Загальна характеристика процесів горіння. Велика енциклопедія нафти і газу

Горінням називається процес взаємодії палива з окислювачем, що супроводжується виділенням тепла, а іноді і світла. Роль окислювача в переважній більшості випадків виконує кисень повітря. Будь-яке горіння передбачає насамперед тісний контакт між молекулами палива і окислювача. Тому, щоб відбувалося горіння, необхідно забезпечити цей контакт, т. Е. Необхідно змішати паливо з повітрям. Отже, процес горіння складається з двох стадій: 1) змішання палива з повітрям; 2) горіння палива. Під час протікання другої стадії відбуваються спочатку займання, а потім вже і горіння палива,

У процесі горіння утворюється полум'я, в якому протікають реакції горіння складових палива і виділяється тепло, В техніці при спалюванні газоподібного, рідкого і твердого пилоподібного палив застосовують так званий факельний метод спалювання. Факел - це окремий випадок полум'я, коли паливо і повітря надходять в робочий простір печі у вигляді струменів, які поступово перемішуються одна з одною. Тому форма і довжина факела зазвичай цілком певні.

При найбільш поширеному в металургії і машинобудуванні факельній спалюванні палива аеродинамічну основу процесу складають струменеві течії, дослідження яких заснована на застосуванні положень теорії вільної турбулентності до різних випадків. Оскільки при факельній спалюванні характер руху струменів може бути ламінарним і турбулентним, в процесах змішування велика роль належить молекулярної і турбулентної дифузії. На практиці при створенні пристроїв для спалювання палива (пальників, форсунок) застосовують різні конструктивні прийоми (направляють струменя під кутом один до одного, створюють закручування струменів і ін.) З тим, щоб організувати змішання так, як це необхідно для конкретного випадку спалювання палива.

Розрізняють гомогенний і гетерогенний горіння. При гомогенному горінні тепло-і масообмін протікають між тілами, що знаходяться в однаковому агрегатному стані. Гомогенне горіння відбувається в обсязі і властиво газоподібного палива.

При гетерогенному горінні тепло-і масообмін відбуваються між тілами, що знаходяться в різних агрегатних станах (в стані обміну знаходяться газ і поверхню частинок палива). Таке горіння властиво рідкому і твердому палив. Правда, при горінні рідкого і твердого палива завдяки випаровуванню крапель і виділенню летючих є елементи і гомогенного горіння. Однак при гетерогенному процесі в основному йде горіння з поверхні.

Гомогенне горіння може протікати в кінетичної і дифузійної областях.

При кінетичному горінні повне перемішування палива з повітрям здійснюють попередньо, і в зону горіння подають заздалегідь підготовлену паливо-повітряну суміш. В цьому випадку основну роль грають хімічні процеси, Пов'язані з протіканням реакцій окислення палива. При дифузійному гомогенному горінні процеси змішання і горіння не розділені і здійснюються практично одночасно. В цьому випадку процес горіння визначається перемішуванням, так як час змішування набагато більше часу, необхідного для протікання хімічної реакції. Таким чином, повний час протікання процесу горіння складається з часу утворення суміші (τ см) і часу власне хімічної реакції (τ х), т. Е.

При кінетичному горінні, коли суміш приготовлена \u200b\u200bпредвари

При дифузійному горінні, навпаки, час змішування незмірно більше часу протікання хімічної реакції

При гетерогенному горінні твердого палива також розрізняють кінетичну і дифузійну області реагування. Кінетична область виникає в тому випадку, коли швидкість дифузії в порах палива значно перевершує швидкість хімічної реакції; диффузионная область виникає при зворотному співвідношенні швидкостей дифузії і горіння.

З точки зору сумішоутворення, здійснюваного за допомогою газопальниковими пристроїв, організація процесів спалювання палива в повітряному потоці може бути здійснена на основі трьох принципів: дифузійного, кінетичного і змішаного.

