Горение композиционного топлива.

Композиционным топливом являются водомазутные эмульсии, мазутоугольные и водомазутные суспензии, водоугольные суспензии, угольные гранулы и брикеты.

Рис.5 Схема микровзрыва при испарении капли водомазутной эмульсии

1 – капля эмульсии, 2 – включения воды в капле эмульсии, 3 – перегретые капельки воды при прогреве капли эмульсии, 4 – микровзрыв, 5 – изменение поверхности капли, 6 – горение паров мазута вокруг капли, 7 – начальная поверхность капли эмульсии

1. Первоначальная поверхность капли

2. Измененная поверхность капли

3. Горение паров мазута вокруг капли

4. Микровзрыв

5. Включение воды в каплю эмульсии

Водомазутная эмульсия содержащая до 10 – 15% воды, вводится в топочный объем аналогично мазуту в распыленном подогретом состоянии. Введение в объем капель мазута, мелких капель воды (размером меньше 0,007 мкм), вследствие большой разности температур испарения воды и мазута приводит, при нагреве топлива, к перегреву воды находящейся внутри капли, повышению давления, прорыву испаряющейся воды сквозь слой мазута во вне объема капли топлива, увлечению за собой части топлива и искривлению, в связи с этим, внешней поверхности капли эмульсии. Это явление называют явлением микровзрыва, что существенно повышает удельную поверхность реагирования топлива и как следствие увеличивает скорость его выгорания. На нагрев и перегрев воды расходуется теплота, что уменьшает температуру внутри капли и препятствует коксованию мазута. Количество паров воды в продуктах сгорания увеличивается, что приводит к снижению температуры у поверхности зоны горения и в факеле в целом, следовательно, происходит уменьшение образование оксидов азота. Таким образом, введение влаги в мазут с образованием водомазутной эмульсии повышает скорость горения этого топлива, уменьшает сажеобразование при горении, уменьшает образование окислов азота и их выброс с продуктами сгорания, улучшает условия эксплуатации оборудования. Правда введение воды в топливо требует увеличения затрат топлива на ее испарение. Но они меньше потерь топлива от механического и химического недожога. Если влагосодержание не превышает 15% , то производительность котлов повышается по сравнению со сжиганием в них мазута.

Способы сжигания органического топлива

Способы сжигания топлива в потоке воздуха классифицируются по скорости движения воздуха относительно скорости движения частиц топлива.

Существует 4 способа сжигания:

1. В плотном фильтрующем слое. Скорость воздуха много больше скорости движения частиц топлива.

2. Кипящий фонтанирующий слой. Скорость воздуха больше, но соизмерима со скоростью движения частиц топлива.

3. В потоке воздуха. Скорости движения воздуха и топлива примерно равны.

4. Циклонное сжигание топлива. Скорость воздуха меньше или равна скорости витания частиц топлива.

Рис.6 Схемы организации сжигания топлив

а – в плотном фильтрующем слое, б – в кипящем слое, в – потоке воздуха, г – в завихренном потоке циклонной камеры

Слоевой процесс сжигания топлива.

Слоевое сжигание происходит при горении кускового твердого топлива. Слой продувается воздухом со скоростью, при которой устойчивость слоя не нарушается и выполняется неравенство.

Р_г – гравитационная составляющая сил действующих частицу топлива.

С_к – коэффициент гидродинамического сопротивления частицы топлива. С_к = f(Re) для частицы топлива.

F – сечение частицы м²

ω – скорость газового потока м/с

ρ_г – плотность газового потока кг/м³

g – гравитационное ускорение

При сжигании топлива в слое можно разделить процесс горения на две зоны.

- кислородную

- восстановительную

Рис.7 Схема слоевого процесса сжигания твердого топлива

а – схема горения топлива в плотном слое, б – изменение состава газов (СО₂, О₂, СО) и температуры Т по высоте слоя Н, 1 – восстановительная зона горения, 2 – окислительная (кислородная) зона горения, 3 – ввод воздуха в слой топлива, 4 – вывод золы из слоя, 5 – вывод продуктов сгорания из слоя, 6 – ввод твердого топлива в слой, 7 – частицы твердого топлива в слое, 8 – воздухораспределительная (колосниковая) решетка

В кислородной зоне основной реакцией является соединение с кислородом с образованием углекислого и угарного газа. В конце этой зоны температура слоя достигает максимума. Размер кислородной зоны зависит от начального состава топлива (его зольности и влажности), крупности, температуры и не зависит от скорости воздуха.

За кислородной зоной следует восстановительная, в которой завершаются окислительные реакции и активно протекает реакция восстановления воды и углекислого газа. При взаимодействии с углеродом топлива образуются продукты вторичных реакций – водород и угарный газ. Эти реакции эндотермические.

В случае невозможности поддержания высоты слоя на уровне кислородной зоны, для дожигания газообразных продуктов неполного горения над слоем вводят дополнительный поток воздуха. Регулирование скорости горения происходит путем изменения расхода воздуха.