文档介绍：第六章液体燃料的燃烧
一、液体燃料燃烧的特点
液体燃料的沸点低于着火温度,先蒸发后燃烧,总是燃烧其蒸气。
•燃烧过程分为三步:
–蒸发:较慢;
–混合:油蒸汽与氧相互扩散,较快;
–燃烧:燃烧速度高,油燃烧速度取决于最慢的蒸发速度。
•液体燃烧不同于固体燃烧的异相化学反应,只能在表面蒸发,并在离液滴表面一定距离的火焰面上燃烧,液体表面无火焰,内部无火焰
•液体燃料的燃烧不同于气体燃料的均相扩散燃烧:液体燃料在和空气混合前存在蒸发气化过程,油滴在蒸发气化过程中如果处于高温缺氧状态,将发生热裂解:
缺氧
二、燃烧方式
根据液体燃料在着火燃烧前发生蒸发与气化的特点,将其燃烧分为:
1、液面燃烧
液体表面有热源或火源,使液体表面蒸发,当燃料蒸气与周围空气形成一定浓度的卡然混合气,并达到着火温度时,便可发生液面燃烧。如果燃料蒸气与空气混合不良,则将导致燃料严重裂解,其中的重成分不发生燃烧反应,会产生大量黑烟严重污染环境。例如油罐火灾、海面浮油火灾等。
2、灯芯燃烧
利用灯芯将燃油抽吸出来,在灯芯表面生成油蒸气,油蒸气和空气混合发生燃烧。如煤油炉、煤油灯等。
3、预蒸发型燃烧
燃料进入燃烧空间之前蒸发为油蒸气,以不同比例与空气混合后进入燃烧室中燃烧。燃烧方式与气体燃料燃烧原理相同。适合于黏度、沸点不高的轻质液体燃料。例如:汽油机装有汽化器,燃气轮机装有蒸发管。
4、喷雾型燃烧
把液体燃料通过喷雾器雾化成一股由微小油滴组成的雾化锥气流,在雾化的油滴周围存在空气,当雾化锥气流在燃烧室被加热,油滴边蒸发,边混合,边燃烧。动力行业多采用此种燃烧方式,是工程实际中主要的液体燃料燃烧方式。
三、液体燃料的喷雾燃烧
油的雾化
油滴的蒸发
油滴的燃烧过程
1、油的雾化
用雾化器将燃油分裂成许多微小而分散的油滴,以增加燃油单位质量的表面积,使其能和周围空间的氧化剂更好地进行混合,在空间达到迅速和完全的燃烧。雾化的方法可分为机械式雾化和介质式雾化。
燃油雾化过程可简单地描述成:燃油从喷嘴喷出时形成油流,由于初始湍流状态和空气对油流的作用,使油流表面发生波动,在外力作用下,油流开始变为薄膜并被碎裂成细油滴。
已分裂出的油滴在气体介质中还会继续再分裂。油滴在飞行过程中,受外力(油压形成的推进力、空气阻力和重力)和内力(内摩擦力和表面张力)作用,只要外力大于内力,油滴便会产生分裂。直到最后内力和外力达到平衡,油粒不再破碎。
(1)雾化过程
(2)雾化方法
机械式雾化
燃油在高压下通过雾化片的特殊机械结构将燃油雾化,通过喷油嘴喷出。按该原理工作的雾化器有:直流式、离心式和转杯式
雾化后的油滴直径随雾化器内油压的增大而减小
介质式雾化
靠附加的雾化介质(蒸气或压缩空气)的能量来雾化的。根据其压力的不同,分为高压雾化(1x105Pa以上)、中压雾化(1x104~1x105Pa)和低压雾化(3x103~1x104Pa) 。
(3)提高雾化质量的途径
保证燃油的喷射压力。压力越高,雾化油滴越细;
降低燃油的粘性和表面张力。如对重油进行预热处理;
提高油滴对空气的相对速度;
增强油流本身的湍流扰动;
减小雾化喷嘴直径,油膜薄,雾化好;
增大雾化喷嘴旋转强度,油膜薄,雾化好。
(4)燃油雾化质量指标
雾化颗粒平均粒径:为保证燃烧的迅速与完全,雾化细度愈细愈好,但为了燃烧的完全与稳定又不宜过细;
雾化角:雾化角即油雾炬的张角,宜控制在60~100°;
雾化均匀度:油滴粗细差别越小,雾化均匀度越高,机械雾化器为2~4;
流量密度:单位时间内通过垂直于燃油喷射方向的单位横截面上的燃油体积。分布越均匀越有利于燃烧;
油雾射程:水平喷射时油粒降落前在轴线方向移动的距离。一定程度上可以反映火焰的长度。
2、油滴的蒸发
油滴的蒸发是一个很复杂的问题,油滴群的蒸发由于涉及到油滴间的影响就更复杂。在蒸发过程中,油滴直径、油滴相对于气流的运动速度、换热系数、油滴温度与其相应的饱和蒸气压力、油滴表面与周围气体间的温差、油气扩散条件以及其他因素都同时在发生变化。
3、油雾的燃烧过程
燃烧过程大致分为图示几个阶段,但各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。