Сжигание топлива в кипящем слое
Когда уменьшается размер частиц топлива, а скорость окислителя увеличивается, то происходит вынос частиц топлива из слоя. Скорость потока, при которой нарушается устойчивость слоя называется критической. Частицы топлива поднимаются над слоем вместе с потоком воздуха, а затем под действием гравитационных сил снова опускаются к слою, где подхватываются новым потоком воздуха, топливо как - бы кипит. Пределы скорости потока, обеспечивающие сохранение кипящего слоя, устанавливаются неравентвом:
Рг – гравитационная составляющая сил действующих частицу топлива.
Ск – коэффициент гидродинамического сопротивления частицы топлива. Ск = f(Re) для частицы топлива.
F – сечение частицы м2
ω – скорость газового потока м/с
ρг – плотность газового потока кг/м3
g – гравитационное ускорение
ωк – скорость газов над кипящим слоем.
ρh – плотность газов над кипящим слоем.
Рис. 8 Изменение температуры и состава газа при сжигании топлива в кипящем слое. Т – температура, СО2 и О2 – концентрации диоксида углерода и кислорода в потоке газа, Н – высота слоя,; а – схема горения топлива в кипящем слое, б – изменение состава газов (СО2 и О2) по высоте слоя Н, 1 – воздухораспределительная решетка, 2 – кипящий слой, 3 – верхний уровень кипящего слоя, 4 – надслоевое пространство
К.С. 0,3 – 0,5 м
Н.С.П. – надслоевое пространство
1 – воздух
2 – граница кипящего слоя
Скорость воздуха в расчете на сечение слоя составляет от 0,5 до 4 м/с (чаще от 0,5 до 2,5 м/с), а размер частиц топлива от 3до 10 мм.
Концентрация топлива в кипящем слое не превышает 5%, что позволяет сжигать таким методом любое топливо включая горючие отходы с низкой теплотой сгорания. При необходимости, для снижения температуры топочного объема, с целью предотвращения образования оксидов азота, может быть введен в топочное пространство негорючий наполнитель, активный к вредным газам, содержащимся в продуктах сгорания.
Размельченный известняк, введенный в топку, может перевести в твердое состояние до 95% SO2 ,образующегося при сгорании серы топлива.
Факельный способ сжигания топлива.
Рг – гравитационная составляющая сил действующих частицу топлива.
Ск – коэффициент гидродинамического сопротивления частицы топлива. Ск = f(Re) для частицы топлива.
F – сечение частицы м2
ω – скорость газового потока м/с
ρг – плотность газового потока кг/м3
g – гравитационное ускорение
При скорости газового потока превышающей скорость витания частиц, они выносятся из слоя и оказываются взвешенными в газовоздушном потоке и начинают перемещаться вместе с ним, сгорая во время движения в пределах топочного объема. Поскольку время движения ограничено, топливо предварительно обрабатывают (измельчают и перемешивают с окислителем). Малая концентрация топлива в топочном объеме в сочетании с большой протяженностью зоны горения является причиной относительно низких напряжений топочного объема.
При сжигании топлива, двигающегося в потоке воздуха, для его более полного сжигания, необходимо обеспечить высокую температуру среды в зоне воспламенения, это достигается при рециркуляции горячих продуктов сгорания к корню факела, а также разделением воздуха на первичный и вторичный. При данном способе сжигания увеличивается избыток воздуха от 25% и выше по отношению к теоретически необходимому. Способ сжигания очень чувствителен к входным условиям:
- степень измельченности массы топлива
- избыток воздуха
- степень подогрева воздуха и т.д.
Однако при этом способе возможна полная автоматизация процесса горения.
Циклонный способ сжигания топлива.
При данном способе сжигания, поток окислителя вводится в топочный объем таким образом, чтобы создать циркуляционное вихревое движение. Частицы топлива, захватываются этим вихрем и циркулируют с потоком по его контуру, столько сколько нужно для полного сгорания. Такой способ сгорания позволяет увеличить концентрацию топлива в топочном объеме и требует избыток воздуха 5 – 10% по отношению к теоретически необходимому.
Но применяется этот способ при небольших мощностях, так как требует больших энергетических затрат для создания циркуляционной зоны горения.
Паровые и водогрейные котлы
Котел это устройство в котором для получения пара или нагрева воды, под давлением выше атмосферного, потребляемых вне этого устройства, используется теплота выделяющаяся при сгорании органического топлива.
Основные характеристики котлов:
1.номинальная паропроизводительность – наибольшая паропроизводительность, которую котел должен обеспечить в длительной эксплуатации, при сжигании основного топлива при номинальных значениях параметров пара и питательной воды.
2. номинальная теплопроизводительность (мощность котла) – наибольшая теплопроизводительность которую котел должен обеспечить в длительной эксплуатации при номинальных значениях параметров.
3. поверхность нагрева – поверхность, которая с одной стороны нагревается путем радиации факела или продуктами сгорания, а с другой стороны омывается водой.
4. Компоновка котлагрегата – взаимное расположение топки и конвективных газоходов, определяющее в них направление движения продуктов сгорания.
5. кратность циркуляции – отношение количества воды, проходящей через циркуляционный контур в определенный промежуток времени к количеству пара получаемому за то же время.(с повышением тепловой нагрузки, кратность циркуляции уменьшается).
Рис. 9 Схема паросборника котла
Водяной объем – это объем в котле заполняемый водой (в том числе и в трубах).
Паровой объем – это объем занимаемый паром в котле.
Зеркало испарения – поверхность разделяющая воду и пар
Огневая линия – условная линия на поверхности котла, до которой доходят дымовые газы.