АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

ГОРЕЛКИ И ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

Читайте также:
  1. АБОНЕНТАМИ И (ИЛИ) АБОНЕНТСКИМИ УСТРОЙСТВАМИ
  2. Анализ и структурирование проблемы восприятия населением рисков пользования цифровыми мобильными устройствами для здоровья
  3. Барабаны, устройства для сепарации пара от влаги, ступенчатое испарение
  4. БЛОК ВТОРОЙ. Торжество идей революционного переустройства российского общества (ноябрь 1917 – март 1921гг)
  5. Бортовые устройства регистрации общего назначения
  6. В этой главе рассказывается о применении медицинской аппаратуры. Посоветуйтесь со своим лечащим врачом, прежде чем испытывать на собственном теле подобные устройства.
  7. Вводные устройства
  8. Внешние устройства — для ввода и вывода информации.
  9. Вопрос 31. Что должны обеспечивать устройства электрической централизации?
  10. Вопрос 40. При каких условиях устройства электрической централизации должны обеспечивать закрытие светофора.
  11. Вопрос №42 «Система гос устройства в СССР в годы ВОВ»
  12. Вспомогательные устройства DEX

Схема теплообмена теплопроводности через плоскую многослойную стенку

 

Плотность теплового потока многослойной стенки, имеющей т слоев; вычисляется по формуле:

 

Тепловой поток этой же стенки с площадью S вычисляется по формуле

ГОРЕЛКИ И ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

В этой главе рассматриваются только горелки и топочные устройства печей со сжиганием различных видов топлива.

Устройства, предназначенные для сжигания топлива, существенно отличаются друг от друга в зависимости от вида сжигаемого топлива.

Для сжигания твердых топлив в слое применяют колосниковые топ­ки. Этот тип сжигания не применяется в печах для термической обработ­ки керамических изделий.

Колосниковые топки подразделяются на две группы - простые ко­лосниковые и колосниковые полугазовые.

Принцип действия простых колосниковых топок схематически пока­зан на рис. 16, а. Топливо в низком слое реагирует с проходящим через 5 него воздухом. Побуждающей силой потока воздуха является перепада давлений под слоем топлива и над ним, которые создаются или подачей воздуха под колосник, или за счет тяги.

В колосниковой полугазовой топке сжигают твердое топливо в большом слое в соответствии с механизмом горения, показанным на рис. 16, б. Воздух, проходящий через большой слой топлива, способст­вует сгоранию горючих частей топлива в первую очередь в нижнем слое топлива с выделением конечных продуктов диоксида углерода и водя­ных паров. В следующей части слоя, в так называемой реакционной зо- не, углерод сгораемых частей топлива превращается в газы в соответ­ствии с уравнениями (23) и (25). Из слоя топлива выходит горючая га­зовая смесь, содержащая водород и оксид углерода (сгораемые состав­ляющие смеси) и остатки водяного пара, диоксида углерода и азот (негорючие составляющие смеси). После смешивания со следующей пор пней воздуха полученный "полугаз" (отсюда и название топки) горит объемным, не слишком жарким, святящимся пламенем. На рис. 125. схематично показаны оба типа колосниковых топок. Колосники топок' имеют разную форму и разное конструктивное исполнение. Известны ко- лесники из отдельных элементов, колосники горизонтальные и наклона пью, плоские и ступенчатые, колосники неподвижные и подвижные. O д- нако с технологической точки зрения эти различия не являются важны ми, поэтому здесь не рассматриваются. Сжигание твердого топлива на колосниках подробно описано в книге Гуммела [57].

Топки для сжигания топлива в псевдоожиженном слое не применя­ются в печах для термической обработки керамических изделий, поэто

 

Рис. 125. Колосниковые топки а - простоя, б - по лугазовая;

1- печное пространство; 2 - колесник 3 - слой топлива; 4 - мест сбора пепла; 5 - выход полугазов; 6 - под­вод дополнительного воздуха; 7 - регулирующий шибер первичного воз­духа; 8 - дверь топки

Рис. 126. Схема топки с горением в псевдосжиженном слое

1 - подвод воздуха; 2 - колосник (перегородка с от­верстиями); 3 - обмуровка; 4- камера; 5-выход продуктов сгорания

