ПЕЧЕЙ И ТОПОК ТЕХНОЛОГИЯ

применение науки о горении к сжиганию топлив в промышленных условиях. Профессиональные навыки инженера-теплотехника требуются в различных практических применениях, начиная от домашних печей и автомобильных двигателей и кончая огромными тепловыми электростанциями на ископаемых органических топливах, которые покрывают основную часть мировой потребности в электроэнергии. Технология печей и топок тесно связана с химией горения топлив, газодинамикой и процессами теплопередачи, а также принципами конструирования тепловых машин. Задачи, стоящие перед инженером-теплотехником. Инженер-теплотехник занимается общей проблемой сжигания того или иного конкретного топлива в каком-либо конкретном топочном устройстве. Это топочное устройство может быть промышленной печью, цилиндром автомобильного двигателя либо камерой сгорания ракетного двигателя. Факторы, которые приходится учитывать или рассчитывать инженеру-теплотехнику в своей работе, включают свойства топлива, его хранение, подготовку к сжиганию и подачу; расход подаваемого воздуха; насосы, воздуходувки, вентиляторы и дымовые трубы; давление подачи топлива, воздуха и продуктов сгорания в печи; температуры печи и газов; конструкцию и рабочие характеристики печи и топочного устройства; параметры пламени; высвобождающееся тепло; свойства конструкционных материалов при высоких температурах; тип и параметры системы автоматического управления процессом; защитные устройства и обеспечение требуемой производительности агрегата.
Расход подаваемого воздуха. Для организации эффективного процесса сжигания топлива нужно знать количество воздуха, необходимое для его сгорания, т.е. для полного окисления содержащихся в нем углерода и водорода. Количество воздуха (окислителя), необходимое для полного сгорания топлива, определяемое теорией горения, называется стехиометрическим. Например, согласно стехиометрии для полного сгорания 1 кг топочного мазута требуется 11,8 м3 воздуха при атмосферном давлении. Если подать меньше воздуха, то сгорание будет неполным. На практике в топку обычно подают избыток воздуха, чтобы обеспечить полное сгорание.
Потоки топлива, жидкостей и газов. Проблемы течения жидкостей, газов и сыпучих тел первостепенно важны в теплотехнике. Оптимальные расходы топлива, воздуха, теплоносителя и охладителя должны поддерживаться во всех процессах горения и теплопередачи. Для решения этих проблем инженер-теплотехник конструирует горелки и топочные устройства, дымовые трубы и теплообменники и использует насосы, воздуходувки и вентиляторы. Поддержание нужных параметров жидкостных и газовых потоков - одна из его особых забот.
Теплопередача. Перенос тепловой энергии в топочных устройствах и печах происходит посредством излучения, теплопроводности и конвекции (см. также ТЕПЛОТА). Чтобы приносить максимальную пользу, эта энергия должна передаваться с минимальными потерями; кроме того, надо не допускать перегрева устройств, чтобы не вызвать повреждения горелок, стенок топок, труб котлов и прочего теплотехнического оборудования.
Конструирование. Инженер-теплотехник конструирует печи, котлы, горелки, теплообменники и уловители продуктов сгорания. Помимо конструирования тепловых машин и агрегатов, он должен знать строительное дело и материаловедение.
Топочные устройства. Многие типы топочных устройств и камер сгорания используются в промышленности. Например, в мартеновских печах предусмотрены обширные теплонапряженные зоны для расплавления чугуна и стального лома. Для придания материалам нужных свойств можно использовать обжиговые печи при наличии прямого контакта с пламенем или без него; они применяются в производстве таких изделий, как стекло, кирпич и керамика. В топках котлов сжигаются твердые, жидкие и газообразные топлива для нагрева и испарения воды в паровых котлах с разнообразными целями, например для обогрева помещений и производства электроэнергии. В камерах сгорания двигателей, например, турбореактивных самолетов, при сгорании топлива в атмосферном воздухе непосредственно образуется горячее газообразное рабочее тело двигателя. Этот процесс также используется в ракетных двигателях, где горячие продукты сгорания горючего и окислителя, запасенных на борту ракеты, истекают из сопла, создавая тягу.
Топлива. Твердые топлива, например уголь, сжигаются в форме крупных кусков на решетках или измельчаются перед сжиганием в пыль - это зависит от их конкретного применения. Неизмельченный каменный уголь может вначале подвергаться частичному окислению с образованием горючих газов, которые затем сжигаются после смешивания с вторичным воздухом. Оптимальный избыток вторичного воздуха в этом случае составляет 25% или более. Измельченный уголь, с другой стороны, часто вводится в топочное устройство сразу с таким количеством воздуха, которое обеспечивает эффективное сжигание. Топочный мазут и природный газ широко используются в промышленных печах. При подаче в топку мазут и другие жидкие топлива обычно распыляются под давлением. Газообразные топлива могут смешиваться с воздухом как перед введением в камеру сгорания, так и после него в зависимости от свойств топлива и того, как организуется процесс горения.
Экономия энергии и борьба с загрязнением. Одна из главных забот современного инженера-теплотехника - эффективное использование топлива и защита окружающей среды. В связи с удорожанием нефти и природного газа назрела необходимость использовать в процессах сжигания вместо них, если это возможно, более распространенный в земной коре уголь. Переход от сжигания нефти или газа на сжигание угля - трудная для инженера-теплотехника задача. Он должен также заботиться о том, чтобы природные топливные ресурсы не растрачивались впустую из-за неполного сгорания топлива или потерь тепла. Побочные продукты горения также являются предметом заботы инженеров. В теплоэнергетике приходится идти на значительные затраты энергии и средств, чтобы уменьшить вредные выбросы из печей с помощью огромных пылеуловителей с фильтрами и электростатических осадителей. См. также
КОТЕЛ ПАРОВОЙ;
ТОПЛИВО;
РАКЕТА.
ЛИТЕРАТУРА
Хазмалян Д.М. Теория горения и топочные устройства. М., 1976 Делягин Г.Н. и др. Теплогенерирующие установки. М., 1986