Основи теорії горіння органічного палива

У сучасних котельних установках паливо спалюють у топкових пристроях або топках. За схемою організації спалювання палива топкові процеси діляться на пошарові (для спалювання твердого кускового палива), факельні (для спалювання твердого палива в пиловидному стані, рідкого й газового палив) і вихрові — циклонні — (для спалювання твердих палив у вигляді дрібняку розміром 3—5 мм).

У пошаровому топковому процесі кускове паливо завантажують у топку на нерухому або рухому колосникову решітку шаром певної товщини. Потік повітря, що подається знизу, зустрічає на своєму шляху нерухомий чи рухомий шар палива (рис.54, а, б) і після вза­ємодії з ним перетворюється в потік гарячих топкових газів.

Для того щоб запобігти втратам (винесенню палива), кусочки його повинні мати масу, більшу за динамічний напір повітряного потоку, що набігає на кусочки палива. Так, при пошаровому спалю­ванні кам'яного вугілля оптимальний розмір кусочків палива стано­вить 20—3О мм (горіх). При цьому забезпечується стійке залягання шару палива на колосниковій решітці і достатня реагуюча поверхня кусочків палива.

Крім того, при пошаровому спалюванні палива забезпечується стійкість роботи топки і гнучкість регулювання її відповідно до зміни навантаження, завдяки значному запасу палива в топці —майже годинна витрата.

Факельний процес спалювання палива (рис. 54,в) характеризується тим, що дрібні часточки пиловидного палива в завислому стані простір топкової камери. Чим дрібніші часточки палива, тим легше здійснюється процес зависання і переміщення їх і тим інтенсивніше відбувається процес горіння. Цим забезпечується однорідність і стійкість факела. Недоліки факельного процесу полягають у тому, що тривалість перебування часточок палива в топці дуже мала (близько 2 с); відносна швидкість обтікання часточок палива газоповітряним потоком теж дуже мала, що сповільнює вигоряння часточок; мізерний запас палива в топковій камері в кожний момент часу (всього декілька кілограмів). Це робить факельний процес надто чутливим до зміни режиму роботи котельного агрегату і змушує в кожний момент вдаватися до регулювання як подачі палива, так і надходження повітря.

Вихровий процес опалювання палива (рис. 54,г) грунтується на створенні в топках котлів газоповітряного вихору за рахунок введення суміші палива й повітря по дотичній до поверхні топкової камери. Завдяки завихрюванню часточки палива по певних траєкторіях циркулюють у топковому просторі до повного згоряння. Це дає можливість спалювати в таких топках паливо з крупнішими часточками (до 3—5 мм). За запасом палива в топці в кожний момент часу вихрові топки займають проміжне положення між пошаровими й факельними, а тому й вихровий процес у порівнянні з факельним має більшу стійкість.

Температура займання палива. Незалежно від схеми спалювання паливо починає горіти не зразу після введення його в топковий простір. До початку горіння паливо повинно пройти період підготовки, протягом якого воно підігрівається, зазнає впливу процесів розкладання і окислення з утворенням простіших сполук. Ця підготовка відбувається під впливом високої температури, кисню повітря, а також каталітичної дії речовин, що є в топці,— водяної пари, металів та обмурівки.

Найменша температура, до якої повинно нагрітися паливо в період підготовки для того, щоб почалося горіння, називається температурою займання.

Основні стадії горіння палива. Горіння—це складний фізико- хімічний процес окислення горючих елементів палива киснем повітря. В процесі реагування цих речовин інтенсивно виділяється теплова енергія, різко підвищується температура з утворенням полум'я. Результатом процесу згоряння є утворення нагрітих до високої тем ператури продуктів згоряння, що використовуються як теплоносії, і залишків — золи й шлаку як відходів цього процесу.

Процес згоряння палив, що мають різні агрегатні стани, відбувається по-різному, але для всіх палив він складається з двох стадій — займання і саме горіння. Займанню палива передує підготовчий період, протягом якого воцр підігрівається до температури займання, після чого починається процес видимого стійкого горіння.

Газоподібне паливо згоряє найлегше, його треба тільки добре перемішати в певному об'ємі з повітрям, щоб забезпечити необхідні умови швидкого й повного згоряння.