виникнення полум'я

Виникнення полум'я (запалення палива) може відбутися тільки після того, як буде досягнуто необхідного контакт молекул палива і окислювача. Будь-яка реакція окислення протікає з виділенням тепла. Спочатку реакція окислення йде повільно з виділенням малої кількості тепла. Однак виділяється тепло сприяє підвищенню температури і прискорення реакції, що в свою чергу призводить до більш енергійному виділенню тепла, яке знову-таки сприятливо впливає на розвиток реакції. Таким чином, відбувається поступове наростання швидкості реакції до моменту займання, після чого реакція йде з дуже великою швидкістю і носить лавинний характер. У реакціях окислення нерозривно пов'язані один з одним механізм хімічної реакції і теплові характеристики процесу окислення. Первинним фактором є хімічна реакція і вторинним - виділення тепла. Обидва ці явища тісно пов'язані між собою і впливають один на одного.

Встановлено, що займання можливо як в ізотермічних умовах, так і при підвищенні температури. У першому випадку відбувається так зване ланцюгове займання, при якому швидкість реакції наростає в результаті збільшення числа активних центрів, що виникають тільки в результаті хімічної взаємодії. Найчастіше займання відбувається в неізотермічних умовах, коли збільшення числа активних центрів відбувається в результаті як хімічної взаємодії, так і термічного впливу. В практичних умовах зазвичай вдаються до штучного підпалювання палива, вводячи в зону горіння певну кількість тепла, що призводить до різкого прискорення моменту досягнення займання.

Температура займання не є фізико-хімічної константою, яка визначається тільки властивостями суміші; вона визначається умовами протікання процесу, т. е. характером теплообміну з навколишнім середовищем (температурою, формою судини і ін.).

Температури займання різних палив наведені в таблиці 5.

Таблиця. 5 - Температури займання в повітрі при атмо-

сферними тиску.

Крім температури, великий вплив на процес запалювання палива надає концентрація горючої складової в суміші, Існують такі мінімальна і максимальна концентрації горючої складової, нижче і вище яких вимушене займання статися не може. Такі граничні концентрації називаються нижніми і верхніми концентраційними межами запалення; значення їх для деяких газів наведені в таблиці 6.

Таблиця 6 - Межі займання в повітряних і кисневих сумішах при атмосферному тиску і температурі 20 о С

Щоб встановити межі займання промислових газів, які є сумішшю різних горючих компонентів, користуються правилом Ле-Шательє, за яким

Основними умовами горіння є: наявність горючої речовини, надходження окислювача в зону хімічних реакцій і безперервне виділення тепла, необхідного для підтримки горіння.

зона горіння

Зона теплового впливу

зона задимлення простір примикає до зони горіння в Нея неможливо прибування людей без захисту органів дихання

А - початкова стадія пожежі - від виникнення неконтрольованого локального вогнища горіння до повного охоплення приміщення полум'ям. Середня температура в приміщенні має невеликі значення, але всередині і навколо зони горіння місцеві температури можуть досягати значного рівня.

(

З - Стадія загасання пожежі - інтенсивність процесів горіння в приміщеннях починає зменшуватися за рахунок витрачання основної маси горючих матеріалів в приміщенні або впливу засобів гасіння.

6.Фактори, що характеризують можливий розвиток пожежі (перерахувати і дати пояснення). Зони і стадії пожежі. Стадії розвитку пожежі, їх особливості.

зона горіння частина простору в якій протікає процес хімічного розкладання і випаровування

Зона теплового впливу відбувається процес теплообміну м / д поверхнею і полум'ям, м / д огородженій конструкцією і самими горючим матеріалом

зона задимлення простір примикає до зони горіння в Нея неможливо прибування людей без захисту органів дихання

В процесі розвитку пожежі виділяють 3 стадії:

А - початкова стадія пожежі - від виникнення неконтрольованого локального вогнища горіння до повного охоплення приміщення полум'ям. Середня температура в приміщенні має невеликі значення, але всередині і навколо зони горіння місцеві температури можуть досягати значного рівня.