му приведем только краткую информацию о них. Это устройства (рис. 126) для сжигания твердого топлива, как правило, угля. Сжигание происходит следующим образом. Топливо соответствующей зернистос­ти помещается в специальное пространство, расширяющееся вверх и ограниченное внизу колосником (перегородкой с отверстиями). Под воздействием подаваемого снизу потока воздуха топливо находится во взвешенном перемешивающемся состоянии. Таким образом отдельные его частицы отделены друг от друга и соприкасаются только в момент ударов, и в это время они зажигаются от горящих частиц и сгорают в по­токе воздуха в соответствии с механизмом сгорания, который справед­лив для горения отдельных частиц топлива. Этот процесс сжигания про­исходит значительно быстрее, чем сжигание топлива в слое, и условия го-

Рис. 127. Горелка для сжигания угольной пыли 1 - подвод пыли с первичным воздухом; 2 - под­вод дополнительного воздуха; 3 - зона смеши­вания; 4 - зона воспламенения смеси, 5 - зона действия пламени

Репин в любом месте топочной камеры вполне определенные и регули­руемые. Значимость этого способа сжигания твердого топлива заклю­чается в возможности использования для сжигания и мелких фракций углей, которые нельзя экономно сжигать иным способом, а главное в том, что подобный способ сжигания позволяет диспергировать вещества, которые химически связывают оксиды серы, азота и соединения фтора, возникающие при сжигании некоторых некачественных углей. Этот спо­соб позволяет без загрязнения природной среды применять и эти небла­гоприятные источники энергии.

Следующим способом сжигания твердого топлива, прежде всего угля. является так называемое сжигание пылевидного топлива. При этом сжи­гаются частицы топлива с размером до 0,1 мм в соответствии с механиз­мом сжигания, описанным в разд. 4.1.1, и процесс практически одинаков с горением отдельных частиц жидкого топлива, показанным на рис. 15. Так как топливо состоит из очень мелких частиц, его удельная поверх­ность большая и процесс горения происходит с большой скоростью. Вид пламени сравним с цветом пламени жидкого или газообразного топлива. Для сжигания пылевидного топлива применяют топки или горелки раз­ных конструкций. В горелку подводят в виде одного потока смесь мел­ко размолотого топлива и первичного воздуха и второй поток дополни­тельного воздуха. После смешивания в горелке этих потоков получен­ная окончательная смесь очень быстро и весьма эффективно сгорает. На рис. 127 показан один из типов горелок для сжигания угольной пыли. Вполне понятно, что размер и вид пламени зависят не только от конст­рукции горелки, но и от качества угольной пыли, т.е. от тонкости помо­ла, концентрации пыли в первичном воздухе, а также от зольности угля. Долгие годы этот способ отопления применялся только в энергетике. Постоянно повышающиеся цены на жидкое топливо и газообразное топ­ливо способствовали появлению в последние годы этого способа отопле­ния и в керамической промышленности. Сейчас отопление угольной пылью применяется при обжиге неглазурованных изделий, изделий с меньшими требованиями, а также во вращающихся печах.

 

Рис. 128. Примеры испарительных горелок а - простейшая; б - с испарительным змеевиком; в - инфрана- греватель жидкого топлива; 1 - миска; 2 - испарителе 3 - ре- гулятр уровня (поплавок); 4 - подвод топлива, 5 - испари­тельный змеевик; 6 - сопло; 7 - диффузор; 8 - диафрагма

Переходным способом между сжиганием кускового угля и угольной пыли является сжигание угля в виде крупки. Уголь с размером зерна до 10 мм через проемы сверху засыпается в пространство между садкой и вокруг нее, от нее же он воспламеняется и горит. Засыпка угля произ­водится вручную или автоматически. Сжигание углей с размером зерна до 5 мм в горелках - новая техника в этой области. Основным элемен­том этой системы является коаксиальная горелка, к которой подводится смесь угля и воздуха, а также дополнительный воздух. Уголь к горелке транспортируется чаще всего пневматически, однако существуют другие способы, например подача углей к горелке механическими средствами, в частности шнековым конвейером. При этом способе частицы догорают и после падения на садку или под печи, в отличие от полного сжигания в потоке воздуха, как при отоплении пылью. Такой способ отопления применяется только при обжиге кирпича и других неглазурованных из­делий, к которым не предъявляются высокие требования.

