Изобретение парового двигателя и его последователи, страница 4

Модель хорошей печи основана на "трех Т горения": температура, турбулентность, и время.

Для каждого отдельного ископаемого топлива есть минимальная температура, известная как температура воспламенения, ниже которой это топливо в соответствующем количестве воздуха не будет гореть.

Температура воспламенения топлива в воздухе, как сообщают различные исследователи, отчасти зависит от методов, используемых для ее определения, и для некоторых общих газов выглядит следующим образом:

Водород (H2) 1075-1095 ° F

Угарный газ (GO) 1190-12150 F

Метан (CH4) 1200-13800 F

Этан (C2H6) 970-1165 ° F

Если горючие газы будут охлаждены до температуры ниже температуры воспламенения, то они не будут гореть, независимо от количества существующего кислорода. Печь поэтому должна быть достаточно большой и поддерживаться при достаточно высокой температуре, чтобы позволять горючим газам сгорать прежде, чем они будут охлаждены до температуры ниже температуры воспламенения. Другими словами, относительно прохладные поверхности теплоносителя должны быть расположены так, чтобы они не охлаждали газы печи ниже температуры воспламенения, пока не закончилось сгорание.

Турбулентность важна, если необходимо полное сгорание в печи экономичного размера. Интенсивное смешивание кислорода с горючими газами в печи увеличивает скорость горения, сокращает пламя, уменьшает заданный объем печи и уменьшает вероятность того, что горючие газы утекут из печи, не входя в контакт с кислородом, необходимым для их сгорания. Количество лишнего кислорода или воздуха, требуемого для сгорания, уменьшается вследствие эффективного смешивания. Турбулентность появляется, если в нефть, газ и размельченный угль при помощи горелок вводят топливную смесь в печь с сильным вихревым процессом. Высокоскоростной пар, или воздушные струи, и смесительные своды могут использоваться для увеличения турбулентности в печах, которые топятся на угле.

Так как сгорание происходит не мгновенно, должно быть обеспечено время для того, чтобы кислород нашел горючие газы и среагировал с ними в печи. В горячем топливе, таком как газ, нефть или размельченный уголь, поступающая топливная смесь должна быть нагрета выше температуры воспламенения радиацией от пламени или горячих стенок печи. Так как газообразное топливо состоит из молекул, оно горит очень быстро когда полностью смешано с кислородом при температуре выше температуры воспламенения. Однако, отдельные частицы размельченного угля или мелкокапельной нефти очень большие по сравнению с размером молекул, и необходимо много молекул кислорода, чтобы сжечь одну частицу угля или каплю нефти. Время требуется также для распространения молекул кислорода через слой инертных продуктов сгорания, которые окружают частично сожженную частицу топлива, и реагирования с несожженным топливом. Следовательно, нефть и размельченный уголь горят с более длинным пламенем, чем газообразное топливо.

Поэтому топочное пространство печи зависит от вида сожженного топлива, метода горения топлива, количества избыточного воздуха в печи и эффективности турбулентности печи. Форма печи зависит от вида сожженного топлива, оборудования, используемого для сжигания топлива, и типа котла, используемого для поглощения энергию, если топливо сжигается для производства пара.

Индустриальные печи, цель которых в том, чтобы создать и поддержать область высокой температуры, и печи маленьких паровых котлов сооружаются из огнеупорного кирпича, кирпича, который был усовершенствован, чтобы противостоять высоким температурам без смягчения, сопротивляться эрозийным эффектам атмосфер печи и частицам пепла, и препятствовать расслаиванию во время колебания температур. Низкие вертикальные стены могут быть построены из огнеупорного кирпича традиционным способом. Высокие стены, которые подвергаются значительному расширению, могут быть соединены и выборочно поддержаны внешней стальной конструкцией. Когда печь функционирует печь высокой мощности, температура может быть достаточно высокой, чтобы растворить или расплавить пепел, который несут в подвесной системе дымовые газы. Расплавленный пепел химически реагирует с огнеупорным кирпичом, с которым он входит в контакт, и разрушает его. Кроме того, если частицы пепла не будут охлаждены ниже температуры, при которой они становятся пластмассовыми или липкими прежде, чем они будут внесены в конвективный трубный пучок котла, то они будут прилипать к поверхности, затруднять проход газов и вызывать остановку работы котла. Кроме того назначение котла - производить пар, и наиболее эффективная поверхность теплопередачи та, которая может "видеть" высокотемпературное пламя и поглотить энергию излучения. Коэффициент поглощения тепла, выраженный в БТЕ в час на квадратный фут спроектированной области стенки, может быть от в 1000 до 10,000 раз больше, чем уровень теплопередачи на поверхности котла, с которой продукты сгорания контактируют прежде, чем высвобождаются из дымохода. Поэтому стенки печей для больших паровых котлов сооружаются из трубок котла.

ЦИКЛОННАЯ ТОПКА (ДРОБЛЕНЫЙ УГОЛЬ)

Циклонная топка - охлажденный водой горизонтальный цилиндр (5 - 10 футов в диаметре), в который вводится уголь.