В - Стадія повного розвитку пожежі (або пожежі повністю охопив будівлю). Горять все горючі в-ва і мат-ли, що знаходяться в приміщенні. Інтенсивність тепловиділення від палаючих об'єктів досягає максимуму, що призводить до швидкого наростання температури в приміщенні до максимальних (до 1100С)

З - Стадія загасання пожежі - інтенсивність процесів горіння в приміщеннях починає зменшуватися за рахунок витрачання основної маси горючих матеріалів в приміщенні або впливу засобів гасіння.

7. Показники пожежовибухонебезпеки речовин і матеріалів (перерахувати основні з них, дати визначення, охарактеризувати їх застосовність в залежності від агрегатного стану).

показники пожежовибухонебезпеки речовин і матеріалів - сукупність властивостей речовин (матеріалів), що характеризують їх здатність до виникнення і розповсюдження горіння. Розрізняють по агрегатному стані:

гази - речовини, тиск насичених парів яких при температурі 25 ° C і тиску 101,3 кПа перевищує 101,3 кПа;

рідини - речовини, тиск насичених парів яких при температурі 25 ° C і тиску 101,3 кПа менше 101,3 кПа; до рідин відносять також тверді плавляться речовини, температура плавлення або каплепадения яких менше 50 ° C;

тверді речовини (матеріали) - індивідуальні речовини і їх сумішеві композиції з температурою плавлення або каплепадения більше 50 ° C, а також речовини, що не мають температури плавлення (напр., деревина, тканини і т. п.);

пилу - дисперговані тверді речовини (матеріали) з розміром частинок менше 850 мкм.

8. Дати визначення і пояснити такі поняття: возгораемость; загоряння; вогнетривкі матеріали; важкозгораємі матеріали; спаленні матеріали. Перерахувати основні методи визначення займистості твердих матеріалів (без докладного пояснення їх суті).

Возгораемость -здатність в-в і мат-лов до займання.

займання - початок горіння під пов-Вієм джерела запалювання.

Початок горіння -початок виділ. тепла в рез-ті о-в р., що супроводжується даємо світінням і т.д.

Схильність до возг. - здатність матеріалів самовоз-ся, запалати / затлевать від різних причин.

За горючості в-ва і мат-ли поділяють на 3 групи:

негорючі (вогнетривкі) - під дією вогню / вис. t про НЕ восплам-ся, що не тліють і не обвуглюються (їсть. і мистецтв. орг. мат-ли, що застосовуються в строит-ве), в / ва і мат-ли, не здатні до горіння у повітрі. Негорючі в-ва м / б ППО (н-р, окис-ли або в / ва, виделяю- щие горючі продукти при взаємо-вії з водою, киснем повітря або ін. З ін.);

трудногорючие (вогнестійкими) - під дією вогню / вис. t про насилу восплам., тліють і обвуглюються і продовжують горіти / тліти тільки при наяв- ності джерела зажіга- ня (в / ва і мат-ли складаються з горючих і негорючих: полімерн. мат-ли);

горючі (згоряє) - спалахують, тліють і продовжують горіти після видалення источ- ника запалювання (всі органічного. Мат-ли, що не відповідають требов-ям несгор. І трудносгор. Мат-лам); При визна-ії групи мат-лов методом калориметрії в кач-ве опр-ного ісп. пок-ль возгораемости, тобто отн-е кол-ва тепла, виділеного зразком при горінні до кол-ву тепла, виділеного джерелом запалювання. Несгор. м., у кіт. к0,1, трудносгор. м. до \u003d 0,1-0,5, сгор. м. до \u003d 2,1.

Застосовують при классифик. в-в і мат-лов по горючості; при визначенні категорії приміщень по ВП і ПО відповідно до ви- ваниями норм технолог. проектування; при розробці заходів щодо забезпечення ПБ.

Стадії горіння передує стадія запалювання палива, пов'язана з його прогріванням. Ця стадія ле потребує кисню і під час її протікання паливо саме є споживачем тепла. Чим швидше підвищується температура палива, тим інтенсивніше протікає запалювання. Очевидно, факторами, що затягують запалювання, є: велика вологість палива, підвищена температура займання, невелика теплосприймаючої поверхню палива, низька початкова температура палива і подача в топку непідігрітому попередньо повітря.

