Исследование конструктивных особенностей парогенератора БКЗ-420-140-5 и условий сжигания экибастузского угля

1.1 Краткое описание и теплотехнические характеристики парогенератора БКЗ-420-140-5

Парогенератор Е-420-13,8-560 КТ, заводская маркировка БКЗ-420-140-5 вертикально-водотрубный с естественной циркуляцией, однобарабанный, в газоплотном исполнении, Т – образной компоновки (рисунок 1).

Камерная топка призматической формы, открытого типа, полностью экранирована цельносварными газоплотными испарительными стенками из труб диаметром 6мм с толщиной стенки 6мм (сталь 20) с варкой полосы. Шаг между трубами равен 80мм. Размеры топочной камеры по осям труб составляют 10,26×11,26м [7].

Шлакоудаление твердое, механизированное, непрерывное, с помощью шнековых транспортеров.

Боковые экраны камерной топки в нижней части образуют скаты холодной воронки, а в верхней части – пережим и выполняют роль разделительных стенок трех газоходов.

Топочная камера оборудована восемью двухпоточными по аэросмеси и вторичному воздуху вихревыми пылеугольными горелками со встроенными мазутными форсунками, расположенными на боковых стенах (по четыре на каждой) встречно на одной высотной отметке. Двухпоточная горелка позволяет эксплуатировать парогенератор при отключении одной или даже двух мельниц со всеми работающими горелками, что повышает надежность работы горелок и экономичность парогенератора в таких режимах.

Барабан парогенератора сварной конструкции с внутренним диаметром 1600мм и толщиной стенки 112мм (сталь 16ГНМА).

Схема испарения двухступенчатая, с промывкой пара питательной водой. Первая ступень испарения включена непосредственно в барабан парогенератора и представляет собой сочетание внутрибарабанных циклонов и промывочных устройств, вторая ступень включена в две группы выносных сепарационных циклонов наружным диаметром 426мм.

Вода из барабана к испарительным экранам подается по 16 стоякам диаметром 219мм. Пароводяная смесь из экранов в барабан отводится по трубам диаметром 159мм.

Пароперегреватель радиационно – конвективного типа размещен в верхней части топочной камеры и в двух опускных газоходах, примыкающих к боковым стенам топочной камеры в верхней части. Потолок топочной камеры и опускных газоходов, а также фронтовые и задние стенки опускных газоходов экранированы цельносварными, газоплотными пароперегревательными

1 - топочная камера; 2 - барабан; 3 - горелки; 4 - ширмы поверхности; 5 - дымоходы; 6 - газоходы; 7 - скаты холодной горелки; 8 - пережим; 9 - подтопки; 10 - блоки горячей ступени пароперегревателя; 11 - блоки холодной ступени пароперегревателя; 12 - экономайзер.

Рисунок 1 Продольный разрез парогенератора БКЗ-420-140-5

панелями из труб диаметром 42мм с толщиной стенки 5мм (сталь 20), с варкой полосы толщиной 6мм. Панели охлаждаются насыщенным паром. В среднем подъемном газоходе размещены ширмовые поверхности пароперегревателя, выполненные из труб диаметром 32мм с толщиной стенки 5мм (сталь 12Х1МФ). В двух крайних опускных газоходах размещены поверхности конвективного пароперегревателя из труб диаметром 32мм с толщиной стенки 4; 4,5; 5мм (сталь 20 12Х1МФ, 12Х18Н12Т).

Все мембранные цельносварные панели топочных экранов, потолка и опускных конвективных газоходов жестко сварены между собой в единую газоплотную коробку. Надежность работы указанных соединений достигается благодаря циркуляции во всех панелях рабочей среды с приблизительно одинаковой температурой. Блоки конвективного пароперегревателя крепятся на подвесных трубах.

Температура перегретого пара регулируется впрыском собственного конденсата в рассечке ширм и перед выходной ступенью пароперегревателя.

