Особенности горения жидкого топлива

Основным жидким топливом, используемым в настоящее время, является мазут. В установках небольшой мощности используется также печное топливо, представляющее собой смесь технического керосина со смолами. Наибольшее практическое применение имеет метод сжигания жидкого топлива в распыленном состоянии. Распыление топлива позволяет значительно ускорить его сгорание и получить высокие тепловые напряжения объемов топочных камер вследствие увеличения площади поверхности контакта топлива с окислителем.

Температура кипения жидких топлив всегда ниже температуры их самовоспламенения, т. е. той минимальной температуры среды, начиная с которой топливо воспламеняется и затем горит без постороннего теплового источника. Эта температура выше, чем температура воспламенения, при которой топливо горит только в присутствии постороннего источника зажигания (искры, раскаленной спирали и т. п.). Из-за этого при наличии окислителя горение жидких топлив возможно лишь в парообразном состоянии. Это обстоятельство является главным для понимания механизма процесса горения жидкого топлива.

Процесс сжигания жидкого топлива включает следующие этапы: 1 - пульверизации (распыливания) при по­мощи форсунок; 2 - испарения и тер­мического разложения топ­лива; 3 - смешения полученных продук­тов с воздухом; 4 - воспламенения смеси; 5 - собст­венно горения.

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).

Капля жидкого топлива, попавшая в нагретый объем, температура которого выше температуры самовоспламенения, начинает частично испаряться. Пары топлива смешиваются с воздухом, и образуется паровоздушная смесь. Воспламенение происходит в тот момент, когда концентрация паров в смеси достигнет величины, превышающей ее значение на нижнем концентрационном пределе воспламенения. Горение затем поддерживается самопроизвольно за счет теплоты, получаемой каплей от сжигания горючей смеси. Начиная с момента воспламенения скорость процесса испарения, возрастает, так как температура горения горючей паро-воздушной смеси значительно превышает начальную температуру объема, куда вводится распыленное топливо.

Таким образом, горение жидкого топлива характеризуется двумя взаимосвязанными процессами: испарением топлива вследствие выделения теплоты от горящей паро-воздушной смеси и собственно горением этой смеси около поверхности капли. Гомогенное горение паро-воздушной смеси - это химический процесс, а процесс испарения является по своей природе физическим. Результирующая скорость и время горения жидкого топлива будут определяться интенсивностью протекания физического или химического процесса.

При сжигании жидкого топлива факел состоит из трех фаз: 1 - жид­кой; 2 - твер­дой (дисперсный углерод от разложения жидких углеводоро­дов); 3 - га­зообраз­ной.

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. Высокомолекулярные углеводородные газы, разлагаясь при вы­соких тем­пературах на простые соединения, выделяют сажис-тый углерод, раз­меры час­тичек которого очень малы (~ 0,3 мкм). Эти частицы, раскаляясь, обеспечивают свечение пла­мени. Можно снизить светимость пла­мени тяжелых углеводо­родов. Для этого следует осуществить частичное пред­вари­тель­ное смешение, т. е. подать в форсунку некоторое количество воз­духа. Кис­лород изменяет характер разложения органических молекул: углерод выде­ля­ется не в твердом виде, а в виде окиси углерода, горящей сине­ватым прозрач­ным пламенем.

Если скорость сгорания образующихся паров значительно превышает скорость испарения топлива, то за скорость горения принимают скорость испарения и тогда τ _гор = τ _физ + τ _хим.

В противном случае, когда скорость химического взаимодействия паров с окислителем значительно ниже скорости испарения топлива, интенсивность процесса сжигания будет целиком зависеть от скорости протекания химических реакций горения паро-воздушной смеси и испарение капли - наиболее длительная стадия горения жидкого топлива. Поэтому для успешного и экономичного сжигания жидкого топлива необходимо увеличивать дисперсность распыления.