Горение жидкого топлива
ФЕДЕРАЛЬНОЕ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КАЗАНЧКИЙ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
(ФГБОУ ВПО КНИТУ)
РЕФЕРАТ
на тему: «Горение жидкого топлива»
По дисциплине: «Термодинамика»
Выполнил:
студент 2 курса
группы 12-13-Ц9
КМИЦ «Новые технологии»
Матвеев В.И.
Проверил:
доцент Сагадеев В.В.
Казань 2013г
Содержание
- Особенности горения жидкого топлива и его
расчеты……………………….3
- Типы горелок для жидкого топли
ва……………………………………………6
- Использованные источники………………
…………………………………….17
Особенности горения жидкого топлива и основы его расчета.
Горение — это химический процесс окисления горючих компонентов топлива, сопровождающийся интенсивным выделением теплоты.
Известно, что при низких температурах наличие топлива и воздуха (окислителя) не обеспечивает их химического соединения, называемого горением. Горение начинается только после того, как частицы прогрелись до температуры, обеспечивающей им энергию активации Е, достаточную для вступления в реакцию.
График на 82 иллюстрирует энергию реакции и активации. Частицы топлива и окислителя, обладающие начальным энергетическим уровнем Н, должны приобрести энергию активации. Для достижения энергетического уровня А, при котором реакция будет идти самопроизвольно, необходимо предварительно преодолеть энергетический барьер, равный разности энергетических уровней А и Н, после чего начинается экзотермическая реакция, идущая до точки К и сопровождающаяся выделением энергии (теплоты) в количестве ЕА_К
Предварительный
подогрев, необходимый для зажигания
топлива, первоначально создается
внесением в топку горящего факела,
искры или другого источника
высокой температуры. В дальнейшем
частицы горящего топлива, горячие
газы, а также накаленные теплоизлучающие
стенки топочной камеры способствуют
подогреву и протеканию реакции
горения вновь поступающей
При нагреве жидкого топлива с недостатком воздуха происходит испарение углеводородов и их термическое разложение, сопровождающееся расщеплением углеводородов.
В результате расщепления образуются легкие и тяжелые углеводороды. Легкие углеводороды и водород быстро сгорают при благоприятных условиях (достаточная температура, наличие кислорода). Тяжелые, высокомолекулярные углеводороды и сажистый углерод очень трудно сгорают, вследствие чего значительная несгоревшая их часть уносится из топки либо образует в топках коксовые наросты. Копоть и сажа в пламени также являются результатом образования тяжелых, высокомолекулярных углеводородов.
При достаточном количестве кислорода углеводороды окисляются. Начальная стадия окисления проходит с образованием горячих газов — оксидов углерода и водорода 2СХ.
В результате облегчается конечная стадия горения, проходящего по реакциям:
Таким образом,
процесс горения жидкого
Образовавшаяся после прохождения первых стадий горения газовая смесь легко воспламеняется и быстро сгорает.
Если процесс нагрева и испарения частиц топлива протекает быстро, то при достаточном количестве кислорода создаются наиболее благоприятные условия для полного горения, в противном случае происходит глубокий распад углеводородов с образованием трудносжигаемых частиц. Мелкое распыление частиц топлива и равномерное их распределение увеличивают активную поверхность реакции, облегчают нагрев и испарение частиц и способствуют процессу быстрого и полного горения.
Разложение
углеводородов идет симметрично
при сравнительно низких температурах
(до 600 °С). При более же высоких
температурах распад молекул идет несимметрично:
наряду с легкими углеводородами
образуются тяжелые углеводородные
комплексы, наиболее трудносжигаемые.
При условии тонкого, равномерного
распыления топлива и хорошего смешения
его с воздухом, по возможности
подогретым, подводе всего воздуха
к корню факела создаются наилучшие
условия горения жидкого
Таким образом, основные условия эффективного сжигания жидкого топлива сводятся к следующему: необходимо обеспечить подвод всего количества воздуха к устью факела, мелкое и равномерное распыление топлива, тщательное смешение частиц топлива и воздуха, турбулентность потока, подогрев воздуха, высокую температуру и хорошую воспламеняемость топлива в топке.
Подвод воздуха в количествах, теоретически необходимых для горения топлива (стехиометрическая смесь), может обеспечить полное сгорание топлива лишь в случае очень тонкого его распыления и тщательного смешения с воздухом. Поэтому практически воздух подают в количестве, несколько большем, чем это необходимо для создания стехиометрической смеси. Однако во избежание чрезмерного охлаждения смеси избыток воздуха недолжен быть слишком большим. При двойном количестве воздуха воспламенение и горение топлива чрезвычайно затрудняется и даже становится невозможным.