Рідке паливо перед спалюванням повинно бути розпилене на дрібні крапельки для збільшення поверхні стикання палива з повітрям. З цією метою рідке паливо у факельні топки вводиться через форсунки. Стадія займання рідкого палива має ще додаткову фазу — випаровування. Горіння краплинок рідкого палива, розпиленого форсункою, можна уявити так. Краплинка палива, що потрапила в факел, нагрівається до температури випаровування _t складових частин палива. Утворені пари, реагуючи з киснем повітря, займаються і згоряють, підвищуючи навколо краплинки температуру, під дією якої починається розщеплення молекул палива. Горіння краплинки починається з її поверхні, Що приводить до прогріву краплинки по товщині, сприяє прониканню кисню всередину краплинки, де відбувається розщеп­лення молекул і часткове горіння. Утворені при цьому всередині краплинки гази виходять назовні, руйнуючи краплинку і сприяючи повному згорянню палива.

Тверде кускове паливо при подачі в топковий простір спершу прогрівається, що приводить до видалення (випаровування) вологи і початку виділення летких речовин у вигляді газів. Ці гази нагріваються до температури займання і горять полум'ям на поверхні твердих часток палива. Тепло згоряння летких речовин прогріває кокс по всій товщині, і досягнувши температури займання, він починає стійко горіти. Горіння коксу палива — основна стадія процесу горіння, коли спостерігається найвища температура. Заключна фаза цієї стадії — допалювання — характеризується тим, що залишки недогорілого коксу окутані оболонкою інертних газів і для повного згоряння необхідно забезпечити подачу кисню повітря до коксу через цю оболонку застосовуючи гостре дуття, тобто інтенсивну подачу повітря в зону догоряння.

Залежно від кількості повітря, що підводиться до палива в процесі згоряння, розрізняють повне й неповне згоряння. Якщо до палива підводиться достатня кількість повітря для окислення його горючих елементів, відбувається повне згоряння, при якому виділяється найбільша кількість тепла. При недостатній кількості повітря відбувається неповне згоряння, внаслідок якого тепло виділяється набагато менше, ніж при повному згорянні.

Крім хімічної неповноти згоряння, яка характеризується наявністю окису вуглецю (СО) в продуктах згоряння, розрізняють ще механічну неповнотузгоряння, яка спричиняється винесенням незгорілих часточок палива з димовими газами і видаленням незгорілих часточок палива з золою і шлаками.

Для забезпечення повного згоряння палива до палива треба підводити повітря більше, ніж теоретично необхідно, бо через нерівномірність перемішування палива з повітрям по всьому просторі топки частина кисню повітря залишається невикористаною. Відношення дійсної кількості повітря, що підводиться для спалювання 1 кг палива V_д до теоретично необхідної кількості повітря V_o називається коефіцієнтом надлишку повітря α тобто

(15.1)

Основні висновки:

1. Енергетика - важлива галузь сучасного виробництва. Вона включає виробництво, переробку, перетворення, транспортування і використання енергоресурсів та енергоносіїв усіх видів.

2. Паливом називають речовини, що здатні в процесі хімічних та ядерних перетворень виділяти значну кількість теплоти, яка може бути використана для енергетичних, технологічних і побутових потреб.

Розрізняють органічні та ядерні палива. В органічному паливі тегоюта виділяється внаслідок реакцій сполучення горючих складових з окислювачем - з киснем повітря, в ядерному паливі - внаслідок реакцій розпаду атомних ядер деяких ізотопів важких елементів

3. Органічне паливо складається з горючих елементів - водню Н, вуглецю С, сірки S та негорючих елементів - кисню О та азоту N. Сірку, що міститься в паливі, поділяють на горючу або летку, та негорючу. Горюча сірка складається з органічних та колчеданних сполук. Крім того, до складу палива входять волога W та зола А.

4. Процес згоряння палив, що мають різні агрегатні стани, відбувається по-різному, але для всіх палив він складається з двох стадій — займання і саме горіння. Займанню палива передує підготовчий період, протягом якого воцр підігрівається до температури займання, після чого починається процес видимого стійкого горіння.

Контрольні питання:

1. Перерахувати види палива, охарактеризувати їх.

2. Назвати основні складові органічного палива.

Домашнє завдання:

1. Повторення матеріалу теми за конспектом. Самостійне опрацювання теми

Прочитати:

[1] c. 235-253;[2] 173-180.

Тема №16

Поиск по сайту: