Жидкое топливо
Жидкое топливо (в основном мазут), несмотря на общую тенденцию к сокращению его использования, находит пока еще достаточно широкое применение в котельных установках промышленных предприятий. Как отмечалось в гл.3, горение жидкого топлива происходит в основном в парогазовой фазе. Последнее связано с тем, что температура кипения жидких топлив значительно ниже температуры их воспламенения.
Поступившее в топочное пространство жидкое топливо за счет теплоты топочных газов прогревается, а затем ис-паряется. В первую очередь испаряются его наиболее легкие фракции. Интенсивность испарения увеличивается сростом относительной его поверхности и усилением подвода теплоты.
При наличии окислителя и достижении температуры воспламенения происходит загорание образовавшейся горючей парогазовой смеси. Выделившаяся при этом теплота способствует еще более интенсивному испарению топлива. Жидкое топливо определяет скорость сгорания скоростью его испарения с поверхности; эта поверхность многократно увеличивается при распыливании жидкого топлива на отдельные мельчайшие капли, для чего и применяются специальные устройства - форсунки.
Поскольку интенсивность сжигания жидкого топлива определяется в значительной мере интенсивностью его испарения, важнейшим и первым этапом подготовки жидкого топлива к сгоранию является распыление его на мельчайшие частицы. Например, из капли диаметром 1 мм дроблением может быть получено 10е капель диаметром Юмкм. Площадь поверхности испарения при этом увеличивается в 600 раз.
Жидкое топливо распыляется и получаются капли различных размеров - от нескольких до сотен микрометров. Наиболее мелкие капли испаряются и воспламеняются первыми, способствуя испарению и воспламенению более крупных. При рассмотрении горения жидких топлив следует помнить, что горючая их часть состоит из различных углеводородов, сжигание которых идет с образованием промежуточных соединений и зависит от содержания окислителя в горючей смеси и температуры. При достаточном количестве окислителя образующееся из исходных углеводородов промежуточное соединение - формальдегид НСОН - легко разлагается на водород и оксид углерода
которые сгорают с образованием диоксида углерода и водяного пара:
В реальном факеле отдельные его участки имеют различные избытки окислителя и различную температуру. При недостаточном количестве окислителя после испарения про-исходит термическое разложение углеводородов. Характер этого процесса зависит от температуры. При относительно низких температурах (до 500-600 °С) разложение сложных углеводородов идет симметрично с образованием простейших углеводородов. Последние сравнительно легко могут быть в дальнейшем окислены до С02 и Н20. При более высоких температурах разложение идет несимметрично с образованием кроме простейших соединений и тяжелых высокомолекулярных углеводородных комплексов вплоть до сажистого углерода включительно:
Высокомолекулярные комплексы и углерод сжигаются плохо, поэтому горючая часть мазутного факела может представлять собой смесь легких паро- и газообразных углеводородов, тяжелых жидких углеводородов и даже твердых частиц (сажи). Следовательно, необходимый для горения воздух надо подавать в корень факела, что способствует усилению окислительных реакций и ослабляет несимметричное расщепление углеводородов. Важное значение имеет при этом быстрое и тщательное смешение горюшх компонентов факела с окислителем, т. е. с кислородом подаваемого воздуха.
Мазутный факел представляет собой неизотермическую затопленную струю. По мере развития струи к ней за счет турбулентной диффузии подмешиваются высокотемпературные продукты горения, обеспечивающие прогрев, испарение и воспламенение распыленного жидкого топлива. Зона воспламенения в мазутном факеле устанавливается там, где имеет место равновесие между скоростью распространения пламени и скоростью движения струи. Воспламенение факела начинается в наиболее горячем пограничном турбулентном слое и распространяется в глубь струи. При этом происходит прогрев до температуры воспламенения поступившей в область горения новой паровоздушной смеси.
Форма зоны воспламенения зависит, в частности, ог формы выходящей из форсунки струи. Для незакрученной струи зона воспламенения имеет форму конуса, основание которого находится вблизи устья форсунки, а вершина лежит на оси струи на значительном расстоянии от форсунки. При закрученной струе капельки мазута концентрируются в наружных ее слоях. В средней части факела создается разрежение, за счет которого в нее подсасываются высокотемпературные продукты горения. В этом случае наряду с воспламенением внешней поверхности струи происходит также воспламенение и ее внутренней поверхности, что обеспечивает более интенсивное протекание процесса горения.
Из изложенного следует, что процесс сжигания жидкого топлива состоит из следующих последовательных этапов:
1) распыление (пульверизации топлива);
2) образование горючей смеси, состоящей из продуктов испарения и термического разложения углеводородов и окислителя (карбюрация);
3) воспламенение горючей смеси;
4) горение горючей смеси.
Жидкое топливо по эффективность сжигания в значительной степени зависит от первых подготовительных этапов, определяемых работой форсунки.