За конвективным пароперегревателем по ходу газов в конвективном газоходе расположена II ступень водяного экономайзера. I ступень водяного экономайзера и трубчатый воздухоподогреватель вынесены в отдельную конвективную шахту. Экономайзер выполнен из труб диаметром 32мм с толщиной стенки 4мм (сталь 20).

Кубы воздухоподогревателя, изготовленные из труб диаметром 40мм с толщиной стенки 1,5мм, и блоки водяного экономайзера установлены друг на друге и сварены между собой плотным швом, что снижает до минимума присосы холодного воздуха.

Теплотехнические характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1

Теплотехнические характеристики парогенератора БКЗ 420-140-5

Топочная камера парогенератора подвешена к каркасу. Конвективная шахта установлена на собственном портале.

Обмуровка парогенератора представляет собой натрубную изоляцию из вулканитовых плит или асбоперлитовую напыляемую массу. Огнеупорные материалы применены только на амбразурах горелок, гарнитуре.

Парогенератор снабжен необходимой гарнитурой, устройствами для отбора проб пара и воды, а также контрольно – измерительными приборами. Процессы питания парогенератора, регулирования температуры перегретого пара и горения пара автоматизированы. Предусмотрены средства тепловой защиты.

Парогенератор поставляется крупными транспортабельными блоками.

1.2 Теплотехнические характеристики экибастузского угля

Экибастузское месторождение по промышленной маркировке отнесены к слабоспекающимся углям, марки СС. Зольность, влажность и выход летучих являются техническими характеристиками топлива и оказывают существенное влияние как на конструкцию парогенератора и вспомогательного оборудования, так и на организацию его эксплуатации. Характеризуются высокой зольностью, увеличивающейся вниз по разрезу угленосной толщи и трудной обогатимостью [8].

Твердое органическое топливо состоит из сложных химических соединений, образованных в основном пятью химическими элементами – углеродом С, водородом Н, серой S, кислородом О и азотом N и негорючие минеральные вещества, которые после сгорания образуют сухой остаток – золу А. Влага и зола составляют внешний балласт топлива, а кислород и азот – внутренний его балласт. Расчеты по сжиганию топлива выполняют на основании его элементарного состава, т.е. содержания в топливе химических элементов C, H, S, O и N, содержания влаги W и золы, которые определяют в лабораторных условиях. Продукты сгорания также подвергаются химическому анализу.

Рабочая масса представляет собой топливо в виде, в каком оно поступает в топку. Расчеты парогенератора выполняют по рабочей массе топлива.

Элементарный состав топлива на рабочую массу топлива:

℅ (1)

Поскольку содержание внешнего балласта, подвержено изменениям в зависимости от условий залегания, способа добычи и хранения топлива, сравнивать разные сорта топлива можно не по рабочей массе, а по составу, включающему стабильные для данного сорта топлива элементы.

Горючими элементами топлива являются водород, углерод и сера. Наибольшей теплотой сгорания 120,5МДж/кг на единицу массы обладает водород, но его в составе твердого топлива содержится незначительно около 4-6℅. Основным горючим элементом является углерод, его теплота составляет 34,1 МДж/кг, в экибастузском угле его содержится от 23 до 60%. Сера является вредной примесью, ее соединения вызывают коррозию металла элементов парогенератора, загрязняют окружающую среду, теплота ее сгорания 9,3 МДж/кг, но низкое содержание серы в экибастузском угле до 1,5%, особенно сульфатной, которая участвует во внутрикристальных связях и при сжигании образует большое количество несвязной летучей золы.

