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液体燃料的燃烧过程

添加时间:2017/5/23 16:57:22 浏览次数:450

       理论分析表明,一个油粒燃尽所需要的时间与其直径的平方成正比,这就是说,为了加快油的燃烧速度,首先应把油雾化成为细小颗粒,然后使油颗粒与氧接触,在高温下开始蒸发,热解裂化和着火燃烧。这便是燃料油的雾化燃烧过程。

       雾化燃烧过程是一个复杂的物理-化学过程。实际上,重油在炉内的燃烧是以油雾炬的形式燃烧,因此,各个油粒在同一时间并不经受同一阶段。重油由油喷口喷出后,首先开始雾化过程,这一过程是在比较短的距离内就结束了,此后油的颗粒不再因雾化作用而变小,雾化以后,油粒即被加热,然后蒸发。伴随着蒸发, 有些颗粒和部分油蒸气就开始热解和裂化。当空气流股和油股相接触时,就开始了混合过程。但是两个流股的混合是逐渐进行的,流股的边缘处先进行混合,流股中心处则要经过一段较长距离,空气才能与油雾混合。当某一处空气和油雾中的气体混合达到一定比例,并且温度达到着火温度时,即着火。由于混合过程较长,所以是边混合边燃烧,形成了有一定长度的火焰。沿火焰长度,平均温度是逐渐升高的,而氧气的平均浓度时逐渐降低的。

       由此可见,燃烧过程各个阶段之间是相互联系、相互制约的。在火焰中,各个阶段之间并不存在明显的界限。

       雾化应看作是燃烧的先决条件。只有雾化得很细,油颗粒的单位表面积才足够大,蒸发才能加快。但只有蒸发的快还不够,还必须使蒸发的气态产物与空气迅速混合,才能迅速燃烧。反过来,燃烧越快,产生的热量会将新鲜的油雾越快地加热,使之蒸发。宏观地说,油的雾化和油与空气的混合是取决于流体力学的条件;燃烧室内的高温主要取决于燃烧室内的热量平衡条件。这些是可以采取改变操作和结构参数的手段加以控制的。然而,有的蒸发、热解和裂化则是在燃烧室内“自发”进行的。当燃料种类、雾化颗粒度、气氛、温度等条件一定时,这些过程的速度和产物边决定了。同时,像雾化颗粒度、气氛、温度等条件也是被雾化和混合条件所决定的。总之人们控制油燃烧的手段,主要是控制雾化和混合过程,而对油的蒸发、热解、裂化等,则是通过雾化和混合过程对它们施加影响,而不去直接控制。

       所谓有的雾化,即指把燃料油破碎为极小的油颗粒的过程。在工业炉中,这一过程是通过油喷嘴的装置来实现的。雾化之后,油颗粒大小是不均匀的,一般最小颗粒直径只有几微米,大的颗粒有500μm或更大。油雾中的平均直径,各种喷嘴在不同条件下差别很大,小的在100μm以下,大的可达200~500μm。油雾的燃烧,包括油蒸汽的同相燃烧和液粒、焦粒、烟粒的异相燃烧,和气体燃料相比,其速度要慢的多。由于油雾中颗粒直径不不均匀的,其产生的焦粒和烟粒的直径也是不均匀的,大的颗粒容易产生打的烟粒和焦粒。重油油雾在燃烧室中的燃烧完全 程度和火焰长度,不仅和颗粒平均直径有关,而且还决定于颗粒的最大直径和大颗粒的含量。因此,在一定的燃烧条件下,为保证燃料的完全燃烧,所允许的平均颗粒直径和做大颗粒直径都是有限度的,特别是应当限制大颗粒的直径及其含量,因为他们是不完全燃烧的主要原因。

       油雾与空气的混合,基本上仍是两个流股的混合,混合的速度决定于流体动力学因素,这与两个气体流股(如煤气与空气流股)的混合是类似的。所以可以参考气体力学的原理,凡是有利于气体流股混合的措施均可运用到油烧嘴上以强化油雾与空气的混合。例如加大空气速度;使空气与油雾呈交角相遇;使空气成旋转气流与油雾相遇;使空气分两次与油雾相遇等。

        此外,油雾中油颗粒流量密度分布及颗粒直径对混合也有影响。只有雾化得很细,且油粒在断面上分布比较均匀,才有可能与空气很好混合。雾化与混合是互相联系的两个过程,特别是对于低压油烧嘴,由于燃烧用的空气同时又是雾化剂,所以雾化过程与混合过程是同时进行的,凡是影响雾化质量的因素同时也影响混合过程。