收稿日期:2000-05-26作者简介:曹源泉(1938-),男,1965年本科毕业于浙江大学电厂热能动力装置专业,现为浙江大学教授。讲座燃油锅炉讲座(二)曹源泉(浙江大学能源系,浙江杭州310027)中图分类号:TK229.7文献标识码:A文章编号:1004-3950(2000)05-0060-03LecturesontheOilBoiler(Ⅱ)CAOYuan2quan(DepartmentofEnergy,ZhejiangUniversity,HangzhouZhejiang310027,China)3油与油雾的燃烧及条件311油的着火与燃烧在介绍燃料油的某些特性时,已提到组成石油的各种碳氢化合物具有不同的沸点。燃料油的不同品种,如汽油、煤油、轻柴油、重柴油等,就是石油在不同沸点范围的馏分。反映油的着火性能的参数有闪点、燃点、自燃温度与着火温度。油的沸点越低,其闪点也越低。压力升高,其闪点也升高。油的燃点高于闪点。例如,某种原油的闪点为39℃,其燃点为54℃;某种重油的闪点是222℃,其燃点为282℃。原油的自燃温度为380℃～530℃,其着火温度为400～450℃;重油的自燃温度为300～350℃,其着火温度为500～600℃。重油的自燃温度比轻质油低。燃料油的沸点总是低于它的着火温度,要使燃料油着火,首先必须使其温度升到沸点,即必须先将液态油气化成“气态”。因此,燃料油总是要先“雾化”进而再着火燃烧。可见,直接与氧(O2)发生强烈化学反应的不是液体状态的“油”,而是“油气”,这是燃料油燃烧的一个共同特点。所以,在锅炉中燃油时,总是将燃料油先雾化成细滴然后再燃烧。312油滴的燃烧燃料油经燃烧器喷咀雾化成非常细小的油滴进入炉内后,被炉内的高温烟气所加热并蒸发。蒸发的油气与周围介质中的氧(O2)相遇发生燃烧反应,形成火焰。燃烧产生的热量有一部分由火焰传给油滴,使油滴不断蒸发成油气,油气不断向外扩散,不断燃烧放热。油滴燃烬的时间(τ)与它的直径(d0)的平方成正比,与燃烧速度常数(k)成反比,即:τ=d20k假定喷咀喷出的油滴平均直径d0=0.2mm,而最大油滴直径d0=1mm,取燃烧速度常数k=1mm2/s,则对于平均直径的油滴,其燃烬时间为τ=0.221=0.04s;而对于最大油滴,其燃烬时间则需要τ=121=1s。可见,最大油滴直径比平均直径油滴直径大5倍。而它的燃烬时间却要大25倍。由此可知,油的雾化质量对燃烧有重要影响。1kg重油雾化成d0=30μm的油雾的总表面积是其成单一球形存在时表面积的4000倍以上,可见喷咀雾化对增加油的反应表面积起了多大的作用。油滴燃烧如图1所示,自中心向外依次为油滴、油蒸发区、燃烧区和外层空气区等。在油滴表面上,油蒸气浓度最大,随着油蒸气向外扩散,浓度不断下降;而氧气浓度变化正与此相反。在氧气充足的条件下,油滴的蒸发、扩散、燃烧过程能迅速进行,直至全部燃烬为止。313油雾化燃烧的条件上面讲了油滴的燃烧,实际上并不是所有雾化油滴均能完全蒸发和燃烬。由喷咀喷出的是由千千万万颗油滴密集而成的油雾炬,在炉内高温条件下,总会在某些地方由于氧不足而使油蒸气?06?能源工程2000年第5期EnergyEngineeringNo.520001-油滴;2-油蒸气区;3-燃烧区;4-外层空气区;5-油蒸气浓度;6-氧气浓度;7-温度图1油滴的燃烧分解生成炭黑;而在另一些地方又会出现空气过剩。油的燃烧过程实质上是油的蒸发和油气与空气混合的过程。因此,强化燃油雾化燃烧的措施,主要有:(1)提高油的雾化质量油的雾化质量主要有三个指标:雾化细度、雾化角和流量密度。雾化细度是指雾化油滴的粒径大小,要求油滴粒径细小而且均匀。雾化角是指雾化炬投影面两切线的夹角。雾化角的大小决定于喷咀出口处切向速度与轴向速度之比。雾化角的大小与合理配风关系很大。流量密度指单位时间内流过单位面积的油量。要求雾化器出口流量密度沿圆周方向分布均匀,以利均匀配风和油气混合。(2)提高油滴与空气的相对速度,增强油气与空气的混合运行实践表明,提高油燃烧器出口空气速度,增大油雾与空气之间的相对速度,使紊流扰动强烈,混合得到强化;同时,也有利于粗油滴受较高气速的冲击而进一步细化,有利于蒸发和燃烬。31