Ископаемое топливо содержит негорючие минеральные вещества, которые состоят из глины , силикатов и железного колчедана . В их состав, кроме того, входят сульфаты кальция и железа, закись железа, окислы различных металлов, фосфаты, щелочи, хлориды и т.д. При сжигании топлива его минеральные примеси в зоне высоких температур ядра факела претерпевают ряд превращений, в процессе которых образуется зола. Зола представляет собой смесь минералов, находящихся в свободном состоянии или связанных с топливом. Свойства золы играют огромную роль в организации работы парогенератора. Зольность угля – условное понятие, так как масса и состав золы зависят в основном от условий озоления топлива и прежде всего от скорости озоления и конечной температуры прокаливания. Зольность угля – это масса золы, определяемая в установленных условиях, отнесенная к единице массы угля и выраженная в процентах. Стандартный метод определения зольности углей [9] заключается в полном сжигании навески топлива - озолении, прокаливании зольного остатка до постоянной массы при (815±15)°С и определении массы образовавшейся золы. Метод может выполняться по двум вариантам: медленное и ускоренное озоление.

Экибастузские угли весьма многозольные, делятся на две группы. К первой группе относится уголь зольность которого на сухую массу составляет до 41% при низшей теплоте сгорания 16700КДж/кг, а ко второй группе относится уголь с предельной зольностью на сухую массу до 44% при низшей теплоте сгорания 16600КДж/кг. При этом переход на высокопроизводительную технику и постепенное увеличение количества минеральных примесей по мере углубления карьеров приводят к увеличению зольности экибастузского угля.

Для поддержания определенной зольности на разрезах производилась селективная выработка, и слой с низким содержанием горючих веществ отправлялся в отвалы, что приводило к большим потерям угля, поэтому было принято решение о валовой выработке месторождения. Все это устраняет потери угля, но увеличивает зольность, которая достигает 55%.

Зола экибастузского угля состоит в основном из двух соединений - оксидов кремния и алюминия, сумма которых составляет 96-97℅. Высокая зольность экибастузского угля обусловлена тем, что угольные пласты переслоены аргиллитами и песчаниками. Такой состав золы обуславливает ее высокую тугоплавкость, поэтому экибастузский уголь используется для факельного сжигания в камерных топках энергетических парогенераторов с твердым шлакоудалением [10]. В результате ряда физико-химических превращений, происходящих с минеральной частью в топочной камере, в состав золы входят в основном муллит и кварц, поэтому она весьма амбразивна и имеет высокое омическое сопротивление, что приводит к сильному амбразивному износу конвективных поверхностей нагрева. Для борьбы с таким явлением уменьшают скорость газового потока, тем самым увеличивая поверхность нагрева и соответственно металлоемкость парогенератора и капитальные затраты.

Вода в твердом топливе находится в виде капель, пленок, капиллярной влаги и молекул, адсорбированных на поверхности. Влага также может входить в состав минеральных соединений. В зависимости от конкретных форм связи с топливом различают нижеследующие виды влаги:

1) Гидратная влага – вода, входящая в состав кристаллогидратов, которые присутствуют среди минеральных примесей топлива и представлены в виде силикатов (Al ₂O₃·2 SiO ₂·2 H ₂ O, Fe ₂O₃·2 SiO ₂·2 H ₂ O) и сульфатов (CaSO ₄·2 H ₂ O, MgSO ₄·2 H ₂ O). Удаление гидратной влаги происходит только при достаточно высоких температурах. Доля гидратной влаги возрастает с увеличением зольности топлива и обычно составляет лишь несколько процентов от общего содержания воды в топливе.

2) Сорбционная влага включает в себя адсорбционную влагу (за счет адсорбции на поверхности раздела газовой и твердой фаз) и коллоидную, входящую в структуру органического топлива. Характерной особенностью сорбционной влаги является зависимость равновесного содержания сорбционной влаги от внешних условий – температуры и влажности воздуха.

3) Капиллярная влага – влага, которая заполняет поры. Поры с диаметром более 10^-5мм заполняются при прямом контакте с водой, в порах с меньшим размером возможна конденсация влаги из воздуха.

4) Поверхностная влага – влага, располагающаяся снаружи частиц топлива. Длительность существования поверхностной влаги зависит от начальной влажности топлива и от температуры и влажности воздуха.