Стадія горіння є основним споживачем повітря. У цій стадії виділяється основна частина тепла палива і розвиваються найбільш високі температури. Чим більше летючих речовин виділяє паливо, тим інтенсивніше протікає горіння і тим більше концентровано повинен подаватися повітря. Стадія дожигания вимагає трохи повітря; відповідно тут виділяється мало тепла.

Стадія горіння водню є найтривалішою в життя зірки. Фотонна світність зірок на головній послідовності, де горить водень, як правило, менше, ніж на наступних стадіях еволюції, а їх нейтрино світність значно менше, з огляду на те, що центральні температури не перевищують - 4 107 К. Тому зірки головної послідовності є найпоширенішими зірками в Галактиці і у всьому всесвіті (див. гл.

Стадія горіння водню в ядрі займає більшу частину життя зірки, причому зірки масою порядку сонячної залишаються на головній послідовності приблизно 1010 років. Відповідна стадія у зірок масою 20 MQ триває всього 106 років, тоді як зірки масою 0 ЗМ0, як припускають, повинні проводити на цій стадії 3 1011 років, що в 30 разів перевищує вік Галактики.

Стадія горіння газоподібних горючих і коксу супроводжується виділенням тепла, яке забезпечує підвищення температур, необхідна для прискорення реакцій окиснення коксу.

В стадії горіння споживається основна частина повітря і виділяється основна частина тепла палива. Температури в цій стадії процесу досягають максимальних значень. Найбільш швидко йде горіння летких речовин, що вимагає тому концентрованого підведення повітря і великої уваги до забезпечення швидкого і повного сумішоутворення.

До стадії горіння відноситься горіння летких, коксу при температурі вище 1000 С, що супроводжується споживанням більшої частини необхідного повітря і виділенням основного кількості тепла. Стадія горіння характеризується найбільш високою температурою. Горіння летучих протікає швидко, тому вкрай важливо концентровано підводити достатню кількість повітря в умовах повного сумішоутворення. Кокс горить повільніше, і реакція вуглецю з киснем відбувається на поверхні коксових частинок. Інтенсивність згоряння коксу тим вище, чим дрібніше роздроблене паливо. Завершальною стадією горіння твердого палива є дожигание, що вимагає меншої кількості повітря і супроводжується меншим виділенням тепла. Розвиток цієї стадії затягується внаслідок обволакивания коксових частинок золою, що утрудняє доступ повітря до них, особливо у топ-лів з легкоплавку золою.

По-друге, стадія горіння коксового залишку виявляється найбільш тривалої з усіх стадій і може займати до 90% всього часу, необхідного для горіння.

Розглянуті вище стадії горіння рідкого палива - підігрів, випаровування і пірогенетичної розкладання розпорошених частинок то Пліва часто протікають недостатньо ефективно, крім того, вони недостатньо керовані, що викликало появу форсунок-пальників з попередньою газифікацією рідкого палива.

На початку стадії горіння, безпосередньо після моменту запалювання палива, температура ще не дуже висока. Відповідно невисока і швидкість горіння. Тому дуже важливі швидкий розпал палива і швидкий підйом температури процесу. Далі, в основній частині стадії горіння рівень температур в котельних топках вже досить високий. Відповідно висока і швидкість реакції вуглецю з киснем на поверхні коксових частинок. Тому швидкість вигоряння коксу лімітується в основній частині стадії горіння коксу чи не цим фактором, а дифузійними процесами підведення кисню до палаючих частинок, що протікають відносно більш повільно. при правильної організації початкової частини стадії горіння саме ці процеси і служать в більшості випадків основним фактором, що регулює інтенсивність горіння коксе в котельних топках.

Горіння палива - це процес окислення горючих компонентів, що відбувається при високих температурах і супроводжується виділенням тепла. Характер горіння визначається безліччю факторів, в тому числі способом спалювання, конструкцією топки, концентрацією кисню і т. Д. Але умови протікання, тривалість і кінцеві результати топкових процесів в значній мірі залежать від складу, фізичних і хімічних характеристик палива.