Сгорание отдельной капли топлива можно представить следующим образом: в результате подогрева капля начинает испаряться, пары топлива, окружающие каплю, диффундируют в окружающую среду, происходит взаимопроникание частиц воздуха и топлива. Капля, движущаяся относительно окружающей среды, будет иметь в передней части и сбоку более тонкую, а сзади — удлиненную зону горения.
При достаточной
температуре смесь паров
В основном время сгорания зависит от времени испарения и времени диффузии молекул. Ламинарная диффузия определяет спокойный, сравнительно медленный процесс, турбулентная — ускоренный процесс. С уменьшением размера капель уменьшается время их испарения. Испаряемость топлива, его плотность, состав и условия теплообмена с окружающей средой также влияют на скорость горения.
Горение жидкого топлива состоит из процессов его распыления, смешения с воздухом (окислителем), испарения и реакции соединения с окислителем.
Величина
поверхности частиц топлива, омываемых
воздухом и вступающих в реакцию
с кислородом, имеет решающее значение
для интенсивного и полного сгорания
топлива. Величина активно реагирующей
поверхности топлива
Распыление
топлива — процесс дробления
струи на мелкие капли. Для распыления
струи жидкого топлива
Для создания развитой поверхности топливных струй применяются следующие методы: распыление топлива сжатым воздухом, паром или дутьевым воздухом от вентилятора; распыление топливной струи за счет действия центробежных сил в механических форсунках; создание тонкой конусовидной пленки вращающимся распылителем в ротационных форсунках; газификация топлива; распределение топлива тонкой пленкой на поверхностях корпуса горелки.
Наиболее совершенное распыление достигается сжатым воздухом или паром, однако для этого требуется компрессор или паровой котел. При распылении топлива дутьевым воздухом также получается хорошее качество распыления, однако здесь необходим вентилятор высокого или среднего давления (не менее 3000—4000 Па). Недостатком метода распыления с помощью форсунок является наличие вращающихся механизмов с довольно сложной кинематической передачей в механических форсунках, а в ротационных — еще требуется топливный насос высокого давления, а также система фильтрации топлива.
Все перечисленные способы распыления топлива применяются при расходах топлива не ниже 5—10 кг/ч, что существенно превышает потребность в топливе бытовых печей. По этим причинам для установки в бытовых отопительных и отопительно-варочных печах могут быть рекомендованы только методы газификации и распределения топлива тонкой пленкой в корпусе горелки. При этом требуется минимальное количество вспомогательного оборудования, причем расход топлива может быть минимальным.
Для того чтобы обеспечить эффективное протекание процесса горения жидкого топлива, необходимо правильно проводить его теоретический расчет.
При расчетах
горения топлива требуется
Точный расчет этих величин производится по данным элементарного состава топлива на основе количественных соотношений реакций горения. Для различных марок жидкого топлива, имеющего достаточно стабильный элементарный состав, выведены упрощенные формулы для расчета процессов горения в следующем виде.
Зависимость теплоемкости и объемов газов от величины избытка воздуха показана на рис. 83. Величины сг и св можно определить по графику на рис. 83, а.
Где
Определение
величины коэффициента избытка воздуха
может быть произведено по данным
элементарного анализа
Согласно выведенным зависимостям, основные характеристики продуктов сгорания жидкого топлива определяются величиной а. На 83, б показаны зависимости объемов воздуха, необходимого для горения продуктов сгорания и температуры сгорания от величины.
Типы горелок для жидкого топлива.
Для установки в бытовых
печах могут быть использованы горелки
с газификацией жидкого топлива.
Принцип действия этих горелок основан
на предварительном нагреве
В испарительных горелках также, как и в газификационных, осуществляется испарение топлива, но не внутри испарительной камеры, а с открытой поверхности топливного слоя. Поэтому для этих горелок не требуется топливный насос. Ввиду отсутствия избыточного давления температура испарения топлива снижена по сравнению с газификационными горелками, что уменьшает опасность пиролиза и крекинга тяжелых фракций топлива.
Различают испарительные горелки открытого типа, в которых поверхность горящего топливного слоя открыта со стороны топки и испарение осуществляется за счет передачи теплоты излучением от открытого пламени, и горелки закрытого типа, в которых топливный слой отделен от топки и нагревается за счет передачи теплоты через ее стенки.
Испарительные горелки могут работать как с принудительной, так и естественной подачей дутьевого воздуха. На рис. 85, а показана испарительная горелка открытого типа. Она состоит из сосуда цилиндрической формы, внутри которого установлена воздухораспределительная колонка с пламеотражателем. Горелка имеет основание тарельчатой формы, по оси которого проходит воздушный канал. Внутри основания имеются штуцера для подвода и слива переливающегося топлива, а также для подвода топлива к запальной свече. На основание горелки надет перфорированный цилиндр с отверстиями для подачи вторичного воздуха.
