ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Образование дыма и нагара при сжигании тяжелых топлив из "Сжигание тяжелых жидких топлив" Одна из особенностей процесса сгорания распыленного тяжелого топлива в топках самого различного назначения — значительная дымность продуктов сгорания и обильное нагароо разо-вание на относительно холодных поверхностях топки и газоходов. [c.80] Исследованиям физических свойств дыма и нагара, как и причинам их образования, посвящено значительное число теоретических и экспериментальных работ [51—60] Несмотря на это, в настоящее время еще не сформулированы точные понятия дыма, нагара, копоти и других твердых остатков неполного сгорания жидкого топлива. [c.80] Условно дымом называют те твердые частицы углерода, которые выбрасываются в атмосферу с газообразными продуктами горения, а нагаром — ту часть недогоревшего топлива, которая вместе с золой откладывается на холодных поверхностях топочных объемов или газоходов. [c.80] Такое разделение понятий, несмотря на его условность, дает в принципе указание на два независимых источника или причины образования дыма и нагара. [c.80] Пары топлива, образовавшиеся на поверхности капли, в своем движении к зоне горения будут подвергаться дальнейшему нагреву от температуры поверхности капли до температуры зоны горения. Температура поверхности капли при горении не превышает 400— 500° К, тогда как температура зоны горения в среднем достигает значений 1800—1900 С. Таким образом, условия существования паров топлива до момента их сгорания соответствуют условиям глубокого крекинга и высокотемпературного пиролиза. [c.80] Основная реакция крекинга низших парафиновых углеводородов — это реакция распада углеродного скелета с образованием свободных радикалов, которые реагируют с неразложившимися молекулами, вызывая их дегидрирование и образование непредельных углеводородов типа олефинов. Многоатомные (высшие) гомологи метана претерпевают расщепление на молекулы предельных и непредельных углеводородов меньшего молекулярного веса. Этот процесс также сопровождается отрывом некоторого числа водородных атомов. Разложение непредельных углеводородов происходит более легко и в свою очередь сопровождается выделением водорода вследствие взаимодействия свободных радикалов с молекулами. При температуре свыше 700° С происходит дегидрирование олефинов и синтез ароматических углеводородов. [c.80] В зоне реакции водород вступает в соединение с кислородом воздуха. Выделяющаяся при этом энергия частично идет на разрушение связей между углеродными атомами, которые могут соединяться с кислородом. Вследствие возможного местного недостатка кислорода непрореагировавшие углеродные атомы должны двигаться дальше от зоны горения в окружающую среду, более богатую кислородом. По мере этого движения температура среды начинает падать темп падения температуры целиком определяется внешними условиями. [c.81] При этом углеродистые связи могут снова замыкаться одна на другую, образуя прочные углеродные соединения, которые не способны соединяться с кислородом в данных условиях. Таким образом, можно предположить, что собственно дым образуется всегда при сжигании любого промышленного топлива, будь то бензины или топочные мазуты, сгорающие в каплеобразной форме. Различие в качестве топлива, его структуре сказывается главным образом на большей или меньшей склонности к дымообразованию. [c.81] Поскольку дым образуется во внешней части зоны горения, то было бы естественным предполагать, что создав соответствующие условия для дожигания образовавшегося дыма (кислород и высокую температуру), можно значительно уменьшить или полностью устранить дымление. Как показали исследования, струя дыма, образовавшегося в диффузионном пламени, легко догорала во вторичном бунзеновском пламени [60, 61 ]. Замечено также, что наибольшее дымление в топках наблюдается в период растопки, когда стенки, ограждающие факел, холодные, и тепло, излучаемое факелом, полностью поглощается ими. По мере разогрева топки дымление уменьшается и при определенных условиях может исчезнуть совсем. [c.81] При рассмотрении условий образования нагара нужно провести некоторые разграничения между тем нагаром, который откладывается на холодных поверхностях, и тем несгоревшим топливом, которое выносится с продуктами сгорания. Нагар, обнаруживаемый на стенках топочных камер и газоходов, по составу весьма разнообразен, он может образовываться в виде как мягкого пушистого налета, так и твердых хрупких отложений. [c.81] Микроскопическое исследование нагара [53] показало, что мягкий нагар состоит из почти сферических частиц, включенных в аморфное вяжущее вещество, а твердые отложения представляют собой стекловидное вещество. Предполагается, что твердый нагар — это нефтяной кокс, образующийся в результате жидкофазного крекинга, последующего пиролиза и, наконец, коксования топлива, попадающего на стенку. При этом [62, 63, 64 ] большую роль играет температура стенки если она превышает 450—500° С, то отложения нагара даже при сжигании тяжелых топлив не наблюдается. В реальных факелах процесс полного выгорания капли в силу тех или иных обстоятельств (плохой распыл, низкий температурный уровень процесса и т. п.) может не заканчиваться в пределах топочного объема, и в этом случае частично или полностью ококсованная капля будет вынесена в атмосферу с газообразными продуктами сгорания, либо осядет на поверхности топки или газохода котла. [c.82] Таким образом, краткое рассмотрение условий образования дыма и нагара позволяет заключить, что при сжигании тяжелых углеводородных топлив вообще и особенно топлив, богатых ароматическими веществами, дым образуется всегда, а его ликвидация определяется внешними условиями, т. е. наличием кислорода и высокой температуры. Образование нагара определяется как свойствами топлива, главным образом содержанием в нем смолисто-асфальтеновых веществ, так и условиями горения, обусловленными в свою очередь качеством распыливания, температурой и гидродинамикой факела. Эти факторы оказывают непосредственное влияние на время, необходимое для полного выгорания как жидкой фазы, так и коксового остатка в пределах топочного пространства. [c.82] Исходя из этих положений, следует весьма осторожно относиться к различного рода радикальным средствам борьбы с дымлением и нагарообразованием при сжигании жидкого топлива, которые в последнее время достаточно часто рекламируются в литературе (непрерывно действующий электроразряд [65], паровые сирены и др.). [c.82] Применяя высокочастотные колебания (источниками которых являются паровые сирены и др.) для интенсификации процесса горения распыленного топлива, предполагали получить эффект ускорения горения за счет улучшения подвода кислорода из внешней среды и ускорения отвода продуктов сгорания из зоны горения путем создания колебательного движения среды вокруг горящего источника. В принципе это предположение является правильным, так как вполне соответствует тем экспериментальным данным, которые получены при исследовании горения движущейся капли. Однако для факела в целом оно не является таким убедительным. Дело в том, что звуковая волна претерпевает значительные изменения при прохождении среды с различной плотностью, каковой является горящий факел. Зона горения вокруг индивидуальной капли является весьма эффективным экраном для звуковых волн. Множество таких капель, расположенных вокруг источника звуковых волн, создает экранирующую зону, которая препятствует прохождению колебаний в толщу факела. Опытная проверка этого положения, проведенная авторами в высокофорсированной камере, полностью подтвердила это предположение. [c.83] С нашей точки зрения, наиболее эффективное средство борьбы с дымлением и нагарообразованием — это правильная организация процесса горения, основанная на строгом учете закономерностей горения жидкого топлива и всех его стадий. Практическими средствами борьбы с дымом и нагарообразованием являются высокий температурный уровень процесса, качественный распыл и тщательное перемешивание. [c.83] Вернуться к основной статье