склад палива

До твердого палива відносять кам'яне і буре вугілля, торф, горючі сланці, деревину. Ці види палив являють собою складні органічні сполуки, утворені в основному п'ятьма елементами - вуглецем С, воднем Н, киснем О, сірої S і азотом N. До складу палива також входить волога і негорючі мінеральні речовини, Які після згоряння утворюють золу. Волога і зола - це зовнішній баласт палива, а кисень і азот - внутрішній.

Основним елементом горючої частини є вуглець, він обумовлює виділення найбільшої кількості тепла. Однак, чим більше частка вуглецю в складі твердого палива, тим важче воно запалюється. Водень при згоранні виділяє в 4,4 рази більше тепла, ніж вуглець, але його частка в складі твердих палив невелика. Кисень, не будучи Теплотворна елементом і пов'язуючи водень і вуглець, знижує теплоту згоряння, тому є елементом небажаним. Особливо велике його вміст у торфі і деревині. Кількість азоту в твердому паливі невелике, але він здатний утворювати шкідливі для навколишнього середовища і людини оксиди. Також шкідливоюдомішкою є сірка, вона виділяє мало теплоти, але утворюються оксиди призводять до корозії металу котлів і забруднення атмосфери.

Технічні характеристики палива і їх вплив на процес горіння

найважливішими технічними характеристиками палива є: теплота згоряння, вихід летючих речовин, властивості нелетучего залишку (коксу), зольність і вміст вологи.

Теплота згоряння палива

Теплота згоряння - це кількість тепла, що виділяється при повному згорянні одиниці маси (кДж / кг) або об'єму палива (кДж / м3). Розрізняють вищу і нижчу теплоту згоряння. У вищу входить тепло, що виділяється при конденсації пари, які містяться в продуктах згоряння. При спалюванні палива в топках котлів йдуть димові гази мають температуру, при якій волога знаходиться в пароподібному стані. Тому в цьому випадку застосовують нижчу теплоту згоряння, яка не враховує теплоту конденсації водяної пари.

Склад і нижча теплота згоряння всіх відомих родовищ вугілля визначені і наводяться в розрахункові характеристики.

Вихід летких речовин

При нагріванні твердого палива без доступу повітря під впливом високої температури спочатку виділяються водяні пари, а потім відбувається термічний розклад молекул з виділенням газоподібних речовин, які отримали назву летких речовин.

Вихід летких речовин може відбуватися в інтервалі температур від 160 до 1100 ° С, але в середньому - в області температур 400-800 ° С. Температура початку виходу летючих, кількість і склад газоподібних продуктів залежать від хімічного складу палива. Чим паливо хімічно старше, тим менше вихід летких і вище температура початку їх виділення.

Летючі речовини забезпечують більш раннє запалення твердої частинки і роблять значний вплив на горіння палива. Молоді за віком палива - торф, буре вугілля - легко спалахують, згоряють швидко і практично повністю. Навпаки, паливо з низьким вмістом летких, наприклад, антрацит, загоряється важче, горить набагато повільніше і згоряє не повністю (з підвищеною втратою тепла).

Властивості нелетучего залишку (коксу)

Тверда частина палива, що залишилася після виходу летючих, що складається в основному з вуглецю і мінеральної частини, називається коксом. Коксовий залишок може бути в залежності від властивостей органічних сполук, що входять в горючу масу: спеченого, слабоспекшімся (напівзруйнованих при впливі), порошкоподібною. Антрацит, торф, буре вугілля дають порошкоподібний нелеткий залишок. Більшість кам'яного вугілля спікається, але не завжди сильно. Злиплий або порошкоподібний нелеткий залишок дають кам'яне вугілля з дуже великим вмістом летких (42-45%) і з дуже малим виходом (менше 17%).

Структура коксового залишку важлива при спалюванні вугілля в топках на колосникових решітках. При смолоскипна спалюванні в енергетичних котлах характеристика коксу не має великого значення.