Сжигание жидких топлив реализуется всегда в отопительных систе­мах, снабженных горелками. Горелки для сжигания жидких топлив под­разделяются на несколько групп: испарительные; двухпроводные с рас­пылением форсункой; однопроводные с распылением форсункой (рас­пыление под давлением), с механическим распылением.

Испарительные горелки применяются для сжигания только того жидкого топлива, которое переходит в газовое состояние в результате физического фазового изменения, т.е. без химических превращений. Переход в газообразное состояние в них за счет теплового разложения не происходит. Горелки работают с использованием части полученной при сжигании теплоты для нагрева подводимого топлива на температуру,

превышающую температуру кипения. На рис. 128 приведены некоторые принципы устройства испарительных горелок. В керамической промыш­ленности эти горелки практически не применяются. Для некоторых кон­струкций малых печей, используемых в учебных целях, иногда применя­ется горелка, работающая по принципу, показанному на рис. 129, а, с комбинацией подвода воздуха под испаритель.

В двухпроводных горелках с распылением форсункой подведенное жидкое топливо распыляется за счет быстрого потока распыляющей компоненты. Энергия давления этого потока в горелке преобразуется в кинетическую энергию потока, которая вызывает распыление соответ­ствующего потока жидкого топлива до капель малого или очень малого размера. В этом случае энергия потребляется на создание увеличенной поверхности жидкого топлива. Удельная поверхность тумана жидкого топлива в распыленной смеси во много раз больше, чем удельная поверх­ность нераспыленного потока жидкого топлива. В качестве распыляющей компоненты жидкого топлива чаще всего используют воздух, иногда пар и реже горючие газы. Однако в печах для термической обработки кера­мических полуфабрикатов применяют всегда воздух. В зависимости от давления воздуха, подаваемого на распыление, горелки разделяют на го­релки низкого и высокого давления.

Горелки низкого давления работают на воздухе, подаваемом от одно­ступенчатого центробежного вентилятора, т.е. с максимальным давле­нием 10 кПа. Под высоким давлением воздуха для распыления топлива понимается давление свыше 50 кПа, которое создается воздуходувками и центробежными или поршневыми компрессорами. Воздух низкого давления для распыления топлива является одновременно и воздухом, необходимым для горения топлива. Воздух высокого давления можно также применять для сжигания, однако этого не делают из-за больших финансовых затрат и большого потребления энергии, необходимых для его получения. Горелки с высоким давлением воздуха для распыления топлива работают с воздухом разного давления. Кроме воздуха высоко­го давления для 'распыления топлива, подводится еще воздух для про­цесса сжигания низкого давления (порядка 10 2 На). В этих горелках происходит сжигание смеси, состоящей из тумаки топлива, первичного воздуха высокого давления и воздуха низкого давления.

Характер горения зависит не только от качестца сжигаемого топлива, но и от размера капелек тумана топлива в смеси. Чем мельче капельки и чем круче кривая распределения размеров капелек (преобладают ка­пельки одинакового или очень близкого диаметра), тем легче топливо переходит в газообразное состояние и сжигается. Распыление топлива на мелкие капельки требует подвода большого количества кинетической энергии. Поэтому если оценивать проблему только с точки зрения тепло­технической (не экономической), то для распыления более выгодно при­менять воздух высокого давления. Основной принцип двухкомпонентно- го распыления и некоторые примеры конструктивного решения горелок показаны на рис. 129. Преимущество однопроводных горелок с распы­лением форсункой (принцип показан Парис. 130) переддвухпроводны- ми заключается в том, что золь топлива в воздухе создается без примене­ния второй воздушной распыляющей струи, а именно за счет давления в струе топлива. Поэтому горелки могут работать только с воздухом низкого давления или же с воздухом, подсасываемым из печного прост-

 

Рис. 129. Принцип двупроводного распыления и примеры конструктивного реше­ния горелок