Содержание влаги в экибастузском угле колеблется в широких пределах. Влага в топливе не желательна, потому что из-за нее уменьшается доля горючих компонентов в единице массы топлива, удорожается его транспорт, усложняются разгрузка, возникает много трудностей при сжигании, снижается тепловой эффект горения, так как часть теплоты затрачивается на испарение.

Отсутствие четких границ между отдельными видами влаги затрудняет их определение. Для удобства определения влаги в угле в соответствии с принятыми на практике методами анализа общую влагу угля подразделяют на внешнюю и влагу воздушно-сухого топлива.

С точки зрения представления о видах влаги такое деление можно определить следующим образом. При высушивании угля на воздухе удаляется свободная влага с внешней поверхности частиц и капиллярная влагаиз открытых трещин и пор. В воздушно-сухом угле остается адсорбционная и гидратная влага. Влага общая, кроме гидратной, удаляется при высушивании угля при температуре105°С.

Если твердое топливо постепенно нагревать в инертной среде без доступа воздуха, то при высоких температурах сначала выделяются водяные пары, а затем происходит разложение кислородосодержащих молекул топлива с образованием газообразных веществ, получивших название летучих веществ. Выход летучих веществ из твердых топлив происходит в интервале температур от 110 до 1100ºС. Наибольший выход летучих имеет место при температуре до 800º-850С. Выделение основной массы летучих веществ заканчивается через 6-7 минут после нагрева при 850^оС.

На рисунке 2 показан выход летучих веществ в зависимости от температуры в камерной топке.

1 – подмосковный бурый уголь марки Б1; 2 – майкубенский бурый уголь марки Б3; 3 – экибастузский уголь марки СС; 4 – донецкий антрацит марки А.

Рисунок 2 Зависимость выхода летучих от температуры некоторых марок твердого топлива

Максимальный выход летучих наблюдается у антрацитов V^г = 3-5%. У экибастузского каменного угля V^г = 25-40%, у бурых углей V^г = 45-50%. Донецкий антрацит является эталонным углем. Дополнительная выдержка при этой температуре незначительно увеличивает выход летучих веществ. На выход летучих веществ значительно влияет скорость прогрева частиц угля.

Поскольку выход летучих веществ, прежде всего, определяется содержанием кислорода в топливе, то он тем больше, чем моложе топливо, у каменных углей выход летучих веществ =25 40℅. Выход летучих у экибастузского угля марки СС =26 ℅.

Твердый горючий остаток после выхода летучих называется коксом. В воздушной среде кокс воспламеняется при температуре 900 1200ºС [11].

Теплота сгорания топлива определяется количеством теплоты, выделяемой при полном сгорании единицы массы или объема топлива. Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшей теплотой сгорания называют количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1кг твердого топлива при условии, что образующиеся при сгорании водяные пары конденсируются и возвращается их теплота конденсации. В парогенераторах продукты сгорания не охлаждаются до температуры конденсации паров. В этих условиях теплота конденсации теряется, и общее используемое тепловыделение при горении топлива будет меньше. Количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1кг твердого топлива за вычетом теплоты конденсации водяных паров, называют низшей теплотой сгорания, которую для рабочей массы топлива можно установить, используя эмпирическую формулу Д.И. Менделеева:

, (2)

где

- низшая теплота сгорания топлива, КДж/кг.

В теплотехнических расчетах парогенераторов, рассчитанных на сжигание экибастузского угля, принимают низшую теплоту сгорания 16670КДж/кг [12].

1.3 Особенности сжигания каменных углей в камерных топках

При сжигании экибастузского угля наиболее распространенным способом сжигания в топочных устройствах является факельный. Топливно-воздушная смесь поступает из горелочных устройств в виде прямоточных и завихренных струй в камерную топку обычно Т-образной компоновки, развитие которых в топочном объеме определяет условия воспламенения и интенсивность горения, в основу положена аэродинамическая характеристика процесса, определяющая условия омывания горящего топлива окислителем (рисунок 3).

