3.4. Процесс горения
Горение представляет собой процесс быстрого и полного окисления горючего вещества, происходящий при высокой температуре и сопровождающийся выделением тепла. В горении участвуют два компонента, а именно, окисляемое (горящее вещество, называемое топливом, и окислитель - вещество, содержащее кислород, способный достаточно быстро вступать в реакцию с топливом. В топках котельных агрегатов в настоящее время используют только самый дешевый и распространенный в природе окислитель, а именно атмосферный воздух, 21% объема которого составляет кислород.
Характер горения топлива в каждом отдельном случае определяется рядом различных факторов, среди которых основными являются:
• вид сжигаемого топлива,
• способ сжигания,
• аэродинамические особенности процесса,
• характер подвода кислорода к топливу.
Наиболее распространенные инжекционные газовые горелки имеют периферийную подачу газа. Выходя из жиклеров кольцевого коллектора с большой скоростью, газ инжектирует воздух и смешивается с ним. Для нормального горения газа требуется определенное количество воздуха и хорошее их смешение. Перемешивание газа и воздуха происходит в амбразуре и заканчивается в топке. В результате образуется газо-воздушная смесь, которая, сгорая, создает длинное светящееся пламя. Инжекционные горелки могут работать с большим или с меньшим избытком воздуха. Поэтому перекрывая их регистры, можно либо увеличивать, либо уменьшать длину факела, которая зависит от скорости истечения газа: с возрастанием ее длина факела уменьшается. О количественном отношении газа и воздуха в смеси можно судить по цвету факела. При неполном сгорании газа из-за недостатка воздуха пламя темнеет, приобретает фиолетовый оттенок в средней части и светящийся желтый или красный цвет на конце.
При избытке воздуха в смеси длина факела уменьшается, пламя становится полупрозрачным и отрывается от горелки, причем горение сопровождается сильным шумом. Нормальное соотношение газа и воздуха в смеси дает при сгорании светло-соломенный цвет пламени, прозрачные раскаленные топочные газы и стабильную форму факела.
Процесс горения жидкого топлива проходит следующие стадии:
• смешение капель топлива с воздухом,
• подогрев и испарение,
• термическое расщепление капель,
• образование газовой фазы, ее воспламенение и сгорание.
Горение можно ускорить, повышая температуру и давление смеси и турбулизируя ее. Мелкое распыление частиц топлива и равномерное их распределение в воздушном потоке приводят к увеличению активной поверхности реакции, облегчают нагрев и испарение частиц и способствуют быстрому и полному горению. Наиболее благоприятно процесс смешения и разложения топлива протекает в случае подвода всего воздуха для горения к основанию факела. Необходимо, чтобы сгорание топлива заканчивалось в топочной камере без залегания факела в конвекционную секцию. Дымление при сгорании должно быть минимальным. Чрезмерно ослепительное пламя свидетельствует о повышении избытка воздуха. Искрение пламени указывает на содержание в жидком топливе твердых частиц, темно-красные продольные полосы - на его плохое распыление, а общее потемнение и краснота пламени - на недостаток воздуха.
Длина факелов всех горелок должна быть одинаковой и отрегулирована так, чтобы верхняя часть факелов не достигала поверхности экранов. Длинные и широко рассеянные факелы жидкостных горелок, касающиеся поверхности печных труб, создают большие местные перегревы, что приводит к пережогу металла и образованию окалины, а при наличии отложений внутри труб могут возникнуть отдулины, деформация и даже прогары. При низкой температуре поверхности труб рассеянные длинные факелы вызывают саже образование и снижение теплопередачи.
Длина факела зависит от скорости подачи воздушно-топливной смеси, тонкости ее распыления, качества и быстроты перемешивания топлива с воздухом. Поэтому длину факела изменяют не только регулировкой подачи топлива, но и перекрытием воздушных регистров.
Укорочения длины факела достигается увеличением скоростей воздушных струй в регистре и утонением распыла топлива. Все количество воздуха, необходимое для сгорания топлива, должно подводиться через регистры горелок. Подсос воздуха через неплотности двойниковых коробов, обмуровки и газового тракта отрицательно влияет на работу печи, так как приводит к понижению температуры топочных газов и уменьшению КПД.
