Теплотехника Учеб. для вузов А. П. Баскаков, Б. В. Берг, О. К. Витт и др (943465), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Последнее наблюдается при форсировании топки, когда повышается скорость топливавоздушной смеси и реакции горения не успевают завершаться в пределах топки. Механический недажог определяется содержанием /' ("тта по массе) горючих элементов в золе и шлаке, образующихся в результате сгорания топлива (оно находится путем выжигания проб золы и шлака). Принимая теплоту сгорания горючих равной 32,65 МДж/кг (почти как у чистого углерода), величину Я.«, можно рассчитать по формуле, МДж/кг, О„т, = 32,65А'Г/(100 (100 — Г)). (17.3) 132 Здесь А' — зольность топлива в рабочем состоянии, а член (100 в Г) в знаменателе учитывает увеличение массы золы и шлака за счет содержания в них горкм чих веществ. Чаше всего топочные потери выражают в процентах ат теплоты сгорании топлива: а„„„= 100О„„„/О,, в„,.,=(00О...„/О,' (17А) Значения д,„. и ц.„„зависит от типа сжигаемого топлива, конструкции и размеров топки, способа механизации топочных процессов (прн сжигании твердых топлив) и т.
д. Существенное влияние на них оказывает коэффициент избытка воздуха а,. Увеличение количества подаваемого в ~анку воздуха сначала улучшает горение, приводя к уменьшению т)„„. и т).«„ однако чрезмерное увеличение и, снижает температуру горения, что может привести к увеличению д„, и д.«„. В каждых конкретных условиях существуют оптимальные значения коэффициента избытка воздуха.
Олним из основных показателей топки является т е и л а н а п р я ж е н и е топочного объема вю т.е. отношение количестви выделяющейся ври сгорании теплоты к объему топки: т)г- О«В/У,. (17.5) Здесь  — расход топлива; 1', — объем топки. Для слоевых топок на твердом топливе важнее знать количество теплоты, вьтделяющейся яи единице площади поддерживающей решетки («зеркала горения»),— т е и л о и а п р я ж е н и е зеркала горения слоя: в =д,'В/)7. Здесь )7 — плошадь слоя топлива. При увеличении дк и вя недожог обычно тоже увеличивается нз-за уменьшения нремени пребывания реагентов в топочном объеме. Г1рактикой установлены оптимальные величины т)к и дя для разных типов топки.
расчет топки сводится к определению ее размеров, т. е. У и /с, н температуры газов на выходе. Значения д и т)я вы- предельные объемные концентрации топлива в смеси с воздухом, зй (температура смеси 20 С) топлива Зчрььг (ич ~чм Нижняя г!шпица галл~ ванч Стеткамс~рпчы к ш смг с!, !)г!жчнч ~рчнчнл ыжч~лки» Нрк нхзи шк и чсск выем НгО (чс кексе эгснгмт далей %) 133 бираги такими, чтобы обеспечить не только полное горение, но и охлаждение пр(н!)кпзп сгоранию до нужной температуры.
Обьгм и плошадь поперечного сек пни тс>пки гшредслиюз па формулам (17.51 и (17 6), н температуру газов на ныхадс и ~ !анки рнсчлн!Тыьакгг на уравнениям тс!~лопсрсда !и г учетам уравнения тсплонага баланса (17.1) и выбранных но саатнетствуюшнм нормативам значений г)„,„ и г)ча (7зк ОСОБЕННОСТИ СЖИГАНИЯ ГАЗА В топку можно подана!ь заранее цаджгганленну!а гнзангюдушную смесь, а ма!кис ндуна|ь горючин гвз и воздух раздгльна, (.жиганне падготовленнои счссн ецггыва<ггя кинетическим, поскольку оно определяется талька кинстикан реакции горения. В соответствии с законом Лррениуса (188'.) г ) скорость реакции сильно (па экспоненте) воэра. стает с т! мпературой, поэтому при высоких тсмпературат, обычных для топочных камер, такая смесь может сгорать с ш.рампой скоростью Предварительно подготовленную смесь сжигают н карбкзраторных двигателях внутреннего сгорании, где горение должно завершиться за ничн>жно малое время.
