Г.А. Околович - Учебное пособие - Нагрев и нагревательные устройства (1254309), страница 3
Текст из файла (страница 3)
При использовании мазута влияние подогреватоплива на температуру горения можно не учитывать, ибо мазутподогревается всего на несколько десятков градусов. При отоплениипечей природным газом его обычно сжигают не подогретым.Целесообразнее использовать подогретый воздух, т.к. на 1м3природного газа или 1 кг мазута расходуется примерно 11-12м3воздуха. Температура горения может быть повышена при уменьшенииобъема продуктов горения за счет улучшения перемешивания топливас воздухом, т.е. при уменьшении коэффициента расхода воздуха α.Практическая температура горения tn в 0C, наблюдаемая в печи,всегда несколько ниже теоретической, т.к. процесс горения сопровождается потерей теплоты в окружающую среду: чем большетеряется теплоты, тем ниже практическая температура горения:tn = η ⋅ t0(1.12)где η - пирометрический коэффициент зависящий от типа печи иприменяемого топлива.141.5 Сжигание жидкого топливаМазут сжигается посредством форсунок во взвешенномсостоянии в рабочем пространстве печи.
При распылении мазута намелкие частицы 0,08 - 0,15 мм, он легче смешивается с воздухом.Таблица 3 - Теоретические температурызависимости от условий его сжиганияВид топлива икоэффициентрасхода воздуха α.Мазут1,11,21,3Природный 1,05Газ1,11,2горениятоплива вТеоретическая температура (С0)при подогреве воздуха.0200400184019601965182519301940180018901895102020202030186019701980174018801890Сжигание мазута состоит из 4-х основных фаз: распылениепосредством форсунки; образование горючей смеси; подогрев смеси;воспламенение и горение.Важным фактором успешного горения является тонкостьраспыления.
Чем тоньше распыление, тем горение протекает быстрее свысокой температурой и большим выделением тепла.На устойчивость горения влияет форма форсуночного отверстия(форсуночной камеры). Рисунок 1.1-Кладка печи:2-Форсуночный блок:3-Форсуночная камера:4-Каркас крепления форсунки.Рисунок 1 - Форсуночная камера:15Угол α выбирается из соотношения скорости истечения и скорости воспламенения. Если скорость воспламенения будет выше скорости истечения, то воспламенение может произойти внутри горелки илитрубопровода, что приводит к взрыву.Если скорость истечения будет больше скорости воспламенения,то произойдет отрыв пламени от форсунки и горение прекратится.Применяемые для сжигания мазута форсунки подразделяются:1 По способу распыления: воздушные, паровые и механические;2 В зависимости от давления воздуха:а) низкого давления, при скорости выхода мазута до 70 м/с (0,030,1 атм). Такие форсунки работают на малой скорости подачи воздуха,но большой его массы.
Пламя короткое (до 1,5 м). Принимается восновном в кузнечном производстве.б) высокого давления (0,5 - 0,8 атм). Работают с большейскоростью подачи воздуха, при скорости выхода мазута до 300 м/с.Пламя длинное и острое. Применяются, в основном, для методическихпечей в металлургической промышленности.3 В зависимости от ступеней смешения: одноступенчатые и двухступенчатые.4 В зависимости от использования резервного топлива: пылемазутные и газо-мазутные форсунки.Недостаток форсункиТрудность регулирования. С уменьшением подачи количествамазута и воздуха уменьшается скорость на выходе и ухудшаетсяраспыление.
Улучшение регулирования достигается применениемфорсунок с регулируемым грибовидным соплом (рисунок 2).Рассмотренныефорсункиобладаютнеравномерностьюраспыления мазута по сечению струи. Для устранения этого недостатка применяются двухступенчатые форсунки (рисунок 3).Механические форсунки под воздействием высокого давленияраспыливают мазут в рабочее пространство, где он смешивается споступающим воздухом и сгорает.Мазутные форсунки подбираются по каталогу в зависимости отназначения печи, ее температурного режима и требуемойпроизводительности.161-воздуховод подогретого воздуха; 2-шибер подачи воздуха;3-корпус форсунки;4-мазутное сопло; 5-вентиль подач мазутаРисунок 2 - Форсунка с регулируемым грибовидным соплом1-корпус, 2-фланец крепления, 3-конический выход, 4-смесительвторой ступени, 5-шайба регулировки подачи воздуха, 6-мазутноесопло, 7-смеситель первой степени, 8-распылитель первойступени, 9-вентиль, 10-тяга перемещения регулировочной шайбыРисунок 3 - Двухступенчатая форсунка171.6 Сжигание газообразного топливаГаз сжигается в рабочем пространстве посредством горелок.Сжигается значительно легче, чем жидкое топливо, за счет лучшегосмешения.
Легкое смешивание и возможность подогрева газа ивоздуха создает условия для получения высокой температуры врабочем пространстве.Сжигание осуществляется в 3 стадии: смешивание газа своздухом, подогрев и горение.Чем выше скорость горения, тем больше выделяется тепла, темвыше температура. Наиболее высокая температура достигается припредварительном смешивании.Газовые горелки подразделяются: а) низкого давления;б) среднего давления;По месту смешения:а) внешнего смещения. Газ и воздух раздельно подаются врабочее пространство, где и происходит смешение и горение.
Это такназываемые диффузионные одноприводные горелки;б) внутреннего смешения - газ и воздух смешивается внутригорелки. Это так называемые двухприводные горелки (рисунок 4);в) предварительного смешения - газ и воздух смешиваются всмесители, а затем подаются в горелки (рисунок 5).В зависимости от количества ступеней смешения:а) одноступенчатые;б) двухступенчатые.При использовании резервного топлива применяются газомазутные горелки (рисунок 6).Для повышения производительности горелки без ухудшенияполноты горения газа необходимо увеличить скорость смесеобразования за счет дополнительного увеличения турбулентности потоков, используя рассекатели, диффузоры, направляя струи газа и воздуха подуглом друг к другу.
