Вся електронна бібліотека >>>

Зміст книги >>>

  

Будівництво та ремонт

Побутові печі, каміни і водонагрівачі


Ю. П. Соснін, Е. Н. Бухаркин

 

РОЗДІЛ II

РОБОТА ПОБУТОВИХ ПЕЧЕЙ НА ГАЗОПОДІБНОМУ І РІДКОМУ ПАЛИВІ

ГЛАВА 5

РОБОТА ПОБУТОВИХ ПЕЧЕЙ НА РІДКОМУ ПАЛИВІ

26. Особливості горіння рідкого палива та основи його розрахунку

  

 

Горіння - це хімічний процес окислення горючих компонентів палива, що супроводжується інтенсивним виділенням теплоти.

Відомо, що при низьких температурах наявність палива і повітря (окислювача) не забезпечує їх хімічного сполуки, званого горінням. Горіння починається тільки після того, як частинки прогрілися до температури, що забезпечує їм енергію активації Е, достатню для вступу в реакцію.

Графік на 82 ілюструє енергію реакції й активації. Частинки палива і окислювача, які мають початковим енергетичним рівнем Н, повинні придбати енергію активації. Для досягнення енергетичного рівня А, при якому реакція буде йти мимовільно, необхідно попередньо подолати енергетичний бар'єр, що дорівнює різниці енергетичних рівнів А і Н, після чого починається екзотермічна реакція, що йде до точки К і супроводжується виділенням енергії (теплоти) в кількості ЕА_К.

Попередній підігрів, необхідний для запалювання палива, спочатку створюється внесенням в топку палаючого факела, іскри або іншого джерела високої температури. Надалі частинки палаючого палива, гарячі гази, а також розжарені тепловипромінюючі стінки камери згоряння сприяють підігріву і протіканню реакції горіння знову надходить паливно-повітряної суміші.

При нагріванні рідкого палива з нестачею повітря відбувається випаровування вуглеводнів і їх термічне розкладання, що супроводжується розщеплення вуглеводнів.

В результаті розщеплення утворюються легкі та важкі вуглеводні. Легкі вуглеводні і водень швидко згоряють при сприятливих умовах (достатня температура, наявність кисню). Важкі, високомолекулярні вуглеводні і сажістий вуглець дуже важко згорають, внаслідок чого значна незгорілих їх частина несеться з топки або утворює в топках коксові нарости. Кіптява і сажа в полум'ї також є результатом освіти важких, високомолекулярних вуглеводнів.

При достатній кількості кисню вуглеводні окислюються. Початкова стадія окислення проходить з утворенням гарячих газів - оксидів вуглецю і водню 2СХ

В результаті полегшується кінцева стадія горіння, проходить по реакцій:

2CO +

Таким чином, процес горіння рідкого палива проходить наступні стадії: змішування крапель палива з повітрям, підігрів їх і випаровування, термічне розкладання (розщеплювання), освіта газової фази, займання і завершення оксидування (горіння) газової фази. Стадії ці невіддільні одна від іншої і в якій-то мірою поєднуються.

Утворилася після проходження перших стадій горіння газова суміш легко запалюється і швидко згоряє.

Якщо процес нагрівання і випаровування частинок палива протікає швидко, то при достатній кількості кисню створюються найбільш сприятливі умови для повного горіння, в іншому випадку відбувається глибокий розпад вуглеводнів з утворенням трудносжигаемых частинок. Дрібне розпорошення частинок палива та рівномірний їх розподіл збільшують активну 'поверхня реакції, полегшують нагрівання і випаровування частинок і сприяють процес швидкого і повного горіння.

Розкладання вуглеводнів йде симетрично при порівняно низьких температурах (до 600 °С). При більш високих температурах розпад молекул йде несиметрично: поряд з легкими вуглеводнями утворюються важкі вуглеводні комплекси, найбільш трудносжигаемые. За умови тонкого, рівномірного розпилення палива і хорошого змішування його з повітрям, по можливості підігрітим, підводі всього повітря до кореня факела створюються найкращі умови горіння рідкого палива. Важливо також, щоб освіта частинок важких вуглеводнів і сажистого вуглецю, неминуче в тій чи іншій ступеня, відбувалося раніше, щоб частинки не неслися в атмосферу, а встигали повністю згоряти в зоні інтенсивного горіння.

Таким чином, основні умови ефективного спалювання

рідкого палива зводяться до наступного: необхідно забезпе

чить підведення усієї кількості повітря до гирла факела, дрібне і

рівномірне розпилення палива, ретельне змішування частинок

палива і повітря, турбулентність потоку, підігрів повітря, ви

сокую температуру і хорошу займистість палива у топ

ке.