зольність

Тверде паливо містить найбільша кількість негорючих мінеральних домішок. Це перш за все глина, силікати, залізний колчедан, але також можуть входити закис заліза, сульфати, карбонати і силікати заліза, оксиди різних металів, Хлориди, луги і т.д. Велика частина їх потрапляє при видобутку у вигляді порід, між якими залягають пласти вугілля, але присутні і мінеральні речовини, що перейшли в паливо з углеобразователей або в процесі перетворення його початкової маси.

При спалюванні палива мінеральні домішки зазнають ряд реакцій, в результаті яких утворюється твердий негорючий залишок, званий золою. Вага та склад золи не ідентичні вазі і складу мінеральних домішок палива.

Властивості золи грають велику роль в організації роботи котла і топки. Її частинки, що буря продуктами згоряння, при високих швидкостях стирається поверхні нагрівання, а при малих швидкостях відкладаються на них, що веде до погіршення теплопередачі. Зола, що буря в димову трубу, Здатна нанести шкоду навколишньому середовищу, Щоб уникнути цього потрібна установка золоуловителей.

Важливою властивістю золи є її плавкість, розрізняють тугоплавку (вище 1 425 ° С), среднеплавкого (1200-1425 ° С) і легкоплавкую (менш 1200 ° С) золу. Зола, що пройшла стадію плавлення і перетворилася в спечену або сплавом масу, називається шлаком. Температурна характеристика плавкости золи має велике значення для забезпечення надійної роботи топки і поверхонь котла, правильний вибір температури газів близько цих поверхонь дозволить виключити шлакування.

Волога - небажана складова палива, вона поряд з мінеральними домішками є баластом і зменшує вміст горючої частини. Крім цього, вона знижує теплову цінність, так як додатково потрібні витрати енергії на її випаровування.

Волога в паливі може бути внутрішньої і зовнішньої. Зовнішня волога міститься в капілярах або утримується на поверхні. З хімічним віком кількість капілярної вологи скорочується. Поверхневої вологи тим більше, чим менше шматки палива. Внутрішня волога входить в органічну речовину.

Способи спалювання палива в залежності від виду топки

Основні види топкових пристроїв:

• шарові,
• камерні.

Шарові топки призначені для спалювання крупнокускового твердого палива. Вони можуть бути з щільним і киплячим шаром. При спалюванні в щільному шарі повітря для горіння проходить через шар, не впливаючи на його стійкість, тобто сила тяжіння палаючих часток перевищує динамічний напір повітря. При спалюванні в киплячому шарі завдяки підвищеній швидкості повітря частинки переходять в стан "кипіння". При цьому відбувається активне перемішування окислювача і палива, завдяки чому інтенсифікується горіння палива.

У камерних топках спалюють тверде пиловидне паливо, а також рідке і газоподібне. Камерні топки підрозділяються на циклонні і факельні. При смолоскипна спалюванні частки вугілля повинні бути не більше 100 мкм, вони згорають в обсязі топкової камери. Циклон спалювання допускає більший розмір частинок, під впливом відцентрових сил вони відкидаються на стінки топки і повністю вигорають в закрученому потоці в зоні високих температур.

Горіння палива. Основні стадії процесу

У процесі горіння твердого палива можна виділити певні стадії: підігрів і випаровування вологи, сублімація летючих і освіту коксового залишку, горіння летких і коксу, освіту шлаку. Такий поділ процесу горіння щодо умовно, так як хоча ці етапи протікають послідовно, частково вони накладаються один на одного. Так, сублімація летючих речовин починається до остаточного випаровування всієї вологи, утворення летючих йде одночасно з процесом їх горіння, так само як і початок окислення коксового залишку передує закінченню горіння летких, а дожигание коксу може йти і після утворення шлаку.

Час перебігу кожної стадії процесу горіння в значній мірі визначається властивостями палива. Найдовше триває стадія горіння коксу, навіть у палив з великим вмістом летких. Істотний вплив на тривалість стадій процесу горіння надають різноманітні режимні фактори і конструктивні особливості топки.

1. Підготовка палива до займання

Паливо, яке надходить в топку, піддається нагріванню, в результаті чого при наявності вологи відбувається її випаровування і підсушування палива. Час, необхідний на підігрів і підсушування, залежить від кількості вологи і температури, з якої паливо подається в топковий пристрій. Для палив з великим вмістом вологи (торф, вологі буре вугілля) стадія прогріву і підсушування сравнительна тривала.

