14.3.2. Горіння рідкого палива

Для горіння рідкого палива фізичними стадіями процесу є розпилювання палива, прогрівання його, випаровування та утворення горючої суміші. У зв’язку з цим можливі два випадки.

1. Спалювання палив, що легко випаровуються. Паливо спочатку випаровується, змішується з повітрям і горюча гомогенна суміш подається в камеру згоряння. В цьому випадку механізм та закономірності горіння рідкого палива нічим не відрізняються від горіння газоподібного.

2. Спалювання палива у рідкому стані. Таке спалювання застосовують у випадку спалювання палива, яке важко випаровується (мазут, смоли, солярове масло) в паленищах парових котлів, у промислових печах, в дизелях. В даний час не існує достатньо строгої теорії горіння палива в рідкому стані. Встановлено, що горіння рідкого палива можливе тільки в паровій фазі, оскільки температура кипіння рідких палив завжди нижча від температури самоспалахування.

Існує нижня та верхня межі спалахування рідкого палива. Нижня границя відповідає найнижчій температурі рідкого палива, коли пари над ним в суміші з повітрям здатні загорятися від зовнішнього джерела запалювання. Верхній границі відповідає температура рідкого палива, за якої воно запалюється та горить вслід за спалахуванням парів.

Інтенсифікація. Спалювання рідкого палива пов’язане головним чином з інтенсифікацією розпилювання та випаровування. Для тонкого однорідного розпилювання і сумішеутворення служать форсунки різних типів (механічні, парові, повітряні і т.п.) Призначення процесу розпилювання або пульверизації полягає в збільшенні поверхні контакту рідини з повітрям. За рахунок випромінювання в камері згоряння випаровування та термічний розклад інтенсифікуються.

Спалахування палива проходить не відразу на виході із форсунки, а на деякій відстані, там де створюється відповідний склад суміші і достатньо висока температура (рис. 14.2).

Р ис. 14.2. Структура факелу рідкого палива

В цьому випадку, коли забезпечується турбулізація струменю та його закручування, як у випадку спалювання газу, факел утворюється короткий, а спалювання повніше. Висока ефективність горіння рідкого палива досягається в циклонних печах.

14.3.3. Гетерогенне горіння

Горіння твердого палива – це складний фізико-хімічний процес, що складається з низкиу послідовних та паралельних стадій: теплова підготовка, що включає підсушування, виділення летких і утворення коксу, горіння летких та коксу з утворенням димових газів і негорючої золи.

Волога з палива випаровується в температурному інтервалі 0 - 100 ^оС, а температура початку виходу летких залежить від геологічного віку палива. Так, для бурого вугілля виділення летких починається за температури 150 - 170 ^оС, а для антрациту – за температури порядку 400 ^оС.

Механізм горіння палива визначається горінням коксу-вуглецю, що складає основну горючу частину твердого палива.

Леткі речовини спричиняють вплив на горіння коксу, оскільки загоряються раніше і сприяють прогріванню частинок коксу, горіння коксу починається завичай після вигоряння летких.

Шлак є небажаною домішкою палива. Він понижує теплоту згоряння палива, зменшує горючу частину і за умови значної кількості її в паливі ускладнює доступ окиснювача до коксу. Горіння може бути ускладнене шлакуванням частинок горючого, якщо температура в зоні горіння перевищує температуру плавлення шлаку.

В загальному вигляді горіння вуглецю може бути описане такою схемою:

С + О₂ = СО_{2 ;} (14.15)

2С + О₂ = 2СО ; (14.16)

С + СО₂ = 2СО ; (14.17)

2СО + О₂ = 2 СО_{2 .} (14.18)

Оскільки структура вуглецю (коксу) пориста, процес горіння протікає не тільки на поверхні, але і в об’ємі частинки. Горіння може протікати як в кінетичній, так і в дифузійних областях, результуюча швидкість горіння визначається більш правильним процесом.

За умови відносно низької температури ( 400 ^оС), швидкість хімічної реакції менша, ніж швидкість дифузії окиснювача до поверхні вуглецевого тіла, швидкість горіння визначається кінетикою хімічної реакції на поверхні.

З а дуже високих температур швидкість хімічної реакції настільки зростає, що процес горіння в цілому починає визначатись швидкістю дифузії, швидкістю підводення окиснювача, тобто його динамічними чинниками. Залежність зміни швидкості горіння від температури t і співвідношення кінетичної та дифузійної областей горіння показано на рис.14.3.

Рис. 14.3. Зміна швидкості горіння в залежності від температури

Швидкість дифузійного горіння не залежить від температури і зростає із збільшенням відносної швидкості (W) газового потоку окиснювача та зменшенням розміру d частинки.

Часто процес горіння твердого палива характеризується швидкостями горіння, які лежать в проміжній області. Для оцінки можливості інтенсифікації горіння твердого палива можна скористатись виразом для визначення швидкості вигоряння вуглецю

, (14.19)

де К_р – результуюча константа швидкості реакції, С- концентрація окиснювача; S_v – відносна поверхня палива в одиниці об’єму камери згоряння, зайнятого гарячим паливом.