2. Процес горіння палива і способи спалювання

Програмні питання

Суть процесу горіння. Теоретично необхідна і дійсна кількість повітря для горіння. Коефіцієнт надлишку повітря. Розрахунок обєму продуктів згорання. Поняття про ентальпію продуктів згорання.

Шаровий, факельний і вихровий способи спалювання палива. Спалювання твердого палива. Горіння твердого палива в шарі та у завислому стані. Горіння газового палива. Умови горіння.

Прочитайте

Л -1, ст. 166-170; Л -2, 136-145; Л-3, ст.. 161-172; Л-6, ст.. 232-240

Теоретичні відомості

Горінням називається неперервний процес інтенсивного з’єднання горючої речовини з окислювачем (киснем), який йде при високих (1000-2000 ) температурах і характеризується інтенсивним тепловиділенням.

Схематично процес горіння можна представити слідуючим чином. При нагріванні палива до температури займання починається розпад горючої маси на складові елементи, які потім окислюються киснем і виділяють теплоту. Від виділення теплоти нагрівається маса поблизу лежачого палива, в якому починається також розпад горючої маси на складові елементи. Таким чином, вся маса палива, що знаходиться в топці, починає горіти.

Інтенсивність горіння, тобто реакція окислення, суттєво залежить від концентрації речовин і їх температури.

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 тепла виділяється набагато менше, ніж при повному згорянні.

Кількість повітря, необхідного для повного згорання палива, визначити достатньо легко, якщо відомий склад в ньому і .

Для повного згорання 1кг палива необхідно мати повітря, кг:

(2.1)

Об’єм теоретично необхідної кількості повітря для повного згорання 1кг палива:

(2.2)

При згоранні палива частина кисню повітря не встигає вступити в реакцію окислення, тому для забезпечення повного згорання палива необхідно до нього підводити повітря з деяким надлишком в порівнянні з теоретично необхідною кількістю. Відношення дійсної кількості повітря до теоретично необхідної називають коефіцієнтом надлишку повітря:

(2.3)

Для грубих оцінок можна вважати, що об’єм продуктів згорання твердого і рідкого палива дорівнює об’єму повітря , який дійсно витрачається на згорання палива, а для газоподібного палива – дійсно поданої кількості повітря плюс газу.

Ентальпія продуктів повного згорання 1кг твердого палива або 1м газоподібного палива обчислюється за формулою:

(2.4)

де - об’єм продуктів згорання, м ; - середня об’ємна теплоємність продуктів згорання при постійному тиску, кДж/кг; - температура газу, .

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 пило видному 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 (мал.. , 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—30 мм (горіх). При цьому забезпечується стійке залягання шару палива на колосниковій решітці і достатня реагуюча поверхня кусочків палива.

Ф акельний процес спалювання палива (мал..в) характеризуе­мся тим, що дрібні часточки пило видного палива в завислому стані безперервно рухаються разом з газоповітряним потоком через весь 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.

В ихровий процес спалювання палива (мал ,г) ґрунтується 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.

Горіння твердого палива – це складний фізико-хімічний процес, що складається з ряду послідовних стадій: підсушування палива і нагрівання до температури початку виходу летких речовин; спалахування летких речовин та їх вигорання; вигорання горючих речовин з коксу.

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

Процес горіння рідкого палива складається із розпилення, нагрівання і випаровування, перемішування парів палива з повітрям, займання і саме горіння суміші. Тому перед спалюванням рідке паливо повинно бути розпилене на дрібні крапельки для збільшення поверхні стикання палива з повітрям. З цією метою рідке паливо у факельні топки вводиться через форсунки.