3.2 Основы сжигания жидкого топлива

3.2.1 Общие закономерности

В условиях промышленных печей жидкое топливо, большей частью мазут, сжигают в распыленном состоянии. Поэтому основ­ными составными частями процесса сжигания жидкого топлива являются: а) распыливание; б) воспламенение, которому пред­шествует и способствует процесс смешения, подогрева и испаре­ния, в) горение капли жидкого топлива.

Все эти сложные процессы вместе с процессом смешения распы­ленного топлива и его паров с воздухом составляют в совокуп­ности процесс, называемый сжиганием жидкого топлива.

Процесс распыливания топлива основан на дроблении жидкости распылителем, причем это дробление будет происходить в том случае, если давление движущегося распылителя будет превышать действие поверхностного натяжения.

Исходя из равенства давления распылителя и величины поверх­ностного натяжения жидкого топлива, можно получить следующее выражение для определения размера капли:

, мм (3.1)

где ω - относительная скорость распылителя и капли топлива, м/с;

ρ - плотность распылителя, кг/м³.

Воспламенение жидкого топлива происходит следующим обра­зом. Распыленное жидкое топливо, попав в среду с высокой тем­пературой, начинает испаряться. Около поверхности капли обра­зуется паро-воздушная смесь, которая воспламеняется первой. Температура, при которой происходит воспламенение паро­воздушной смеси, называется температурой вспышки топлива.

Установлено, что испарение усиливается по мере уменьшения размеров капли, и резко уменьшается при росте температуры выше 800° С. Это объясняется тем, что при температуре более 800° С происходит кипение топлива. Обычно температура кипения жид­кого топлива ниже температуры воспламенения.

Экспериментами установлено, что характер воспламенения жидкого топлива при температурах, не превышающих 500° С, тот же, что и при воспламенении гомогенной смеси с начальным внедрением кислорода в молекулы топлива и последующим раз­витием цепного процесса постепенного окисления, тогда как при t > 500° С происходит предварительный термический крекинг молекул топлива. Увеличение температуры приводит к ускорению процесса воспламенения.

Горение капли. Все процессы, из которых складывается горение топлива, совершаются или на поверхности, или около поверхности капли. Горящие капли оказывают определенное воздействие друг на друга и все вместе создают пламя. Поэтому для уяснения зако­номерностей горения жидкого топлива необходимо уяснить прежде всего механизм горения одной капли. Однако общие выводы воз­можны только в том случае, если механизмы горения индивиду­альных капель и распыленного топлива сходственны.

Как показывают эксперименты, такое сходство есть. Оно отно­сится как к полноте сгорания, так и к температуре пламени. Сопоставление констант сгорания группы капель и распыленного топлива также показало хорошую сходимость. Все это доказывает принципиальное сходство горения индивидуальных капель и рас­пыленного топлива.

Температура кипения жидких топлив всегда ниже температуры воспламенения, поэтому горение жидкого топлива в основном происходит в паровой фазе. Процессы горения паро-воздушной смеси и испарения тесно связаны между собой. При горении жид­кого топлива осуществляется теплообмен между газовой средой и поверхностью жидкости, т. е. между средами, находящимися р разных агрегатных состояниях, что придает всему процессу гетерогенный характер,

Общее время горения жидкого топлива составляет

τ = τ₁ + τ₂, где τ₂ - соответственно время горения газообразных летучих и коксового остатка.

При этом обычно τ₁ ≈ 0,5÷0,6 с, тогда как τ₂ = 0,3÷0,35 с

Время полного сгорания, иначе говоря время существования капель, определяет собой такие важные факторы, как, например, длину факела, которые оказывают большое влияние на тепловую работу пламенных печей.