Сжигание в кипящем слое

Слой мелкозернистого материала, продуваемый снизу вверх воздухом со скоростью, превышающей предел устойчивости плотного слоя, но недостаточной для выноса частиц из слоя, создает циркуляцию. Интенсивная циркуляция частиц в ограниченном объеме камеры создает впечатление бурно кипящей жидкости. Значительная часть воздуха проходит через такой слой в виде пузырей, сильно перемешивающих мелкозернистый материал, что еще больше усиливает сходство с кипящей жидкостью и объясняет происхождение названия.

Способ сжигания в псевдоожиженном (кипящем) слое (см. рис. 5.5, г) является в определенном смысле промежуточным между слоевым и камерным. Его преимуществом является возможность сжигания относительно мелких кусочков топлива (обычно мельче 5… 10 мм) при скорости воздуха 0,1…0,5 м/с.

Топки с кипящим слоем широко используются в промышленности для сжигания колчеданов в целях получения S0₂, обжига различных руд и их концентратов (цинковых, медных, никелевых, золотосодержащих) и т. д.

Горелочные устройства для сжигания жидких топлив. В стационарных котельных установках в качестве жидкого топлива используют только мазут. Его применяют не только как основное топливо для котельных агрегатов средней и большой производительности, но и как растопочное топливо для пылеугольных топок и дополнительное при комбинированном сжигании газа с жидким топливом. Мазут сжигают в камерных топках в распыленном состоянии. Для распыливания, т. е. раздробления топлива на возможно большее количество отдельных капель служат форсунки, которые по принципу действия разделяют на несколько типов (рис. 5.15).

Процесс сжигания состоит из пульверизации (распыливания) при помощи форсунок, испарения и термического разложения жидкого топлива, смешения полученных продуктов с воздухом, воспламенения смеси и собственно горения (рис. 5.16, а).

Цель пульверизации заключается в увеличении поверхности соприкосновения жидкости с воздухом и газами. Поверхность при этом возрастает в несколько тысяч раз. За счет сильного излучения горящего факела капельки очень быстро испаряются и подвергаются термическому разложению (крекингу). На рис. 5.16, б

Рис. 5.15. Мазутные форсунки:

а — прямоструйная (давление мазута 1 …2 МПа); б — центробежная с тангенциальным подводом мазута; в — со специальным завихрителем; г — ротационная; д — с распиливающей средой (водяной пар, воздух) высокого давления; е — с распиливающей средой низкого давления.

Рис. 5.16. Схема мазутного факела:

а — поточная схема выгорания жидкого топлива; 6 — зоны горения мазута; 1 — зона испарения; 2 — зона термического разложения (крекинга); 3 — зона горения (гомогенная); 4 — продукты сгорания в топочном пространстве показана схема факела с характерными зонами: испарения, крекинга и горения. Эти зоны, как правило, накладываются одна на другую.

В факеле сжигаемое жидкое топливо находится в жидком, твердом (дисперсный углерод от разложения жидких углеводородов) и газообразном состояниях.

Скорость горения, как и при сжигании горючих газов, зависит от условий смесеобразования, степени предварительной аэрации, степени турбулентности факела, температуры камеры сгорания и условий развития факела. Факел получается светящимся из-за наличия в нем раскаленного дисперсного углерода. Высокомолекулярные углеводородные газы, разлагаясь при высоких температурах на простые соединения, выделяют сажистый углерод, размеры частичек которого очень малы (~ 0,3 мкм). Эти частицы, раскаляясь, придают пламени светящийся характер.

В механических форсунках со специальным завихрителем (см. рис. 5.15, в) жидкое топливо (мазут) под давлением 0,8…2,0 МПа проходит мелкокалиберные отверстия в головке форсунки, дробится, завихривается, а его частицы приобретают значительную скорость на выходе. В паровоздушных форсунках (см. рис. 5.15, <3, е) для пульверизации мазута используется кинетическая энергия потока пара или воздуха. Давление пара на входе составляет0,3… 1,6 МПа, а воздуха — 0,3…0,7 МПа.

Форсунки с паровым распыливанием неэкономичны из-за большого расхода пара (до 0,4 кг пара на 1 кг мазута), применяются как растопочные при совместном сжигании угольной пыли и мазута, также используются в небольших котельных установках.

Крупные котлоагрегаты оборудуют форсунками с механическим распыливанием топлива. При этом мазут предварительно подогревается в теплообменниках до 100… 120 °C для уменьшения.

Рис. 5.17. Мазутные форсунки:

а — механического распыливания: 1 — распиливающая шайба; 2 — завихриваюший диск; 3 — распределительный диск; 4 — подводящий ствол; 5 — корпус; 6 — накидная гайка; б — парового распыливания: 1 — фасонная гайка; 2 — расширяющееся сопло; 3, 4 — концентрические трубы; 5 — корпус его вязкости. Мазут подается насосами, а для очистки его от механических примесей, загрязняющих форсунку, его фильтруют.

На рис. 5.17 показаны форсунки с механическим (а) и паровым распылением (б). Механические форсунки могут быть ротационными, а паровые — паровоздушными высокого давления.

В механической форсунке мазут по подводящему стволу 4 поступает в распыливающую головку. Головка состоит из распределительного диска 3, где поток мазута разделяется на отдельные струйки, завихривающего диска 2 и распыливающей шайбы /.

Механические форсунки изготовляют производительностью 0,2…4,0 т/ч. Механические форсунки работают практически бесшумно. Их недостатком является ограниченная возможность регулирования подачи топлива (80… 100% производительности).

В паровой форсунке пар поступает по внутренней трубе 3 в расширяющееся сопло 2, из которого вытекает с большой скоростью (до 1000 м/с и более). Мазут, проходя кольцевой канал между трубами 3 и 4, попадает в поток пара тонкой концентрической струйкой, которая разбивается паром на мелкие капли.

Мазутные форсунки устанавливают обычно на фронтальной стенке топки. Глубина топки должна быть не менее 3 м для малых форсунок и не менее 4 м для крупных. Чтобы избежать попадания капель неиспарившегося мазута на боковые стенки и на под топки, расстояние от них до оси форсунки должно быть не менее 2 м.

Для лучшего перемешивания распыленного топлива и воздуха последний подается со скоростью 25…30 м/с через специальные регистры, установленные у форсуночных амбразур и предназначенные для завихрения воздуха.