Підведення повітря в кількостях, теоретично необхідних для

горіння палива (стехіометрична суміш), може забезпечити

повне згоряння палива лише в разі дуже тонкого його распы

лення і ретельного змішування з повітрям. Тому практичо

скі повітря подають в кількості, трохи більшому, ніж це

необхідно для створення стехиометрической суміші. Однак у

уникнути надмірного охолодження суміші надлишок повітря не

повинен бути занадто великим. При подвійному кількості повітря

ха займання і горіння палива надзвичайно може

п стає навіть неможливим.

Згоряння окремої краплі палива можна уявити наступним чином: в результаті підігріву крапля починає випаровуватися, пари палива, що оточують краплю, дифундують у навколишнє середовище, відбувається взаимопроникание частинок повітря і палива. Крапля, що рухається щодо навколишнього середовища, буде мати в передній частині і збоку більш тонку, а ззаду - подовжену зону горіння.

При достатній температурі суміш парів палива і кисню повітря починає активно реагувати, відбувається процес дифузійного згоряння газової фази палива. Швидкість хімічної реакції дуже велика, швидкість же фізичних процесів (випаровування краплі, змішання пари палива з окислювачем, підігрів суміші) значно менше, і очевидно ці фізичні процеси визначають швидкість згоряння.

В основному час згоряння залежить від часу випаровування і часу дифузії молекул. Ламінарний дифузія визначає спокійний, порівняно повільний процес, турбулентна - прискорений процес. Із зменшенням розміру крапель зменшується час їх випаровування. Випаровуваність палива, його щільність, склад та умови теплообміну з навколишнім середовищем також впливають на швидкість горіння.

Горіння рідкого палива складається з процесів його розпилення, змішування з повітрям (окислювачем), випаровування та реакції з'єднання з окислювачем.

Величина поверхні частинок палива, омиваних повітрям і вступають в реакцію з киснем, має вирішальне значення для інтенсивного і повного згоряння палива. Величина активно реагуючої поверхні палива визначається ступенем і якістю його розпилення, а також якістю змішування його з повітрям. Однорідне і тонке розпилювання палива є обов'язковим і важливим чинником підготовки палива до спалювання,

Розпилення палива - процес дроблення струменя на дрібні краплі. Для розпилення струменя рідкого палива необхідно подолати сили зчеплення і поверхневого натягу.

Для створення розвиненої поверхні паливних струменів застосовуються наступні методи: розпилення палива стиснутим повітрям, парою або дутьевым повітрям від вентилятора; розпорошення паливної струменя за рахунок дії відцентрових сил у механічних форсунках; створення тонкого конусоподібної плівки обертовим розпилювачем у ротаційних форсунках; газифікація палива; розподіл палива тонкою плівкою на поверхнях корпусу пальника.

Найбільш досконале розпорошення досягається стисненим повітрям або парою, однак для цього потрібен компресор або паровий котел. При розпилюванні палива дутьевым повітрям також виходить гарна якість розпилення, однак тут необхідний вентилятор високого або середнього тиску (не менше 3000-4000 Па). Недоліком методу розпилення за допомогою форсунок є наявність обертових механізмів з досить складною кінематичної передачею у механічних форсунках, а в ротаційних - ще потрібно паливний насос високого тиску, а також система фільтрації палива.

Всі перераховані способи розпилювання палива застосовуються при витратах палива не нижче 5-10 кг/год, що перевищує потребу в паливі побутових печей. З цих причин для установки в побутових опалювальних і опалювально-варильних печей можуть бути рекомендовані тільки методи газифікації та розподілу палива тонкою плівкою в корпусі пальника. При цьому потрібна мінімальна кількість допоміжного обладнання, причому витрата палива може бути мінімальним.

Для того щоб забезпечити ефективне протікання процесу горіння рідкого палива, необхідно правильно проводити його теоретичний розрахунок.

При розрахунках горіння палива потрібно визначати такі величини: кількість повітря, теоретично необхідного для горіння; кількість утворених продуктів згоряння; коефіцієнт надлишку повітря в продуктах згоряння; теоретичну температуру горіння.

Точний розрахунок цих величин проводиться за даними елементарного складу палива на основі кількісних співвідношень реакцій горіння. Для різних марок рідкого палива, що має досить стабільний елементарний склад, виведені спрощені формули для розрахунку процесів горіння в наступному вигляді.

Залежність теплоємності та обсягів газів від величини надлишку повітря показана на 83. Величини сг і св можна визначити за графіком на 83, а.

Визначення величини коефіцієнта надлишку повітря може бути вироблено за даними елементарного аналізу продуктів згоряння за вуглекислоті і кисню.

Згідно з виведеним залежностям, основні характеристики продуктів згоряння рідкого палива визначаються величиною а. На 83, б показані залежності об'ємів повітря, необхідного для горіння продуктів згоряння і температури згоряння від величини в.

    

 «Побутові печі, каміни та водонагрівачі» Наступна сторінка >>>

 

Інші книги розділу: Кладіть печі самі Будівництво будинку Червона цегла Будівельні розчини