Сжигание жидкого топлива

Как было сказано уже ранее жидкое топливо содержит в себе больше летучих частей, чем твердое, вследствие чего зажигается легче и горит свободнее, однако же полнота горения при жидком топливе достигается труднее, чем при твердом; главным препятствием для достижения полноты горения является неразрывность массы жидкого топлива, вследствие чего начавшееся в какой-либо части топлива горение быстро распространяется по всей открытой поверхности его, при чем свободный приток воздуха к топливу крайне затрудняется обволакивающими поверхность его продуктами горения; при таких условиях более полное горение топлива может происходить лишь у краев сосуда, в котором оно налито, у средины же сосуда достаточное перемешивание воздуха с продуктами горения не достигается и горение получается не полное и сопровождается выделением большого количества сажи. Для того, чтобы получить полноту горения, необходимо привести воздух в более тесное соприкосновение со всеми частицами горящего топлива, что и достигается в большей или меньшей мере при помощи описываемых ниже приборов.

Из всех жидких сортов топлива лишь мазут (нефтяные остатки) может в настоящее время конкурировать с твердыми сортами топлива в экономическом отношении, остальные же слишком дороги и не имеют практического применения; в виду этого ниже приведено описание лишь приборов, назначенных для сжигания мазута, при чем само собою разумеется, что такие приборы могут быть применены и для сжигания нефти, которая содержит в себе больше летучих частей, нежели мазут, и потому горит еще лучше его.

Приборы, предлагавшиеся для сжигания мазута, можно разбить на три главные группы:

1) Приборы, в которых мазут разбивается на мелкие частицы при помощи пропитывания им пористых тел, на поверхности которых и происходит горение его.

2) Приборы, при которых мазут сжигается на плоских сковородках или желобках.

 3) Приборы, при помощи которых мазут превращается предварительно в пылеобразное состояние и в этом уже виде сжигается.

Первого рода приборы с пористыми телами (песок, пемза, пористый известняк), играющими роль светилен, оказались на практике не удовлетворительными, главным образом потому, что пористые тела впитывают мазут достаточно хорошо лишь в первое время действия, а затем быстро засоряются густыми частями мазута и продуктами неполного горения, после чего впитывание почти прекращается.

рисунок 18

Наиболее характерными типами приборов второй группы, давшими более удовлетворительные результаты, можно считать приборы Баскакова, Рождественского и Ревенского.

Топливник с прибором Баскакова показан на черт. 18; здесь А-выдвижная чугунная сковородка, на которую наливается мазут для сжигания; над сковородкой устроен сводик Б из огне-упорного кирпича, с отверстием В в передней его части, через которое продукты горения поступают в раскаленную камеру топливника Г, где собственно и происходит окончательное сгорание их. Мазут, налитый в резервуар Д, равномерно выпускается из него краном а, а затем через воронку Е попадает на сковородку в одинаковом за все время горения количестве, что необходимо для равномерного горения; для поддержания равномерности вытекания нефти из резервуара, последний герметически закрывается сверху пробкой К, сквозь которую проходит воздушная трубка б, заканчивающаяся вблизи дна резервуара; количество вытекающего мазута регулируется краном а. Воздух, необходимый для горения, поступает в четырех местах: через щель е за сковородкой, через прорезы в передней части сковородки и через каналы р и о, оставленные в кладке топливника; во всех местах впуска воздуха устанавливаются чугунные дырчатые решетки, разбивающие вводимый воздух на мелкие струйки.

Растопка производится зажженными щепками, положенными на сковородку и, когда последняя достаточно согреется, открывают кран и напускают мазут; горение его на сковородке производится за счет воздуха, поступающего в недостаточном для полного горения количестве через щель сзади сковородки и через прорезы спереди её , образовавшиеся же при этом продукты неполного горения поступают затем в раскаленную камеру Г, где, встречаясь с воздухом, впускаемым с двух сторон через каналы р и о, перемешиваются с ним и окончательно перегорают; каналы р и о устраиваются в толще стенок топливника и воздух, проходя по ним, предварительно подогревается, почему впуск его в камеру Г почти не способствует понижению температуры в камере, где обязательно должна поддерживаться высокая температура достаточная для горения.

Приборы Баскакова, испытанные в больших топливниках с продолжительною топкой, как это бывает при паровых и водогрейных котлах, дали очень хорошие результаты, при чем горение получалось почти полное и бездымное; в этих случаях стенки и сводики камеры легко могли поддерживаться раскаленными, что и способствует поддержанию в камере необходимой высокой температуры, но при печах, топка которых непродолжительна (от 2 до 8 час.), эти стенки и сводики за время промежутка между топками сильно охлаждаются, а при таких условиях горение в топке Баскакова не может происходить достаточно полно и сопровождается обыкновенно значительным выделением сажи; поэтому для топки печей прибор Баскакова менее применим.

На черт. 19 показан прибор Рождественского и Калашникова, в котором мазут сгорает, имея очень развитую поверхность соприкасания с воздухом; горелка этого прибора состоит из нескольких пустых внутри усеченных конусов А, А, установленных один над другим на некотором расстоянии и таким образом, что основания конусов попеременно обращены вверх и вниз; нижний конус опирается на закраины кольцевой тарелки В, устанавливаемой на ножках в топливнике печи; внутри конусов проходит наконечник С, соединяющийся с трубкой, по которой притекает мазут, при чем количество последнего регулируется краном на трубке В; наконечник заканчивается медным колпачком К, при чем между ними остается узкая кольцевая щель, через которую и вытекает мазут. 