У шарові топки паливо подають з температурою, близькою до навколишнього середовища. Тільки в зимовий час в разі змерзання вугілля його температура нижче, ніж в котельному приміщенні. Для спалювання в факельних і вихрових топках паливо піддають дробленню і помелу, супроводжуваному сушінням гарячим повітрям або димовими газами. Чим вище температура надходить палива, тим менше часу і тепла необхідно на підігрів його до температури займання.

Подсушка палива в топці відбувається за рахунок двох джерел тепла: конвективного тепла продуктів згоряння і променистого тепла факела, обмурівки, шлаку.

У камерних топках підігрів здійснюється переважно за рахунок першого джерела, тобто підмішування до палива продуктів згоряння в місці його введення. Тому одне з важливих вимог, що пред'являються до конструкції пристроїв для введення палива в топку, - забезпечення інтенсивного подсоса продуктів згоряння. Зменшенню часу нагріву і підсушування також сприяє більш висока температура в топці. З цією метою при спалюванні палив з початком виходу летючих при високих температурах (понад 400 ° С) в камерних топках роблять запальні пояса, тобто закривають екранні труби вогнетривким теплоізоляційним матеріалом, Щоб знизити їх тепловоспріятіе.

При спалюванні палива в шарі роль кожного виду джерел тепла визначається конструкцією топки. У топках з ланцюговими решітками нагрівання і підсушування здійснюються переважно променистим теплом факела. У топках з нерухомою гратами і подачею палива зверху підігрів і підсушування відбуваються за рахунок рухомих через шар знизу вгору продуктів згоряння.

В процесі нагрівання при температурі вище 110 ° С починається термічний розклад органічних речовин, що входять до складу палив. Найменш міцними є ті сполуки, які містять значну кількість кисню. Ці сполуки розпадаються при порівняно невисоких температурах з утворенням летючих речовин і твердого залишку, що складається переважно з вуглецю.

молоді по хімічним складом палива, що містять багато кисню, мають низьку температуру початку виходу газоподібних речовин і дають їх більший відсоток. Палива з малим вмістом сполук кисню мають невеликий вихід летючих і більш високу температуру їх займання.

Зміст в твердому паливі молекул, які легко піддаються розкладанню при нагріванні, впливає і на реакційну здатність нелетучего залишку. Спочатку розкладання горючої маси відбувається переважно на зовнішній поверхні палива. У міру подальшого прогрівання пірогенетичної реакції починають відбуватися і всередині частинок палива, в них підвищується тиск і зовнішня оболонка розривається. При спалюванні палив з великим вмістом летких коксовий залишок стає пористим і має велику поверхню в порівнянні з щільним твердим залишком.

2. Процес горіння газоподібних з'єднань і коксу

Власне горіння палива починається з запалення летучих речовин. У період підготовки палива відбуваються розгалужені ланцюгові реакції окислення газоподібних речовин, спочатку ці реакції протікають з малими швидкостями. Вирізняється тепло сприймається поверхнями топки і частково накопичується у вигляді енергії рухомих молекул. Останнє призводить до зростання швидкості ланцюгових реакцій. при певній температурі реакції окислення йдуть з такою швидкістю, що виділяється тепло повністю покриває теплопоглинання. Ця температура є температурою займання.

Температура займання не є константою, вона залежить як від властивостей палива, так і від умов в зоні займання, в середньому становить 400-600 ° С. Після займання газоподібного суміші подальше самоускорением реакцій окислення викликає підвищення температури. Для підтримки горіння необхідний безперервний підведення окислювача і горючих речовин.

Займання газоподібних речовин призводить до окутиваніе коксової частки вогневої оболонкою. Горіння коксу починається, коли до кінця підходить горіння летких. Тверда частка прогрівається до високої температури, і в міру зменшення кількості летючих речовин знижується товщина прикордонного палаючого шару, кисень досягає розпеченій поверхні вуглецю.