На дно горелки топливо
подается самотеком из напорного
топливного бачка. Воздух от вентилятора
(или за счет естественной тяги) попадает
в кожух горелки через
Для нормальной работы горелки требуется точная установка ее в горизонтальной плоскости, при эксплуатации необходимо постоянно наблюдать за тем, чтобы не было переполнения горелки топливом, так как перелив его может послужить причиной возникновения пожара.
В меньшей степени подвержены
этим недостаткам горелки закрытого
типа. Их особенностью является то, что
зеркало испарения топлива
Работает горелка следующим образом. При пуске топливо подается в запальную форсунку, откуда эжектируется завихренной ребрами струей воздуха, распыливается и выбрасывается в камеру сгорания, где воспламеняется электросвечой или факелом.
После достижения устойчивого горения открывается кран рабочего топлива и обеспечивается подача топлива в испаритель. Поскольку через стенки камеры сгорания передается теплота, температура в испарителе достигает 300—400 °С, что достаточно для испарения жидкого топлива. Топливные пары через патрубки 5, 7 и кольцевой канал попадают в камеру сгорания, где воспламеняются от факела пускового топлива. После выхода на рабочий режим подачу топлива в запальную форсунку прекращают. Закрытая горелка может работать только с дутьевым вентилятором низкого давления.
Система подачи топлива в
испарительную горелку
Поэтому для испарительных горелок применяют специальную систему подачи топлива из бака через поплавковую камеру, в которой устанавливается дозатор ( 86). Когда поплавковая камера пуста, поплавок 5 находится в нижней ее точке. По мере заполнения поплавковой камеры топливом из бака поплавок всплывает и с помощью клапана 2 перекрывает поступление топлива в камеру из бака. При снижении уровня топлива в камере поплавок опускается, клапан 2 открывает проход и камера вновь заполняется топливом из бака. Из поплавковой камеры топливо по каналам А и Б поступает в промежуточный колодец Г. Игольчатым клапаном 4 можно перекрыть доступ горючего из поплавковой камеры в промежуточный колодец с помощью рычага 3 вручную.
При открытом игольчатом клапане
4 топливо из промежуточного колодца
поступает в колодец
При низких температурах (до 15 °С) игольчатый клапан терморегулятора полностью открыт и топливо из колодца Д через канал Л поступает в колодец К и далее через капельницу 8 по трубопроводу подачи топлива поступает в горелку. Система отопления при этом работает с большим расходом топлива (1,5 кг/ч).
По мере нагревания окружающего
воздуха в помещении термо-
В случае срыва пламени в горелке топливо из горелки по трубопроводу поступает в сливной бачок. При заполнении топливом на 3U бачок опрокидывается и через систему рычагов перекрывает шариковым клапаном подачу топлива из бака в поплавковую камеру.
Если по какой-либо причине бачок не опрокинется, то топливо из него по аварийной трубке будет отводиться в специальный резервуар, вместимость которого не менее вместимости расходного топливного бака.
Розжиг описанной выше горелки осуществляется вручную t помощью огневого факела, а это довольно продолжительная и малоудобная операция. Поэтому в некоторых испарительных горелках предусматривают специальные пусковые горелки. Примером такого рода является горелка, разработанная в ЦНИИЭП инженерного оборудования ( 87). Устройство состоит из основной горелки и вспомогательной, служащей для обогрева испарителя топлива основной горелки. Испарительное устройство включает в себя три ^/-образные топливные трубки, обогреваемые вспомогательной горелкой. Питание горелки осуществляется из топливного бака по трубопроводу 1 через поплавковую камеру 4 и патрубок 5. Поплавок поддерживает постоянный уровень топлива в сепараторе пара 2. Горелка снабжается дутьевым вентилятором низкого давления. Запуск вспомогательной горелки производится включением электроиспарителя 6; образовавшиеся топливные пары из сепаратора 2 направляются к соплу 9; топливовоздушная смесь сгорает в смесителе 8 и обогревает U-oo-разные трубки испарителя. После разогрева этих трубок количество паров увеличивается и большая их часть идет через перегреватель 15 к соплу 13 основной горелки, в смесителе 14 которой и происходит сгорание основной массы топлива.
(рис. 88). Жидкое топливо через горловину 1 заливается в топливный бак 2. Через вентиль 3 топливо из бака поступает в блок автоматики, состоящий из клапана запальника 4 и клапана горелки 5, откуда по трубопроводу 6 подается в электроиспаритель 10, а дальше на вспомогательную пусковую горелку 9. На основную горелку 8 топливо поступает по трубопроводу 7. В основную горелку топливо подается с помощью автоматического клапана, действующего по импульсу от термоэлемента, регулирующего в заданных пределах нагрузку на горелку. Второй электромагнитный клапан, действующий по импульсу от термопары, обеспечивает безопасную работу агрегата, закрывая подачу топлива на обе горелки в случае погасания пламени на основной горелке.
