ИНТЕНСИФИКАЦИЯ СЖИГАНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ТОПЛИВ

В современных топочньрс устройствах газообразные топлива сжига ются в топочной камере, куда они вводятся струями совместно с воз духом, необходимым для горения. Горение происходит при распростра нении пламени в турбулентной струе горючей смеси, непрерывно ПС ступающей в топочную камеру. Поэтому сжигание интенсиф* цируется с увеличением скорости , турбулентног распространения пламени и с увеличением поверхн< сти фронта пламени.

Скорость турбулентного распространения пламени определяет*
интенсивностью тепло- и масеообмена и скоростью химического pear
рования горючей смеси в потоке в специфических условиях зоны турб
лентного горения, обусловливаемых ее аэродинамической и теплов
структурой.                                                                                           ' -

Сама скорость химического реагирования растет с увеличением те пературы и концентрации реагирующих веществ. Для повышения т€ пературы смеси применяется предварительный подогрев воздуха, щ щего на горение, а в случаях сжигания низкокалорийных газов так

г»

и топлива. При применений прёдварительжйго подогрева, г^асщ- редует учесть, что при сильном нагреве воашжно термическое, разложение содержащихся в газах тяжелых ^гле&одородов, что не желательно. В случаях, когда объем воздуха, идущего на горение, ;значительно больше объема сжигаемого газа, как, например, в случае природного газа, роль подогрева воздуха больше, чем подогрева газа.   , ,

Даже при существенном предварительном подогреве воздуха, а в некоторых случаях и газа, основной нагрев горючей смеси до ее воспламенения происходит в топочной камере за счет диффузии в нее высоконагретырс продуктов сгорания.

Как известно, экономичное сжигание газов производится с ограни­ченным количеством воздуха. В этих условиях образование зон с мест* ным недостатком окислителя может быть предотвращено хорошим сме­шением газа с воздухом, а понижение действующей концентрации ки­слорода— уменьшением разбавления горючей смеси продуктами сгорания.

Смесеобразование осуществляется за сче*г первичного смешения по­токов газа и воздуха с помощью горелочных устройств и в самой топоч? ной камере. Первичное смешение должно обеспечить возможно более равномерное распределение потоков топлива и воздуха по выходному сечению горелок. Молярное и молекулярное смешение продолжается и завершается в процессе горения в самой топочной камере.

При сжигании газов в топках парогенераторов, когда химическое реагирование протекает в потоках большие масс воздуха и газа, интен­сивность смесеобразования и нагрева в топочной камере зависит от интенсивности массо- и теплообмена в факеле. Поэтому для интенси­фикации смесеобразования и теплообмена сжигание горючей смеси в топочной камере следует организовать в потоках повышенной тур­булентности, в частности сжиганием в системе струй с повышенной на­чальной скоростью и с эффективным взаимодействием. При этом необ­ходимо организовать устойчивое зажигание, обеспечивающее воспламе­нение у устья горелок при высоких скоростях истечения горючей смеси из них.

Однако для интенсификации сжигания высокая турбулентность не­обходима в ядре факела и в особенности в зоне догорания. Напротив, для возможности воспламенения горючей смеси у устья гор_елок в Кррне факела желательно иметь умеренную турбулентность. Таким рбрааом, рациональная аэродинамическая организация процесса горения должна обеспечить повышенную турбулентность в ядре факела и в зоне догора­ния при сохранении умеренной турбулентности в корне факела. Такую структуру! факел а невозможно получить только за счет конструкции го­релочных устройств. Она может быть обеспечена разработкой новых, более совершенных методов аэродинамической и тепловой организации факела и топочного процесса в целом.

/Поверхность фронта пламени зависит от способа зажигания и ♦ха­рактера движения газов. При ламинарном горении газовой смеси, пода* ваемой через круглую горелку, факел принимает форму конуса вслед­ствие того, что зажигание смеси происходит по периферии основания конуса от застойного пояса продуктов сгорания, образующегося у устья горелки.

Тепловое напряжение объема факела можно представить в виде

Рассмотренное горение является ламинарным. При' турбулентном горении, как было сказано ранее, фронт пламени искривляется и раз­мывается, при этом его поверхность увеличивается, что соответственно увеличивает и наблюдаемую скорость распространения пламени. Кроме того, при турбулентном горении увеличивается протяженность зоны го­рения, но конусообразная форма факела сохраняется. Поэтому при тур­булентном горении также с уменьшением диаметра горелки тепловое напряжение объема факела увеличивается.

Из сказанного следует важный вывод о том, что для интенсифика­ции сжигания газовой смеси следует организовать развитое и устойчи­вое зажигание смеси путем дробления потока' на мелкие струи и созда­ния устойчивых очагов их зажигания. Создавая развитое зажигание, можно получить соответственно развитую* поверхность' горения и тем самым уменьшить инертный объем факела и увеличить тепловое на­пряжение его объема.

В широко распространенны^ круглых горелках возможности интен­сификации сжигания за счет уменьшения их диаметра ограничены, так как при этом пришлось бы значительно увеличить количество горелок, устанавливаемых на парогенераторе, что конструктивно может оказать­ся нецелесообразным. Более целесообразным может быть переход от круглых горелок к щелевым горелкам, имеющим выходное сечение в виде вытянутого прямоугольника. При одинаковой площади выходно­го сечения ширина щелевой горелки окажется значительно меньше диа­метра круглой горелки или горелки с прямоугольным выходным сечени­ем и соотношением сторон, »не превышающим двух. При узких горелках воспламенение, начинающееся на периферии, быстрее распространится до оси струи и согласно (9-3) и (9-13) обусловит меньшую длину фа­кела. Следовательно, развитое зажигание может быть также осуществле­но путем увеличения периметра воспламенения.

Развитое зажигание можно получить как разработкой соответст­вующей конструкции горелки, так и рациональной организацией- аэро­динамики горелки и топки в целом. Например, придав газовой смеси в горелке закрученное движение, можно на оси струи получить зону разрежения, вызывающую приток мощного потока высоконагретых про­дуктов сгорания к корню факела с его внутренней стороны. В этом случае факел примет вид полого расходящегося конуса, в котором за­жигание осуществляется как по периферии горелки, так и по внутренней поверхности факела.

Таким образом, к условиям интенсификации сжигания газов относятся следующие.

1.          Предварительный цодогрев воздуха, идущего на горение, и га­зообразного топлива в случае сжигания низкокалорийных газов.

2.          Подача всего воздуха, необходимого для горения, в корень факе­ла. При этом следует добиваться возможно лучшего предварительного смешения газа с воздухом.

3.          Организация устойчивого зажигания, обеспечивающего горение при возможно высоких скоростях истечения газовоздушной смеси из горелок.

4.          Организация зажигания по развитому периметру дли -получения соответственно развитой поверхности воспламенения и горения.:

5.          Интенсификация выгорания путем усиления тепло- и маесообме-на в самом факеле. Этого следует достигать такой аэродинамической организацией топочного процесса, когда в ядре горения й в зоне дого­рания обеспечивается высокая турбулентность при умеренной турбу-

зажигания,        _: . _;

" 6. Устранение или сокращение зон рециркуляции продуктов сгора­ния в топочной камере, которые не требуются или чрезмерны для обес­печения зажигания факела, но наличие которых уменьшает действую­щую концентрацию газа и окислителя, а также несколько понижает температуру,