Начальный этап горения экибастузского угля в пылевидном состоянии, как и других топлив при факельном сжигании в камерных топках происходит в условиях высокой концентрации горючего и окислителя и при пoвышенной турбулентности потока, созданной горелкой. Зона топочной камеры, в пределах которой идёт интенсивное горение топлива до степени выгорания 0,85-0,9, называется зоной ядра факела. Она отличается высоким температурным уровнем и значительным тепловым излучением на окружающие экранные поверхности нагрева [13].

Камерный способ сжигания топлива позволяет практически неограниченное повышение мощности топочных устройств, связанных со сжиганием угольной пыли в объеме топочной камеры во взвешенном состоянии. При этом мелкие частицы топлива легко транспортируются потоком воздуха и образующихся газов в сечении топочной камеры. Сгорание топлива происходит в этом случае в объеме топочной камеры за весьма ограниченное время пребывания частиц в топочной камере. Скорость сгорания топлива, а следовательно, тепловыделение во времени, определяется температурами горения.

1 – камерная топка; 2 – горелка; 3 – холодная воронка; 4 – ширмовая поверхность нагрева; 5 - зона ядра факела; 6 – зона догорания топлива и охлаждения газов; 7 – условная длина факела.

Рисунок 3 Зоны горения топлива в топочной камере

По своим размерам зона ядра факела занимает 1/3-1/5 объема топочной камеры. Остальную часть топки составляет зона догорания топлива и охлаждения продуктов сгорания. В этой зоне сочетаются низкая концентрация оставшегося горючих элементов топлива и окислителя и слабая турбулентность газового потока продуктов сгорания, поэтому догорание топлива происходит в глубоко диффузионной области и идет медленно.

В зоне догорания превалирует теплоотвoд к топочным экранам. По мере приближения к выходу из камерной топки температура продуктов сгорания падает и достигает конечного значения температуры на выходе из топочной камеры (, ^оС), составляющего 1100-1250ºС, при этом экраны топочной камеры воспринимают до 40-50% полного тепловыделения. Остальное количество теплоты передается конвективным поверхностям нагрева, расположенным за топкой.

Распределение теплоты по высоте камерной топки парогенератора представлено на рисунке 4.

Рисунок 4 Изменение температуры продуктов сгорания по высоте камерной топки

Выделяемая при сжигании топлива теплота, передается лучевоспринимающим поверхностям нагрева в камерной топке и продуктам сгорания топлива. При условии отсутствия теплообмена в камерной топке между топочными продуктами сгорания и ее лучевоспринимающими поверхностями, то есть горение протекало бы адиабатически, то вся теплота, выделяемая при сгорании топлива, затрачивалась бы только на нагревание продуктов сгорания топлива. В этом случае топочные продукты сгорания имели бы максимально возможную температуру, называемую теоретической, или адиабатической температурой горения:

, ^оС, (3)

где

- температура горения, ^оС;

Q – теплота реакции, кДж/кг;

Q_см – энтальпия исходной горючей смеси, кДж/кг;

Q_т – количество теплоты, отдаваемой экранной системе и потерянной в окружающую среду, кДж/кг;

Q_д – количество теплоты, затрачиваемой на диссоциацию, кДж/кг;

∑n_ic_i – сумма произведений числа молей продуктов сгорания на их молекулярные теплоемкости, кДж/кг·^оС.

В реальных условиях процессы горения и отвода теплоты к экранам камерной топки за счет излучения происходят одновременно. На начальном этапе горения температура горящей газовой смеси после воспламенения быстро повышается, растет и интенсивность теплоотвoда. Максимальная температура факела устанавливается в ядре горения и обычно составляет 80 – 90% адиабатической температуры [14]:

, (4)

где

- максимальная температура горения, ^оС;

Горение твердого топлива включает два периода: тепловую подготовку и собственно горение. Эффективность сжигания топлива достигается эффективностью горения каждой отдельной частицей угольной пыли.

Температурный режим при горении отдельной частицы твердого топлива показан на рисунке 5.