В промышленных топках и печах такой болыной скорости сгорания обычно нс требуется. В та же времи подготовленная смесь чрсзвычаино взрывоопасна. Она может взорваться от электрической искры (как в цилиндре карбюраторных ДВС), нри нраскокс пламени через горелку из тапки и просто при нагреве до определенной температуры, называемой температурой самовоспламенения.
Ее значения для некоторых газов в смеси с воздухом приведены ниже: Газ Н, Г:О СН, С Н, г,"С 560 590 644. 658 650 750 406 440 Надо отметить, что нс всякую смесь можно поджечь даже от постороннего источника (нацример, электрической искры). Различают нижний (а. ) 1, бедная смесь) и верхний (а, ( 1, богатая смесь) концентрационные границы зажигания.
Вне этих пределов смесь невозможно зажечь, т е. она пожаро- и взрывобезопасна (надо иметь в виду, что богатая топливом смесь, вытекая в воздух и разбавляясь им, станет пожароопасной). Предельные концентрации зажигания приведены в таблице. Учитывая взрывоопасность готовой смеси, в промышленных установках предпочитают без особой необходимости не иметь с нею дела, подавая горючий газ в топку отдельно от воздуха.
В отличие ат кинетического такое горение называется д и ф ф у з и о н н ы м, поскольку скорость его сгорания определяется интенсивностью смешения компонентов, осуществляемого в конечном счете путем взаимной диффузии. Турбулентные пульсации обеспечива. ют смешение достаточно крупных порций топлива с окислителем, созлввая перемежающиеся объемы топлива, окислителя и продуктов сгорания (макросмешение). Однако для горения необходима смешение на молекулярном уровне. В каждом из этих объемов реагенты путем молеку. лярной диффузии транспортируются к поверхности их раздела, где образуется пламя, непрерывно разрушающееся турбулентными пульсациями и возникающее в новых местах Поскольку горение осложняется диффуэией — процессам, протекающим весьма медленно, диффузионный факел получается много длиннее, чем факел подготовленной смеси Тем не менее сжигание топлива при раздельной подаче его с окисли<елем широка применяется по двум причинач Вопервых, раздельный их транспорт пп гру.
бопроводам к топке и смешение уже в процессе сжигания намного безопаснее, чем подача взрыва- и пожароопасной горючей смеси. Во-вторых, иногда нужно сознательно замедлить сжигание, как говорят, «растянуть» факел, сделать его длиннее, например, для того чтобы равномернее на~ре~ь металл по всей дли. не печи или увеличить свстимость факела за счет сажистых частиц, выделяющихся при диффузионном сжигании.
!<и'<г<«и и <'и« и ,«.о»и 1««<и«« «<и<<ив< и < циии <'д <п«,х «<х')дин И!ч'И.«и<И « НД Сжигание топлива осуществляется с помощью устройств, называемых горелками. Они предназначены для ввода газа и окислителя (обычно воздуха) в топку, смешения потоков до начала горения или в самом процессе горения и для <'табилизации факела. Под стабилизацией понимается создание условий, абгспгчинаюи(ик надежное горение факела бгз погиспний, пульсаций или отрыва от горелки. За очень редким исключением это достигается путем создания такого аэродинамического режима, при котором образующиеся при сгорании раскаленные продукты непрерыв.
но подмешиваются к свежей топливо- воздушной смеси, обеспечивая ее зз жигание. По принципу счесеобразовании газовые горелки можно разделить на две большие группы; и н ж е к ц и о н и ы е и с принудительной подачей в о з д у х а. В горелках первой группы воздух инжектируется из атмосферы <34 Р<ы. !7.2 <:хема прастсишгй ниже«цивина<< горелки струей газа, истекающего из сопла, перед которым он нчеет соответствую<цее давление Н горелках второи группы под давлением подаютси кл«газ, так и воздух К псрвои относятся, в частности, горелки бытовых газовых плит (рис (72) (аз с избыточным давлением в песк<и<око килаиаскалей, вьпекая нэ сопла в <мое<пель, ныполнениый в форме эжектора, иодсасывает в него нужное кол ичес<во воздуха из окружающей среды и смешивается г иим.