На 89 показана схема монтажа
испарительных и
Горелочное устройство модели ГУЖ-8 (рис. 90) используется в теплоемких отопительных и отопительно-варочных печах при переводе их с твердого топлива на жидкое. В нем можно выделить три основных узла: горелку 3, блок управления 2 и топливный бак (вместимостью 15 л). Горелка испарительного типа состоит из корпуса, двух смесительных колец и рассекателя воздуха. В блок управления входят двухскоростной вентилятор и дозатор, который автоматически поддерживает заданный расход топлива независимо от изменения уровня его в баке. Последний с помощью проушин крепится на стену. Монтаж горелочного устройства в печи прост и не требует специальных материалов и инструментов. Для розжига необходимо включить вентилятор, затем, открыв выпускной клапан дозатора, подать топливо в горелку и поджечь его через конфорку горящим тампоном. Масса горелки— 19 кг. На 90 также показана установка устройства ГУЖ-8 в топливнике печи.
При эксплуатации бытовых печей, работающих на жидком топливе, необходимо соблюдать следующие меры пожарной безопасности.
Топливный бак должен быть
герметично закрыт и иметь пароотводную
трубку, сообщающуюся с атмосферой
через дыхательный и
При эксплуатации (перед розжигом горелки) проверяется количество топлива в расходном баке. Бак следует периодически промывать, не допускать попадания воды в топливо. При случайном разливе топлива необходимо посыпать его сухим песком и удалить. В том случае, если горелка работает с вентилятором, перед розжигом необходимо продуть топку печи воздухом.
Бытовые отопительные приборы заводского изготовления
Отопительный аппарат модели 2105 (рис. 91) работает на жидком топливе и применяется для отопления жилых помещений площадью до 70 м2. Аппарат выполнен в виде напольного металлического шкафа с откидными крышкой и передней стенкой, что обеспечивает свободный доступ к элементам управления. Состоит он из горелки 13, пламенной трубы 7, теплообменника 5, топливного бака 4, крышки 2 и дозатора 10. Над горелкой, расположенной в нижней части аппарата, установлена пламенная труба цилиндрической формы, которая служит камерой сгорания. Сверху она закрыта теплоизоляционной крышкой с экраном. К теплообменнику аппарата камера крепится с помощью четырех легкосъемных замков. Теплообменник изготовлен из двух концентрически расположенных цилиндров, кольцевое пространство между которыми заполнено водой. В нижней и верхней части теплообменника имеются два штуцера (соответственно для подачи холодной и отвода нагретой воды). Для замера температуры воды на выходе из аппарата на верхнем штуцере расположена термометрическая гильза с термометром.
Снаружи корпус горелки закрыт теплоизоляционным кожухом, установка которого уменьшает теплопотери в окружающее пространство и одновременно создает направленное движение воздуха в зону горения. На боковой поверхности кожуха размещен регулятор воздуха шиберного типа, конструктивно выполненный таким образом, что по мере увеличения разрежения в аппарате сечение шибера перекрывается заслонкой, благодаря чему коэффициент избытка воздуха меняется на незначительную величину.
Количество топлива, подаваемого
в горелку, а следовательно, ее тепловая
нагрузка изменяется при помощи дозатора,
который обеспечивает подачу в горелку
заданного количества топлива или
прекращает его подачу в случае повышения
уровня топлива в корпусе дозатора
выше контрольного. Дозатор выполнен
таким образом, что с повышением
уровня топлива поплавок в его
корпусе всплывает и через
систему рычагов давит на запорную
иглу впускного клапана, который
перекрывает подачу топлива в
дозатор. В передней части аппарата
монтируется топливный бак
На верхнюю крышку бака
выведена рукоятка запорного игольчатого
вентиля, корпус и игла которого размещены
на днище бака. Запаса топлива в
баке достаточно для непрерывной
работы аппарата в течение 15 ч при
номинальной нагрузке. Температура
топлива в баке не должна превышать
температуру вспышки и поэтому
во избежание перегрева бак
На задней стенке водяной рубашки теплообменника размещен дымовой короб, в верхней части которого установлен шибер, служащий для изменения направления движения продуктов сгорания.

- Горение нефти и нефтепродуктов на поверхности раздела фаз жидкость - атмосфера
- Горец перечный
- Горечи - биологически активные вещества терпеновой природы
- Горизонтальная и вертикальная интеграция
- Горизонтальная и вертикальная интеграция. Понятие. Экономический смысл
- Горизонтальная и вертикальная привязка зданий
- Горизонтальная съемка
- Гомогенизатор ОГБ-М
- Гомология и гомотопия
- Гомотопии и гомотопические эквивалентности
- Гомофобия как социальная проблема
- Гонение на старообрядцев
- Гончарный круг
- Гоподарсько-претензійна діяльність