Турбулентность приводит к большому увеличениюскорости горения газовой смеси.Горелки с полным предварительным перемешиванием являютсяинжекционные, т.е. их применение не требует устройств для подачи ирегулирования расхода воздуха.Устройство, в котором энергия вытекающего газа используетсядля подсоса необходимого количества воздуха и подачи газовоздушной смеси к тоннелю, называют инжектором.1819При истечении газа с давлением Р1 из сопла 1 в трубу 2 попериферии газовой струи создается разряжение Р2, обеспечивающееинжекцию атмосферного воздуха (рисунок 7 а и в).
В трубе газ ивоздух перемешиваются, давление в смесителе достигает величиныР3(Р3<Р1), в результате чего смесь подается к тоннелям. Инжекторыизготавливают с цилиндрическими или коническими трубами(диффузорами). Первые работают с низкими КПД, не превышающими10-14%, т.к. в кольцевом пространстве между струей и стенкойобразуется вихри, движущиеся навстречу воздушному потоку. Вдиффузорах с углом раскрытия не более 6-80 отрыв струи от стенок иобразование вихрей не происходит, вследствие чего КПДувеличивается до 25-30%.Рисунок 7 - Инжекционные газовые горелки20КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ1.
Что такое топливо?2. Виды и сорта топлива?3. Элементарный и технические составы топлива?4. Что такое теплота сгорания топлива; условное топливо?5. В чем разница между Qнр, Qвр ?6. Почему сера и влага ухудшают свойства топлива?7. Как пересчитать заданный состав топлива на рабочий?8. Что такое горение полное и неполное?9. Назовите режимы горения (распространение пламени)?10. Что такое тепловое напряжение топочного объема?11.
Каковы коэффициенты расхода воздуха и его влияние напоказатели работы печи?12. Конструкции форсунок для сжигания мазута .13. Типы горелок для сжигания газообразного топлива.14. Особенности инжекционных (беспламенных горелок).15. Теоретическая и практическая температуры горения топлива.ГЛАВА 2 МЕХАНИКА ПЕЧНЫХ ГАЗОВ2.1 Основные законы газового состоянияДымовые газы образуются при сжигании топлива, поступающегов рабочее пространство, отдают часть тепла окружающим стенкам, азатем удаляются в атмосферу. От характера движения газовзависит условие теплообмена, распределение температуры,давления, сопротивления движению газов.При рассмотрении движения газов делается следующее допущение: Газы, находящиеся в печи по давлению мало отличаютсяот атмосферного. Поэтому, изменение объема газа под влияниемдавления ничтожно мало, и им можно пренебречь.Во всем рабочем пространстве печи, хотя температура именяется, но на небольших участках, это изменение также мало иизменением объема газа при этом можно пренебречь.
Исходя изсказанного, можно сделать вывод: газы, движущиеся в печах, неменяют своего объема, т.е. несжимаемы. Это дает возможность длярасчетов использовать многие законы гидравлики.Газы обладают свойством сопротивляться относительномусдвигу, т.е. вязкостью. При движении одного газа относительнодругого, вследствие теплового движения, молекулы будут переме21щаться от одного слоя к другому, затрудняя взаимное перемещениеслоев.Вязкость газов зависит от температуры.
С повышением температуры она увеличивается, и температура усиливает их тормозящеедействие при переходе из слоя в слой. Движение газов по своемухарактеру различается на ламинарное и турбулентное.Турбулентное характеризуется микроскопическим вихрем,обеспечивающим смешение газов. Переход ламинарного движения втурбулентное определяется критерием Рейнольдса. Былоустановлено, что переход от одного режима к другому происходит приопределенной безразмерной величине, называемой критерием иличислом РейнольдсаR1 = (W)q ,d(2.1)где W - средняя скорость потока, м/с;d - диаметр канала, м;q - кинематическая вязкость потока, м2/с.Скорость, при которой ламинарное движение переходит втурбулентное называется критической.Свободным называется такое движение, которое возникаетвследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц газов.Вынужденным называется движение в газоходах и трубопроводах под действием внешних сил.
В печах наиболее распространеновынужденное движение.Струя газа, выходящая в свободное пространство, заполненное тем жегазом,называетсясвободнойструей(рисунок8).Рисунок 8 - Схема движения газов в свободном пространстве22Вследствие наличия сопротивления относительному сдвигу итеплового перемещения молекул по мере удаления от выходногоотверстия, масса струи будет увеличиваться, а скорость вприграничных ее участках будет уменьшаться.Участок струи, где максимальная скорость на оси равна скоростипри выходе, называется начальным участком, а участок, где осеваяскорость уменьшается - основным участком. В печах, работающих нагазе и мазуте, продукты горения из форсунки или горелки выходят впространство, заполненное продуктами горения, т.е.
струя должнаповести себя как свободная.Однако рабочее пространство, представляет собой замкнутуюкамеру (рисунок 9). Газ движется из зоны пониженного давления взону с повышенным давлением, что создает циркуляционноедвижение.На характер движения газов оказывает влияние избыток давления, вызванный разностью удельных весов газа и воздуха. Этотизбыток давлений определяется, пользуясь законом равновесия.P = P0 − γ h(2.2)где Р - давление на рассматриваемом участке; Р0 - давление нанулевом участке; γ - удельный вес газа; h - высота рассматриваемогоучастка от нулевого (рисунок 10)Рисунок 9 - РабочеепространствоРисунок10Распределение давления повысоте печи23γ г < γ в ,...Рг = Р 0 − hγ ;...Р0 .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