Количество инжектируемого воздуха примерна пропорционально расходу эжектирующего газа, поэтому при изменении тепловой мощности горелки (путем увеличения или уменьшения расхода газа с помощью вентиля или крана) соотношение газ— воздух, т. е. коэффициент избытка воздуха, остается приблищиельно постоянным. Для его изменения при настройке горелки на линии подвода воздуха устанавливают заслонку нли шайбу регулируемого сопротивления, Инжекционные горелки не требуют установки вентилятора для подачи воздуха, но нуждаются в большом давлении газа.
Промышленные инжекционные горелки имеют больш)ю длину, необходимую дли организации плавного течении газовоз<<тшной смеси в канале лиффузора. В круш<ых ш<чзх, и особенна в котельных топках, чаще используют горелки с принудительной подачей воздуха. Смешение воздуха с газом часто осугцествляется в них путем закручивания подаваемого иа горение воздуха, которое не только сильно турбулизируег факел (что интенсифицирует псреь~ешивание), но и создает мощную циркуляцию к устью горелки раскалгнных продуктов сгорания, поджигающих вытекающую из горелки гаэовоздушную смесь.
На рис. 17.3 схематично изображена широко распространенная в неболыпих печах горелка тина ГНП (горелка ни. экого давления природного газа) Природный газ с избыточным давлением до 8 кПа (оно уменьшается прн снижении мощности горелки, т. е. уменьшении рас хода газа) вытекает из га~оаого насадка, имеющего одно или несколько отверстий. Подаваемый вентилятором воздух закру чивается лопаточным завихрителем и пс. ремешивается с газом При розжиге горелки факел поджи~ают электрическим запяльником или другим поджигающим устройством После этого стабилизация горения обеспечивается ее поджиганнем раскаленными продуктами сгорания, которые подсасываются к устью горелки вследствие разрежения по оси, возникающего из-за врагцеиия потока.
Номинальная мощность горелок ГНП не превышает 1 МВт. Газовые горелки устанавливают обычно на стенах, иногда — на потолке нли на поду печи, предгтавлнющей гобои камеру, форма которой определяется ее назначением. В нагревательных печах теплонапряжение топочного объема г/, прн сжигании газов доходит до 0,6- 1,2 МВт/и'. Прн этом а,=!,05 —:1,3, а химический ~ Лээдуг ы ам га Рнс. 17.3 Горелка с принудительной подачей воздуха типа ГНИ недожог составляет 1 — 3 ог5 (большие цифры гжносятсн к бедном газам типа доменного при плохом перемсшивании их с воздухом).
При необходимости охладить газы в пределах т<шки выбирают меньшие значения г/, при этом снижаетсн и г/,„„Для сравнения укажем, что в основных камерах сгорания авиационшлх реактивных двигателей, в которых, правда, сжигается специальное жидкое топливо, а не газ, геплоиапряжение г/г, приведенное к атмосферному давлению, составляет 30 — !30 МВт/м', а в форсажных — до 300 МВт/м' Объем этих камер определяется только условиями горения, и его уменьшение настолько важно, что в форсажиых камерах сгорания идут на недожог, доходящий до 5 — 10%. В ряде технолсч ических процессов образуются горючие газы, содержащие к тому же вредные вещества, которые нельзя выбрасывать а атмосферу. Эти отходы можно разделить па две группы В первую входят газы с теплотой сгорания /2',~)3 МДж/м" (коксовый и доменный, газы ферросплавных печей и кон.
верторов, отбросные сероводородные газы нефтепереработки и т. д.). Их сжига ют так же, как и природный, однако при низких значениях 1;), желательно предварительно подогревать воздух, а иногда и сам газ (например, доменный! и использовать специальные горелки. Газы, у которых (3~(3 МДж/м' (отходящий газ сажевых заводов, большинство ваграночных выбросов, вентиляционные выбросы сушильных и других аппаратов, содержащие пары органических растворителей, например толуола, и т. д.), по существу, ие являются горючими, а многие из них содержат и кислород, что делает их взрывоопасными и исключает их подогрев.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
