ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Принципиальные схемы топочных устройств из "Сжигание тяжелых жидких топлив" Все многообразие топочных устройств, используемых в различных областях стационарной и транспортной энергетики, по терминологии проф. Г. Ф. Кнорре [1561 может быть разделено на два основных класса топочные устройства теплового типа и силовые топки. К тепловому типу относятся топки стационарных и транспортных котельных установок, промышленных печей и устройств, в которых тепло, выделяющееся в процессе сгора1)ия топлива, передается другому телу, а продукты сгорания не совершают полезной работы (исключая работу на перемещение газов). Для этих топок характерно одновременное протекание процессов выделения и поглощения тепла. Стремление к максимальному использованию радиационного тепла факела приводит к необходимости всемерного развития лучевоспринимающих поверхностей, размещение которых вынуждает применять лишь простые, в основном прямоугольной конфигурации топочные устройства больших размеров. [c.125] В топках силового типа, основное назначение которых — выработать силовой газ определенных параметров, преследуется цель максимальной интенсификации процесса выделения тепла. Процессы отъема тепла от факела и продуктов сгорания в пределах топочного устройства являются побочными и, вообще говоря, нежелательными. Как правило, топки силового типа не только технологически, но и чисто конструктивно объединяются с другими узлами установки. [c.125] Однако к обоим видам топок, независимо от их назначения и условий работы, предъявляются следующие общие технические требования. [c.126] Требование реализовать высокие значения теплового напряжения топочного объема — это требование значительно сократить время завершения всех стадий процесса горения каждой отдельно взятой капли в факеле. А требование высокой полноты сгорания сводится к требованию полного сгорания всех капель топлива (имеется в виду не только полное исчезновение массы жидкой капли в процессе ее сгорания, но и полное сгорание ее паров, вышедших за пределы индивидуальной зоны горения). Техническое осуществление этих требований невозможно только путем уменьшения размеров капель, поступающих в топку. Значительное ускорение процесса сгорания требует, как было показано в гл. 1, повышения температурного уровня процесса и обеспечения подвода окислителя к каждой капле. Эти условия обеспечиваются тщательным перемешиванием распыленного топлива с воздухом при условии его высокого начального подогрева либо при малом его избытке. Интенсивная турбулизация потока, в котором осуществляется горение, связано с дополнительной затратой энергии, что определяет повышенный уровень гидравлических потерь. [c.126] Таким образом, требования высоких форсировок и малых гидравлических потерь являются в определенной степени противоречивыми. [c.127] Как следует из предыдущих глав, развитие процесса сгорания капли топлива на определенном этапе может проходить и без подачи воздуха, просто в газовой среде с высокой температурой. Такой стадией является прогрев капли, длительность которого значительно возрастает по мере утяжеления топлива, увеличения размеров капель и понижения температуры среды. Для обычных условий сгорания тяжелых топлив он составляет до 30% полного времени горения капли. Распространяя это положение на весь факел, в составе которого находятся капли различных размеров, можно заключить, что подача необходимого для горения факела воздуха к устью форсунки не является необходимым мероприятием, как это принято считать. Скорее всего, подача всего воздуха к корню топливного факела нецелесообразна, поскольку при этом понижается температура, и процесс подготовки капель к сгоранию (прогрев) соответственно затягивается во времени. Замедленное развитие подготовительных процессов влечет за собой изменение условий горения в связи с более медленным нарастанием температуры и сдвижкой ядра факела по потоку. Одновременно с этим обеспечение надежного воспламенения факела путем возврата части продуктов сгорания потребует организации более мощной зоны обратных токов, что, естественно, влечет за собой повышение гидравлических потерь. Быстрое затухание начальной турбулентности потока в горящем факеле, создаваемой для обеспечения перемешивания в толще факела, вынуждает прибегать к повышенным скоростям истечения воздуха, что также связано с увеличением гидравлических потерь. [c.127] Наиболее целесообразным решением для сокращения длительности всех стадий процесса горения и снижения уровня гидравлических потерь является рассредоточенный по длине факела подвод воздуха, когда к корню факела подается лишь та часть его, которая необходима для воспламенения и горения наиболее мелких капель. Оставшаяся часть воздуха распределяется по факелу в соответствии с воспламенением и горением более крупных капель. [c.127] Такая схема процесса, впервые осуществленная в 1886 г. инж. Пашининым для судовых котлов [157], позволила резко поднять общую эффективность горения топлива при значительном увеличении паропроизводительности котла. [c.127] Однако оба эти решения не являются кардиальными, пригодными для всеобщего использования, так как одно из них применимо лишь Д.ЛЯ малообъемных топок, а другое требует специальной конструкции топки. [c.129] Таким образом, создание топочного устройства, в полной мере удовлетворяющего всем требованиям, в настоящее время является делом весьма трудным. Трудности усугубляются еще и тем, что существующий в настоящее время нормативный метод расчета топочных устройств [1591 не дает возможности выбрать наиболее рациональные пути организации процесса горения, а представляет собой лишь метод определения конечных параметров продуктов сгорания, при которых обеспечивается заданный режим работы топки. [c.129] Эти факторы привели к тому, что в настоящее время все топочные устройства как силового, так и теплового типов создаются в основном экспериментальным путем на основе данных о работе аналогичных конструкций, имеющихся в распоряжении конструкторов. Это в свою очередь привело к появлению весьма большого количества типов и конструкций топочных устройств самого различного назначения. Следует, однако, отметить, что для топок теплового типа более правильным будет говорить о создании значительного количества типов горелочных устройств, а не самих топок, так как конструкции последних в основном определяются размещением экранных поверхностей, о чем было сказано выше. [c.130] Следует также отметить, что конструктивные особенности котельных топок, главным образом большой мощности, вынуждают применять значительное число горелок, для того чтобы обеспечить достаточно полное заполнение факелом всего объема топки. [c.130] Несмотря на большое разнообразие конструктивных форм горелочных устройств, их принципиальные схемы можно классифицировать по организации взаимного движения топлива и воздуха — на прямоточные и тангенциальные, а по характеру подвода воздуха — на горелки прямоструйные и вихревые (турбулентные). Дополнительным классификационным признаком может служить характер подвода воздуха к факелу. [c.130] Сейчас в основном эксплуатируются горелки, в которых весь воздух, необходимый для горения, подается к корню факела. Но в последнее время начинают находить некоторое распространение горелки, в которых применяется разделение воздуха на первичный и вторичный. [c.130] Значительное распространение получили горелки, в которых турбулизация и закручивание потока воздуха достигаются путем установки в ней лопаточного регистра. [c.131] В центре такого регистра обычно располагается форсунка механического распыливания, чаще всего центробежного типа (рнс. 58). [c.131] Весьма похожей на предыдущую по схеме является горелка, изображенная на рис. 61. [c.132] Здесь разделение всего воздушного потока на первичный, направленный к корню топливного факела, и вторичный более четкое. Оно осуществляется лопаточным регистром, расположенным в центре горелки, через который подается первичный воздух, и системой отверстий на периферии, через которые вторичный воздух подается в горящий факел. [c.132] Вернуться к основной статье