При наладке режима горения топлива возможны попеременные затухание и воспламенение факела. Такие пульсации его горения могут объясняться разнообразными причинами: подводом в инжекционные горелки слишком большого количества топлива или пара; сильным обводнением топлива, когда в горелки попадают крупные капли воды и при их испарении временно прерывается подача топлива; чрезмерным перегревом жидкого топлива, при котором испарение более легких фракций и образование паров мешают прохождению топлива; недостаточным нагревом топлива, если оно представляет собой смесь тяжелых и легких углеводородных компонентов. В панельных горелках пульсации горения могут обусловливаться акустическими явлениями.
Общее одновременное изменение режима горения газовых горелок иногда происходит в результате колебаний давления газов в газовых магистралях.
За температурой топочных газов, особенно над перевальной стенкой, должен быть постоянный контроль. Наблюдая за показаниями потенциометра, следует регулировать шуровку горелок так, чтобы разброс точек показаний температуры над перевалами был минимален и не превышал допускаемых значений.
Оптимальный режим работы печи при выводе ее на нормальную эксплуатацию должен устанавливаться путем сопоставления следующих показателей: часовой производительности собственно печи и отдельных змеевиков, температуры и давления сырья на входе в каждый змеевик и выходе из него, температуры и расхода топлива и пара, температуры и состав топочных газов, величины тяги. Несложными расчетами можно вычислить тепло-напряженности топки и поверхностей нагрева, коэффициенты теплопередачи, количества тепла, передаваемого сырью, его потери и, наконец, КПД печи.
Об экономичности сжигания топлива судят по коэффициенту избытка воздуха. Для его нахождения отбирают пробы топочных газов.
Место отбора проб рассредоточивают по всему газовому тракту (около горелок, в нескольких местах топки, в конвекционной шахте, в борове). Для более совершенного контроля горения топлива используют газоанализаторы, автоматически определяющие состав топочных газов и дающие показания процентного содержания (по объему) в них СО2 и отдельно СО + Н2. Чем больше концентрация СО2 меньше СО содержание СО + H2 в газах, тем с меньшим избытком воздуха сжигается топливо и тем лучше и полнее оно сгорает. Наличие некоторого количества несгоревших СО + Н2 объясняется недостатком воздуха в топливе. Итак, наиболее рационально топливо будет сжигаться при максимальном содержании CO2 и полном отсутствии СО + Н2 в дымовых газах.
О полноте сгорания топлива можно судить по цвету дыма, выходящего из дымовой трубы. Как известно, при полном сгорании газов образуются водяные пары и диоксид углерода, не имеющие цвета.
Бесцветен и азот воздуха, который не участвует в горении. Следовательно, при полном сгорании газа дыма из трубы не видно, а в холодное время года может наблюдаться лишь водяной пар. При сгорании жидкого топлива дым имеет сероватый оттенок. В случае недостатка воздуха сгорание топлива становится неполным и из трубы виден черный дым. Однако возникновение темного дыма объясняется и другими причинами: применение мало нагретого топлива большой вязкости; снижением давления распылевающего пара; чрезмерно большой подачи мазута или недостаточным подводом воздуха, попаданием в горелки высоковязких осадков. Кроме того, густой черный дым появляется при прогаре печных труб.
Хорошего горения топлива можно добиться правильно выбирая горелки, систематически ухаживая за ними и контролируя их работу.
Большую роль играют также постоянство состава топлива и его рабочих параметров, сохранение оптимальной тяги. Величина тяги, т.е. разрежение в различных точках печи, должно определяться наряду с составом топочных газов. В процессе эксплуатации печи тяга может изменяться вследствие: изменения положения регистров у горелок, появления не плотностей в кладке печи, ретурбендных коробках и газовом тракте, в результате образования отложений на трубах в конвекционной секции, в борове, изменения атмосферных условий. Так, при понижении давления атмосферы, сопровождающемся ухудшением погоды, тяга также ухудшается. При более высоком атмосферном давлении в хорошую погоду тяга улучшается. Зимой, в морозное время, тяга бывает значительно лучше, чем в жаркий летний сезон; это объясняется уменьшением разности температур между атмосферным воздухом и топочными газами. Естественная тяга нарушается при сильном ветре. Чем выше дымовая труба, тем меньше влияет ветер на тягу. Известны случаи, когда в боров поступала и испарялась вода, что значительно уменьшало тягу.
Вопросы к размышлению:
Что такое температура воспламенения?
Режим горения.
Влияние состава топлива на режим горения.
Из каких компонентов состоят дымовые газы.
От чего зависит тяга печи.
|