- температура горения, ^оС; τ - время выгорания частицы, с.

1 – температура газовой среды вокруг частицы; 2 – температура частицы;

I – зона термической подготовки; II – зона горения летучих веществ и прогрев коксовой частицы; III – горение коксовой частицы

Рисунок 5 Температурный режим при горении отдельной частицы твердого топлива

В процессе тепловой подготовки (зона I) топливо подогревается, высушивается, и при температуре около 110ºС начинается пирогенетическое разложение составляющих его компонентов с делением газообразных летучих веществ. Длительность этого периода зависит главным образом от влажности топлива, размера его частиц и условий теплообмена между окружающей топочной средой и частицами топлива. Протекание процессов в период тепловой подготовки связано с поглощением теплоты главным образом на подогрев, подсушку топлива и термическое разложение сложных молекулярных соединений. Собственно горение начинается с воспламенения летучих (зона II) при температуре 400-600ºС, а выделяющаяся в процессе их горения теплота обеспечивает ускоренный прогрев и воспламенение коксового остатка. Горение кокса (зона III) начинается при температуре около 1000ºС и является наиболее длительным процессом. Это определяется тем, что часть кислорода в зоне у поверхности частицы израсходована на сжигание горючих летучих веществ и оставшаяся концентрация его снизилась, кроме того, гетерогенные реакции всегда уступают по скорости гомогенным для однородных по химической активности веществ [15].

В итоге общая длительность горения твердой частицы определяется горением коксового остатка. У молодых топлив, имеющих большой выход летучих веществ, коксовый остаток составляет менее половины начальной массы частицы, поэтому их сжигание происходит достаточно быстро и возможность недожога снижается. Старые виды твердых топлив обладают крупным коксовым остатком, близким к начальному размеру частицы, горение которого занимает все время пребывания частицы в топочной камере. Время сгорания частицы с начальным размером 1мм составляет от 1с до 2,5с в зависимости от вида исходного топлива.

Коксовый остаток большинства твердых топлив в основном, а для ряда твердых топлив почти целиком состоит из углерода. Углерод обеспечивает основное тепловыделение при сжигании топлива.

Кислород подводится из окружающей среды камерной топки к частице углерода за счет турбулентной диффузии, имеющей достаточно высокую интенсивность, однако непосредственно у поверхности частицы сохраняется тонкий газовый слой, перенос окислителя через который осуществляется по законам молекулярной диффузии. Этот слой в значительной мере тормозит подвод кислорода к поверхности. В нем происходит догорание горючих газовых компонентов топлива, выделяющихся с поверхности углерода в ходе химической реакции.

Количество кислорода, подводимого в единицу времени к единице поверхности частицы посредством турбулентной диффузии [16]:

(5)

где

- количество кислорода, подводимого в единицу времени к единице поверхности угольной частицы;

- концентрация кислорода в окружающем потоке продуктов сгорания;

- концентрация кислорода на границе пограничного слоя угольной частицы;

А - коэффициент турбулентного массообмена.

Такое же количество кислорода диффундирует из окружающей среды камерной топки через пограничный слой посредством молекулярной диффузии:

, (6)

где

- коэффициент молекулярной диффузии через пограничный слой;

- толщина пограничного слоя.

Подвод кислорода к реагирующей поверхности твердого топлива определяется константой скорости диффузии и разностью концентраций кислорода в потоке продуктов сгорания и на реагирующей поверхности:

, (7)

где

- обобщенная константа скорости диффузии.

Схема горения углеродной частицы угольной пыли показана на рисунке 6.

1 – поверхность углеродной частицы; 2 – ламинарный пограничный слой; 3 – зона турбулентного потока.

Рисунок 6 Схема горения углеродной частицы угольной пыли

В установившемся процессе горения количество кислорода, подводимого к поверхности реагирования диффузией, равно количеству кислорода, прореагировавшего с этой поверхностью. Скорость химической реакции определяется скоростью диффузионного подвода кислорода к поверхности

, (8)

где

- скорость диффузионного подвода кислорода к поверхности реагирования.