1 - емкость для топлива; 2 - сопло воздуха для распыления топливам 3 - сопло для подачи топлива; 4 - конус распыленного жидкого топливам 5 - подвод жид­кого топлива; 6 - подвод воздуха для горениям 7 - устройство для завихрения

Рис. 130. Однопроводная горелка 1 - подвод масла; 2 - устройство для завихрениям 3 - сопло

ранства. Однако в практике обжига керамических изделий эти горелки не применяются из-за большого угла конуса распыления, возникающего вследствие действия центробежной силы, вызываемой вращением топли­ва в устройстве для завихрения. Это обстоятельство препятствует при­менению принципа распыления давлением при конструировании горе­лок в печах с большой толщиной стен и горелок с камерами сжигания. В этом случае топливо попадает на стены и образует на них углеродные от­ложения (кокс). Однопроводные горелки можно применить для распы­ления топлива непосредственно в печи, что необычно для печей, предназ­наченных для термической обработки керамических изделий. Для распы­ления топлива под давлением применяются импульсные горелки. Чтобы уменьшить угол к6нуса истечения топлива, в соплах должно отсутство­вать устройство для завихрения. В этом случае распыление достигается за счет высокого-давления жидкого топлива в момент создания импуль­са (впрыска). Недостатком этих горелок является то, что в печь не по­дается вместе с топливом воздух, поэтому процесс сжигания невозмож-

 

Рис. 131. Схема впрыскной горелки для жидкого топлива 1 - подвод тмива; 2 - Цилиндр; 3 - сопло; 4 - поршень; 5 - привод поршня

Рис. 132. Горелка с внутренней циркуляцией 1 - подвод тмива; 2 - подвод воздуха; 3 - ка­мера циркулячищ 4 - циркуляционный вкла- дыщ 5 - отверстие для истечения; 6 - горелоч- ный камень

но регулировать с достаточной точностью; топливо не всегда распыляет­ся на достаточно мелкие капли. На рис. 131 показан пример горелки это­го типа.

Горелки с механическим распылением следует упомянуть только для полноты сведений о способах распыления топлива. Энергию, необходи­мую для распыления жидкого топлива, создает вращающееся тело (диск, пропеллер, клеть), размещенное в потоке топлива. После механи­ческого распыления топливо смешивается с потоком воздуха, зажигает­ся и сгорает. Этот принцип применяется для некоторых энергетических блочных горелок.

Процесс перехода топлива в газообразное состояние непосредственно связан с распылением жидкого топлива. Скорость его протекания зави­сит от качества топлива. В камеру сгорания горелки топливо должно поступать только в газообразном состоянии, что гарантирует эффектив­ное, регулируемое и требуемое его сжигание. Увеличение теплового по­тока из камеры сгорания в область горелки, где происходит переход топ­лива в газообразное состояние, не всегда желательно, так как вызывает большие требования к жаростойкости материала горелки, а также может приводить к коксованию. Поэтому были разработаны горелки с внутрен­ней циркуляцией. В них достигается лучший переход топлива в газооб­разное состояние не за счет увеличения потока теплоты, а за счет увеличе­ния времени действия необходимого теплового потока на смесь. Прин­цип действия горелки этого типа показан на рис. 132. Горелки с внутрен­ней циркуляцией при сжигании жидкого топлива на выходе из горелки имеют пламя практически одинаковое с пламенем сжигаемого газа. Бо­лее широкое применение этих горелок сдерживается из-за значительных требований к стойкости конструкционных материалов против резких из­менений температур при включении и выключении горелки.

Устройства для сжигания жидкого топлива имеют два четко обособ­ленных конструктивных элемента: форсунку и топочную камеру. Так как процесс сжигания газов по сравнению с сжиганием жидкого топлива

Рис. 133. Топка с раздельным подводом газа и воздуха (вид сверху)

1 - подвод газа; 2 - подвод воздухам 3 - об­муровка пупки; 4 - стена печи

Рис. 134. Диффузионная горелка а - щелевая* б - коаксиальная; 1 - подвод газа; 2 - подвод воздуха; 3 - горелочный камень; 4 - поткга- щ 5 - поток воздуха; 6 - граница раздела поткав

более простой (отсутствует переход в газообразное состояние), то для них можно применять существенно более простые конструкции горелок, чем для жидкого топлива.