рисунок 19

Растопка производится мелкими лучинами или тряпкою, положенными на кольцевую тарелку, когда же огонь охватит весь прибор, открывают кран для напуска мазута; последний перетекает с одного конуса на другой, сгорая на поверхности их, остатки же его догорают на кольцевой тарелке. Применение ряда конусов дает возможность значительно увеличить поверхность соприкасание мазута с воздухом, что и способствует усилению горения; количество притекающего-воздуха регулируется большим или меньшим наклоном топочной дверцы L. К недостаткам этого прибора следует отнести неравномерное сжигание мазута в разных частях прибора, так как здесь горение будет происходить наиболее интенсивно в верхних конусах, где из мазута выделяются более летучие части, по мере же стекания вниз густота мазута увеличивается, вследствие чего может начинаться образование кокса, затрудняющего свободный сток мазута; кроме того при указанном на чертеже способе впуска воздуха в топливник, часть воздуха, не участвуя в горении, уходит непосредственно в дымовую трубу, излишне охлаждая продукты горения и способствуя образованию сажи.

На черт. 20 показан еще один прибор для сжигания текущего мазута, изобретенный инженером Ревенским и названный им ,,улиткой“; здесь мазут из резервуара А попадает на желоб Б, а отсюда переливается на спиралеобразный желоб В, на котором собственно и происходит сгорание его; не сгоревший здесь мазут переливается на ряд чугунных тарелок Д, где и догорает; спиральный желоб окружен чугунным цилиндром 0, вверху сообщающимся с дымооборотом печи, а внизу имеющим ряд прорезов для разбивания подводимого для горения воздуха на мелкие струи, вследствие чего происходит более полное перемешивание его с продуктами горения; количество вводимого воздуха регулируется дверцею Е, при чем весь вводимый воздух проходит между спиралями и участвует в горении. В приборе Ревенского горение получается довольно полное и образование кокса не замечается, но, при применении его в печах, получается выделение довольно значительного количества сажи.

Выделение сажи при сжигании мазута в топливниках печей замечается, впрочем, при всех приборах, предложенных для этой цели и этот недостаток зависит не столько от прибора, сколько от конструкции печей и от свойств жидкого топлива; последнее богато летучими частями и горит с очень длинным пламенем, почему горение его не может закончиться в пределах топливника печи, имеющего сравнительно небольшие размеры; горение неизбежно переходит в дымообороты, где нет уже благоприятных для горения условий, так как температура здесь ниже необходимой для горения, и это обстоятельство способствует тому, что не перегоревшие продукты, попавшие в дымообороты, дают большое количество сажи.

Устранить этот недостаток возможно только более усиленным раскаливанием стенок дымооборотов, что не допустимо в печах, или же пропусканием не перегоревших продуктов чрез какие-либо сильно раскаленные материалы, помещенные внутри дымооборотов.

рисунок 20

Наилучшие результаты сжигания мазута получаются при применении приборов третьей группы, при помощи которых мазут превращается в мельчайшую пыль, легко перемешивающуюся с воздухом, что дает возможность достигнуть почти полного сгорания мазута. Такая пульверизация мазута достигается при посредстве пара, раздробляющего мазут на мельчайшие частицы, или же при выбрасывании мазута под большим давлением через узкие отверстия.

Приборы, применяющиеся для этой цели, называются форсунками и отличаются чрезвычайным разнообразием, а некоторые чрезвычайною сложностью; здесь будут указаны лишь наиболее типичные из них.

Одна из первоначальных паровых форсунок (Шпаковского) показана на черт. 21; она состоит из двух заканчивающихся суженными отверстиями трубок а и б, вставленных одна в другую; по внутренней трубке притекает мазут, по наружной же пар; последний, выходя с большою скоростью из кольцевого пространства между трубками, подхватывает мазут и, увлекая за собою, разбрызгивает его; необходимый для горения воздух поступает через ряд отверстий в цилиндре 0, приделанном к концу наружной трубки б, и при помощи того же пара перемешивается с пульверизированным мазутом; количество пара и мазута регулируется кранами К. Пламя при форсунке Шпаковского получается метлообразное, при чем горение происходит преимущественно на наружной поверхности этой метлы, попавшие же внутрь метлы частицы мазута не вполне перегорают.

рисунок 21

Большой простотой отличается паровая форсунка Бенкстона, показанная на черт. 22; она состоит из трубки, разделенной горизонтальной перегородкой на две части верхнюю а, по которой притекает мазут, и нижнюю о, по которой поступает пар; расширенный наконечник форсунки сплющен в конце таким образом, что для выхода мазута и пара получаются узкие щели, величина которых регулируется задвижками е; в плане наконечник имеет форму, расширяющуюся к выходу, вследствие чего пламя имеет веерообразную плоскую форму и горение получается полнее, нежели у Шпаковского; для регулирования количеством пара и мазута служат краны, установленные на приводных трубках.

Кроме этих форсунок существует еще множество других более сложных паровых форсунок; не останавливаясь на описании их, укажу лишь, что форсунки эти дают возможность сжигать мазут почти вполне, без остатка. К недостаткам паровых форсунок следует отнести во-первых весьма значительный шум, производимый паром при выходе из узкого отверстия форсунки, а во-вторых некоторое влияние пара, применяемого при пульверизации, на изнашиваемость стенок паровых и водогрейных котлов.

рисунок 22

Во второй группе форсунок, распространяющихся в последнее время, ввод пара в топливник устранен и пульверизация мазута достигается тем, что он под большим давлением выбрасывается через узкий наконечник форсунки; шум, получающийся при этом, незначителен.