Горіння коксу починається при температурі 1000 ° С і є самим тривалим процесом. Причина в тому, що, по-перше, знижується концентрація кисню, по-друге, гетерогенні реакції протікають більш повільно, ніж гомогенні. В результаті тривалість горіння частки твердого палива визначається в основному часом горіння коксового залишку (близько 2/3 загального часу). Для палив з великим вмістом летких, твердий залишок становить менше ½ початкової маси частинки, тому їх спалювання відбувається швидко і можливість недожога невисока. Хімічно старі палива мають щільну частку, горіння якої займає майже весь час перебування в топці.

Коксовий залишок більшості твердих палив в основному, а для деяких видів - цілком складається з вуглецю. Горіння твердого вуглецю відбувається з утворенням окису вуглецю і вуглекислого газу.

Оптимальні умови для тепловиділення

створення оптимальних умов для процесу горіння вуглецю - основа правильної побудови технологічного методу спалювання твердих палив в котельних агрегатах. На досягнення найбільшого тепловиділення в топці можуть впливати наступні фактори: температура, надлишок повітря, первинне і вторинне смесеобразование.

Температура. Тепловиділення при спалюванні палива істотно залежить від температурного режиму топки. при відносно низьких температурах в ядрі факела має місце неповнота згоряння горючих речовин, у продуктах згоряння залишаються окис вуглецю, водень, вуглеводні. При температурах від 1000 до 1800-2000 ° С можна досягти повне згоряння палива.

Надлишок повітря. Питоме тепловиділення досягає максимального значення при повному згорянні і коефіцієнті надлишку повітря, що дорівнює одиниці. Зі зменшенням коефіцієнта надлишку повітря виділення тепла падає, так як недолік кисню призводить до окислення меншої кількості палива. Знижується температурний рівень, знижуються швидкості реакцій, що призводить до різкого зменшення тепловиділення.

Підвищення коефіцієнта надлишку повітря більше одиниці знижує тепловиділення ще сильніше, ніж недолік повітря. В реальних умовах спалювання палива в топках котлів граничні значення тепловиділення не досягаються, тому що є присутнім неповнота згоряння. Вона багато в чому залежить від того, як організовані процеси сумішоутворення.

Процеси сумішоутворення. У камерних топках первинне смесеобразование досягається підсушила і перемішуванням палива з повітрям, подачею в зону підготовки частини повітря (первинного), створенням широко розкритого факела з широкою поверхнею і високою турбулізацією, застосуванням підігрітого повітря.

У шарових топках завдання первинного сумішоутворення полягає в тому, щоб подавати необхідну кількість повітря в різні зони горіння на решітці.

З метою забезпечення догорання газоподібних продуктів неповного горіння і коксу організують процеси вторинного сумішоутворення. Цим процесам сприяють: подача вторинного повітря з високою швидкістю, створення такої аеродинаміки, при якій досягається рівномірне заповнення факелом всієї топки і, отже, зростає час перебування газів і коксових частинок в топці.

3. Освіта шлаку

В процесі окислення горючої маси твердого палива відбуваються значні зміни і мінеральних домішок. Легкоплавкие речовини і сплави з низькою температурою плавлення розчиняють тугоплавкі сполуки.

Обов'язковою умовою нормальної роботи котлоагрегатів є безперебійний відведення продуктів згоряння і утворюється шлаку.

При слоевом спалюванні шлакообразованіе може призводити до механічного недожогом - мінеральні домішки обволікають недогорілі частинок коксу або в'язкий шлак може перекривати повітряні проходи, перегороджуючи доступ кисню до палаючого коксу. Для зниження недожога застосовують різні заходи - в топках з ланцюговими решітками збільшують час перебування шлаку на решітці, виробляють часту Шурує.

У шарових топках висновок шлаку проводиться в сухому вигляді. У камерних топках шлаковидалення може бути сухим і рідким.

Таким чином, горіння палива є складним фізико-хімічним процесом, на який впливає велика кількість різних факторів, але всі вони повинні бути враховані при проектуванні котлів і топкових пристроїв.