Газовые горелки подразделяются на горелки: с раздельным подводом газа и воздуха, диффузионные, крестообразные, кинетические, вихре­вые, для сжигания предварительно приготовленной смеси, со сжиганием в пористом слое.

С другой точки зрения, их можно подразделить на горелки конвектив- ные и излучающие. Эта классификация горелок здесь не рассматривает­ся, так как не имеет технологического значения, однако в кругах специа­листов она применяется.

Горелки с раздельным подводом газа и воздуха (рис. 133) являются специальными топками, а не горелками в полном смысле этого слова, но системно относятся к ним. Раздельный подвод топлива и воздуха при сжигании газов применяется при необходимости работы в объемном пла­мени с относительно низкой температурой.

Диффузионные горелки (рис. 134) представляют собой газовые го­релки, в которых подводимый газ и воздух соприкасаются в параллель­ных ламинарных потоках, лучше одинаковой подвижности, и которые не смешиваются за счет вихрения. Если нагреть газ и воздух на темпера­туру воспламенения, то горение происходит только на границе взаимно­го соприкосновения потоков. Уже в первые мгновения протекания про­цесса на границе потоков как результат горения возникает малый слой продуктов сжигания, толщина которого увеличивается по мере проте­кания процесса горения. Газ и кислород воздуха взаимодействуют толь­ко при контакте за счет диффузии через этот инертный слой. Диффу­зия - это самый медленный процесс из комплекса процессов смешива-

 

Рис. 135. Крестообразная горелка 1 - подвод газа, 2 - подвод возду- щ 3 - горелочный камень

Рис. 136. Схема струйного компрессора 1 - подвод потока-побудителя; 2 - под­вод потока, подлежащего транспортиро­ванию; 3 - поток-побудитель; 4 - транспортируемый поток; * - выход смеси

ния топлива, поэтому этот процесс сжигания можно регулировать. Наз­вание горелки "диффузионная'' принято по применяемому в ней процес­су-смешивания газов. В результате малой скорости процесса увеличива­ется длина пламени, что является преимуществом этих горелок. Хими­ческий состав потока газов, вытекающих из диффузионной горелки, из­меняется в зависимости от расстояния от горелки. В этом случае невоз­можно обеспечить во всем объеме рабочего пространства гомогенность химического состава атмосферы печи. Недостатком диффузионных го­релок является относительно низкая скорость истечения газов из-за ла- минарности истекающих потоков (вихревое смешивание газов и возду­ха не допускается). Горелки этого вида применяют в печах, в которых нежелательны интенсивное выделение теплоты и большие скорости пото­ков газов возле поверхности садки.

В крестобразных горелках (рис. 135) потоки газа и воздуха пере­крещиваются (отсюда и название "крестообразные"), за счет чего пропс* ходит перемешивание воздуха с топливом. Молекулы реагирующих га­зов в этом случае не отделены слоем продуктов сжигания, через который вынуждены были бы диффундировать, а контактируют вследствие тур* булентности, вызываемой встречей двух непараллельных потоков. Пла­мя, образующееся в крестообразных горелках, значительно короче, чем в горелках диффузионных. Из-за примитивного смешивания газов смесь полностью негомогенна, поэтому длина пламени больше, чем у горелок других видов.

В кинетических горелках (рис. 136) горючая смесь образуется в сме­сителе. Принцип работы кинетических горелок подобен работе струйно­го компрессора, эжектора или инжектора. Струйный компрессор - это устройство, в котором за счет большой скорости одного потока приво­дится в движение другой поток. Если струйный компрессор служит для транспортирования газа из закрытого пространства в открытое, то его называют эжектором. Если его функцией является вгонять газ в закры­тое пространство, то его называют инжектором. Эти два способа не имеют принципиального различия. В качестве потока-побудителя может быть как газ, так и воздух, подаваемый для сжигания топлива. Чаще все­го им бывает газ, так как (за исключением сырого генераторного газа)

Рис. 137. Инжекционная горелка 1 - да НЛО газа; 2 - конфуза р; 3 - диффу­зор; 4 - горелочный камень

он подводится с достаточно высоким давлением, которое необходимо использовать при этом типе смешивания. Конструкторы горелок не при­меняют в качетсве потока-побудителя воздух, так как получение избы­точного давления воздуха весьма дорогостоящая операция из-за значи­тельного потребления электроэнергии на привод вентиляторов высокого давления. Типичными представителями кинетических горелок являются так называемые эжекторные горелки (рис. 137), в которых в качестве потока-побудителя применяется газ высокого давления, а воздух для сжигания топлива подсасывается из окружающей атмосферы. К кинети­ческим относятся горелки, в которые подается с избыточным давлением и газ, и воздух, а эффект струйного компрессора используется для хоро­шего перемешивания газов. Такие горелки иногда называются дутье­выми горелками (кинетические горелки с принудительной подачей воз­духа).

Кинетические горелки подготавливают гомогенную смесь, которая сжигается с большими скоростями. Их преимуществом является приме­нение воздуха для сжигания топлива за счет подсоса его из атмосферы, благодаря чему нет необходимости в применении для его подводки спе­циальной разводки и вентиляторов. Их недостатком является склон­ность к прониканию огня в смеситель (проскок пламени) при регули­ровке горелки на малую производительность и большие ограничения по температуре подогрева воздуха (теплая смесь горит с б<5льшей ско­ростью, чем смесь холодная, а поэтому склонность к проскоку пламени повышается).

В соответствии с предыдущей характеристикой кинетических горелок необходимо разъяснить два понятия - проскок пламени и поддержание пламени. Горелки состоят из смесителя, носика горелки и камеры сго­рания (рис. 138). В смесителе подготавливается смесь газа и воздуха, которая сжигается в камере сгорания. Носик горелки соединяет смеси­тель с камерой сгорания. Горелка работает с определенной производи­тельностью, т.е. смесь вытеакет из смесителя в камеру сгорания с опреде­ленной скоростью. В камере сгорания за счет горячей поверхности смесь воспламеняется и в камере, и в пространстве перед ней сгорает. Плос­кость, перпендикулярная к направлению потока в камере сгорания, в которой при установившемся потоке смесь воспламенится, называется фронтом пламени. Это граница между воспламененной смесью и горящей смесью. Фронт пламени при постоянной производительности горелки не изменяет своего положения. Однако при повышении производительноь.

Рис. 138. Обычная схема горелки

1 - подвод топлива; 2 - подвод воздухам 3 - камера смешивания; 4 - носик горелки; 5 - камера сжигания; 6 - фронт пламени; 7- язык пламени; 8 - выходное отверстие камеры сжигания

п горелки он перемещается в направлении к отверстию истечения из камеры сгорания. Снижение производительности приводит к обратному поведению фронта пламени, т.е. к перемещению его к носику горелки. При наименьшей производительности горелки фронт пламени стабили­зируется на внутренней стороне камеры сгорания. Дальше в направлении к смесителю он не может переместиться из-за того, что в суженном пе­реходе скорость потока смеси выше скорости горения. Однако соотно­шения скоростей изменяются, если производительность горелки еще больше снизить. В этом случае может возникнуть состояние, когда ско­рость потока в носике горелки (хотя бы наделю секунды) упадет ниже значения скорости горения. Фронт пламени моментально проскочит че­рез носик в смеситель, в котором стабилизируется, так как там ско­рость потока ниже, чем в носике. Возвратить фронт пламени обратно в камеру сгорания за счет увеличения производительности горелки не удается. Это явление называется проскоком пламени. Одинаково про­является и увеличение скорости сжигания, например, при повышении температуры смеси за счет подогрева воздуха. Проскок пламени может произойти и при уменьшнии скорости потока, например, за счет прежде­временного повышения давления в камере сгорания или даже во всем объеме печного пространства.

Если производительность горелки увеличивается, фронт пламени пе­ремещается по направлению к отверстию камеры сгорания и при опре­деленном критическом состоянии может достигнуть его. При дальней­шем повыцвнии производительности горелки утрачивается контакт фронта пламени с поверхностью камеры горения и пламя затухает. Этот процесс называется отрывом пламени. Чтобы обеспечить поддержание пламени, камеры сгорания газовых горелок выполняют в виде усечен­ного конуса, обращенного большим основанием к печи. При увеличении сечения камеры сгорания снижается скорость потока, что служит глав­ным препятствием отрыва пламени от горелки.

Вихревые горелки (рис.139) приготовляют чрезвычайно гомогенную смесь за счет более совершенного смешивания топлива с воздухом пу-

Рис. 139. Вихревые горелки

а - с вихревыми соплами; б - с тангенциальным подво­дом воздуха; в - с устройствами для завихрения в обоих ка­налах подачи воздуха и газк 1 - подвод газа; 2 - подвод воздуха; 3 - сопло газа* 4 - вихревые сопла* 5 - тангенци­альная подача воздухи, 6 - устройство для завихрения

тем вынужденного завихрения, т.е. за счет вращения обоих потоков вдоль оси горения. Высокая турбулентность способствует распылению объемов потоков в струи, перемешиванию их и созданию гомогенной смеси.

Вихрение достигается разными средствами - вихревыми соплами, за счет тангенциальной подачи газа и воздуха в смеситель и устройствами для завихрения. Вихревые сопла имеют отверстия, через которые одна составляющая смеси вдувается в поток другой составляющей смеси и за счет кинетического воздействия способствует ее завихрению. Тан­генциальные подводы в смеситель вызывают завихрения за счет сил инерции. Устройства для завихрения имеют специально оформленные поверхности или тела с каналами в виде спирали.

Преимуществом вихревых горелок является совершенное приготов­ление смеси, которая не имеет склонности к проскоку пламени при ми­нимальной производительности. Поэтому их применяют и при самых высоких температурах подогрева воздуха для сжигания топлива. Их не­достаток- значительное аэродинамическое сопротивление.

Горелки для сжигания предварительно приготовленной смеси не име­ют своих смесителей. К ним подается смесь из смесителей, каждый из которых снабжает несколько горелок, а иногда один смеситель снабжает всю систему отопления. Из обычной схемы горелки, приведенной на рис. 139, эти горелки имеют только поз. 4 и 5. Ранее этим горелкам от­давалось предпочтение, так как они работают с наивысшей скоростью сжигания; условия сжигания, строго определенные, и при этом дости­гаются самые высокие температуры. Практическое использование этих горелок показало, что эти бесспорные преимущества снижаются из-за возможного проскока пламени в разводящие сети и в смеситель. Взры­вы смеси приводили к повреждению или уничтожению разводящих се­тей и смесителей, а также к повреждению горелок. Известны случаи, когда проскоки пламени вызывали пожары. Опасность повышается при применении воздуха с высокой температурой. Эта опасность настолько реальна, что приходится отказываться от подогрева смеси. Все это ведет

 

Рис. 140. Диафрагмовые излучатели а - с диафрагмой, снабженной каналами, б - с ме­таллической сеткой* в - с керамической пористой диафрагмой* 1 - сопло гаэа, 2 - диффузор; 3, 4, б - диафрагмы; 5 - подвод смеси

к уменьшению случаев применения таких горелок для печей термичес­кой обработки керамических изделий.

Принцип работы горелок со сжиганием в пористом слое основан на том, что смесь, приготовленная в смесителе (часть горелки или системы центрального снабжения), проходит через пористый слой, в порах кото­рого при температуре воспламенения загорается. Возникшая теплотам нагревает материал пористого слоя, который становится излучателем в видимом и инфракрасном спектре. Эти горелки часто называют светлы­ми излучателями, так как они являются источником видимого излуче­ния. Излучатели только с инфракрасным излучением называют темными излучателями.

Практическое применение сжигание в пористом слое находит в так на­зываемых диафрагмовых излучателях (рис. 140). Диафрагмами могут быть плитки, снабженные большим числом каналов диаметром в нес­колько десятых долей миллиметра, или плиты, изготовленные спека­нием зернистых смесей. Газопроницаемость первых зависит от диамет­ра каналов и их числа на единицу площади, а вторых- от зернистости первоначальной смеси. Наилучшими в группе диафрагмовых излучателей являются излучатели, диафрагмами которых являются металлическая сетка с соответствующим размером ячеек или несколько сеток, уложен­ных одна на другую.