Скорость реакции горения углерода на поверхности:

, (9)

где

- скорость реакции горения углерода на поверхности;

- приведенная константа скорости.

При совместном решении уравнений (8) и (9) получаем окончательное выражение для скорости реакции:

, (10)

где

- приведенная константа скорости горения выражается в виде:

(11)

Величина, обратная константе скорости горения, представляет собой общее сопротивление процессу горения. Оно состоит из кинетического сопротивления , определяемого интенсивностью протекания собственно химической реакции на поверхности, и сопротивления диффузионного , зависящего от интенсивности подвода окислителя к поверхности. В зависимости от соотношения этих сопротивлений различают кинетическую и диффузионную области гетерогенного горения.

В соответствии с законом Аррениуса определяющим параметром скорости химической реакции является температура процесса. Константа скорости диффузии достаточно слабо изменяется с ростом температуры, в то время как константа скорости реакции - весьма сильно. При относительно невысокой температуре менее 800-1000ºС, химическая реакция протекает медленно несмотря на избыток кислорода около твердой поверхности. В этом случае велико химическое сопротивление и горение тормозится кинетикой реакции, эти условия определяют область кинетического горения.

Ввиду вялого протекания процесса в кинетической области подводимый за счет диффузии кислород полностью не расходуется, и потому концентрации его у поверхности реагирования и в потоке выравниваются.

На скорость горения нельзя воздействовать ни активизацией подвода кислорода, ни улучшением аэродинамики; скорость процесса всецело определяется кинетическими факторами, главным образом температурой.

Область горения, в которой скорость процесса зависит от диффузионных факторов определяет диффузионную областью горения.

Основной и наиболее длительной стадией горения является горение коксового остатка, интенсивность которого определяется интенсивность топливосжигания и газофикации в целом. Роль горения углерода объясняется следующим [17]:

1) твердый углерод, содержащийся в топливе, является главной горючей составляющей почти всех натуральных твердых топлив. Так, например, теплота сгорания коксового остатка антрацита составляет 95% теплота сгорания горючей массы. С увеличением выхода летучих доля теплоты сгорания коксового остатка падает и для торфа составляет 40,5% теплоты сгорания горючей массы;

2) стадия горения коксового остатка оказывается наиболее длительной из всех стадий и может занимать до 90% всего времени, необходимого для горения;

3) процесс горения кокса имеет решающее значение в создании тепловых условий протекания других стадий. Следовательно, основой правильного построения технологического метода сжигания твердых топлив является создание оптимальных условий для процесса горения углерода.

Химические реакции горения в топочной камере происходят не непосредственно с воздухом, а в смеси при наличии наряду с воздухом и продуктов сгорания. Экзотермичность протекания при горении топлива химических реакций совершаются с большим выделением теплоты в атмосфере избытка кислорода всех горючих составляющих топлива.

В условиях высоких температур в ядре факела могут протекать реакции, идущие с поглощением теплоты. Они являются эндотермическими. Если топливо и окислитель находятся в одном агрегатном состоянии, то химический процесс их реагирования является гомогенным в отличие от гетерогенного, когда они вступают в реакцию, находясь в различных агрегатных состояниях.

Горение частицы твердого топлива в воздухе является гетерогенным процессом; химические реакции предшествует процесс подвода окислителя к реагирующей поверхности турбулентной и молекулярной диффузией.

Общая теория гетерогенного горения на примере горения сферической частицы углерода [18]:

1) концентрация кислорода по всей поверхности частицы одинакова;

2) скорость реагирования кислорода с углеродом пропорциональна концентрации кислорода у поверхности, т.е. имеет место реакция первого порядка, что для гетерогенных процессов наиболее вероятно;

3) реакция протекает на поверхности частицы с образованием конечных продуктов сгорания, а вторичные реакции в объеме, а также и на поверхности частицы отсутствуют.

Поиск по сайту: