтому можно применять более крупный помол топлива, что снижает расход энергии на размол.
Этим процессом пользуются и при сжигании газового и жидкого топлив. Газ поступает вместе с воздухом через горелку и интенсивно сгорает в циклонном потоке. Жидкое топливо поступает через форсунки в циклонную камеру в пульверизованном виде, испаряется, смешиваясь с воздухом, и интенсивно сгорает.
Слоевой.
С
вободно
лежащее на решётке топливо продувается
снизу воздухом. Скорость воздушного
потока такова, что устойчивость слоя
не нарушается. Для этого сила тяжести
частиц должна быть больше напора газового
потока.
Аэродинамической
характеристикой
слоевого процесса является неравенство:
,
где
Gч0 – сила тяжести частицы; С – коэффициент сопротивления частицы; F – миделево сечение частицы, м2 ; Wп – действительная скорость потока в слое, м/с; ρп – плотность газового потока в слое, кг/м3.
Помол топлива составляет 20-30 мм. Для горящего слоя характерны высокая тем-тура, преобладание в нём крупных частиц.
Кипящий слой.
В
данном случае находящееся на решётке
измельчённое топливо (1-6 мм) интенсивно
продувается потоком воздуха из-под
решётки, так, что частицы всплывают над
решёткой и совершают возвратно-поступательные
движения в вертикальной плоскости.
Скорость потока (газовоздушного) в
кипящем слое больше чем под ним. При
этом мелкие и частично выгоревшие
частицы поднимаются в верхнюю часть
кипящего слоя, где скорость потока
снижается и там сгорают и не уносятся
с потоком. Кипящий слой увеличивается
в объёме в 1,5-2 раза, его высота составляет
0,5-1 м.
Тепловоспринимающие поверхности располагают внутри кипящего слоя. Температура газов в горящем слое относительно невелика (800 – 1000°С), что исключает перегрев металла и уменьшает образование вредных окислов серы.
Аэродинамической
характеристикой
кипящего слоевого процесса является
выражение:
,
где
Gч0 – сила тяжести частицы; С – коэффициент сопротивления частицы; F – миделево сечение частицы, м2 ; Wп – действительная скорость потока над слоем, м/с; Wс – действительная скорость потока в слое, м/с. ρп – плотность газового потока в слое, кг/м3.
При этом Wп < Wс .
Процесс горения жидкого топлива осуществляется в камерной топке и может быть разделен на 4 осн. фазы.
распыливание жид. топлива на мельчайшие капли
испарение жидкого топлива и образ-е горючей смеси паров жидкого топлива с воздухом
зажигание образ-ся горючей смеси
горение этой смеси.
Перед сжиганием жидкое топливо предварительно подогревают для уменьшения вязкости и затем распыливают на мельчайшие частицы спец. распылителями – форсунками. По способу распыливания жидкого топлива форсунки м. разделить на 3 осн. группы:
Механич-е. в них распыливание осуществ-ся за счет энергии топлива при продавливании его под значит. Давлением через малое отверстие – сопло или за счет центробежных сил, создавае-х при закручивании топлива или при вращении элементов самой форсунки. Дальнейшее измельчение получен. Капель происходит под воздействием давления окруж-й среды.
С распыливающей средой. Распыливание топлива осуществляется за счет энергии движ-ся с большой скоростью распыливателя – пара или воздуха.
Комбинированные. Распыливание за счет совместного использования энер-и топлива, подаваемого под давлением и энер-и распыливающей среды.
Процесс горения газообр-го топлива осуществляется в камерной топке. В топочную камеру газ и окислитель подается через горелки, в которых происходит их смешение. В завис-ти от способа смешения с воздухом различают 3 вида горения газа.
диффузионное горение при котором отсутствует предварительное смешение газа с воздухом. Кислород поступает к горящему газу в результате диффузии воздуха из пространства, окружающего топочное устройство.
горение газа предварительно перемешанного лишь с частью воздуха, необходимого для полного его сгорания. Воздух поступающий в горелку – первичный, а воздух поступающий к газовому пламени вне горелки – вторичным.
горение газа при полном предварительном смешении его с воздухом.
№81