Горелки классифицируют на конвекционные и излучающие. К кон­векционным относятся горелки, теплота от которых передается садке конвекцией (излучение отсутствует). Излучающие горелки имеют проти­воположные условия передачи.

Конвекционные горелки работают с большой скоростью истечения продуктов сжигания, которая является одним из средств интенсифика­ции теплопередачи (см. разд. 4.3). Большие скорости истечения продук­тов сжигания достигаются, с одной стороны, за счет применения боль­шого давления газа и воздуха, с другой стороны - за счет эффективной формы камеры сгорания. Современные конвективные горелки обычно работают со скоростью истечения 100-200 м/с. Однако известны прин­ципы получения скорости, равной скорости звука, т.е. при температуре 1800*С скорость около 1000 м/с. Однако массовому применению этих горелок препятствует значительный шум, создаваемый при их работе

Рис. 14 1. Камеры сжигания горелок с большой скоростью истечения продуктов сжигания

О - наибольший диаметр камеры сжига­ниям А - диаметр для истечения про­дуктов из камеры сжигания

вследствие возникающего трения в смесителях и вибрации от давления в камерах сгорания, позволяющих получать большие скорости истечения. Механизм возникновения вибрации от давления следующий. Смесь газа и воздуха попадает из смесителя через носик горелки в горячую камеру сгорания и воспламеняется. От полученной теплоты происходит расши­рение присутствующих газов, которые не успевают покинуть камеру сго­рания через отверстие для истечения, поэтому давление в камере сгора­ния повышается. Стехиометрическое сжигание смеси топлива и возду­ха с возрастающим давлением убыстряется, объем продуктов сжигания увеличивается и давление в камере сгорания продолжает расти. В опреде­ленный момент оно достигнет такого значения, что воспрепятствует по­даче смеси в камеру сгорания, горение прекратится, продукты сжигания покинут камеру сгорания и давление в ней резко снизится. Тем самым станет возможной подача новой порции смеси, и цикл повторится. Для прекращения подачи потока смеси иногда применяют обратные клапаны, однако чаще всего горелки их не имеют. В этом случае прекращение по­дачи смеси наступает при равенстве давлений на обоих концах перехода. Это прерывистое сжигание легче всего ликвидировать за счет формы ка­меры сгорания, которая имеет в средней части больший диаметр, чем диаметр отверстия для истечения продуктов сжигания. Типичный вид ка­мер сгорания этого типа показан на рис. 141. Горелки с описанными свойствами, известны под названием "горелки с соплами", высокоско­ростные или импульсные. Импульсными их называют потому, что меха­нический импульс потока с большой скоростью значителен.

Излучающие горелки сконструированы с целью получения минималь­ной скорости потока продуктов сжигания в аксиальном направлении. К ним относятся ранее упомянутые светлые излучатели, а также плоско- пламенные горелки и радиаторные блоки.

Светлые излучатели сжигают смесь в порах диафрагмы, которая на­гревается и светится. Они передают теплоту радиацией.

Радиаторные блоки работают подобным образом, что и светлые из­лучатели. Однако они предназначены для получения большего количест­ва теплоты и в более тяжелых условиях эксплуатации, поэтому имеют более прочную конструкцию. Диафрагмы в них выполняются в виде плит с отверстиями, или состоят из призм со скошенными гранями из огнеупорного материала, которые соединяются между собой и образуют плиту с проемами.

Плоскопламенные горелки отличаются от всех предыдущих устрой­ством камеры сгорания, которая обеспечивает большой угол распыла

 

Рис. 142. Плоскопламжные горелки а - без рассекателям б - с керамическим рассекателем; 1 - подвод смеси, 2 - ка­мера сжиганиям 3 - керамический рассе­катель

продуктов сжигания. В этом случае аксиальная составляющая скорости истечения продуктов сжигания незначительна. У некоторых типов плос- копламенных горелок по оси расположен керамический рассекатель, который направляет поток смеси по стене. Схема таких горелок без рассекателя и с ним показана на рис. 142. Экстремальным решением пе­чей с излучающим механизмом передачи теплоты являются излучающие стечы. Это большой площади светящиеся излучатели или радиаторные блоки. В обоих случаях речь идет о сжигании топлива в пористом слое, имеющем каналы.

 


Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.015 сек.)