73. Горение твердого, жидкого и газообразного топлива.

Горение газов осуществляется в объеме и относится к гомогенного горения, оно может происходить в кинетической и диффузионной областях. Кинетическое горение. После того как произошло воспаление, наступает процесс распространения пламени, связан с постоянной передачей тепла от сгоревших в новых порций топлива.

Подобная передача тепла определяется законами теплопроводности и диффузии и зависит от характера пламени. Если пламя распространяется в неподвижной смеси или в смеси движется ламинарно, то основной формой передачи тепла является теплопроводность. Подобный чисто теплопроводный процесс получил название нормального горения. При турбулентном движении газ окислительной смеси большую роль играет турбулентная диффузия. При некоторых условиях распространения пламени происходит с огромной скоростью и имеет характер взрывной волны. Подобное распространение пламени получило название детонационного горения или просто детонации. Диффузионное горение. В настоящее время широко распространен диффузионный метод сжигания газообразного топлива, при котором смешивания и горение происходит в одном объеме. Поэтому процессы смешивания при диффузионном горении играют первостепенную роль. Процессы смешивания между струями топлива и воздуха могут протекать при ламинарном и турбулентном течениях этих струй. В первом случае смешения определяется молекулярной диффузией, во втором - турбулентной диффузией. Расчеты и опыты показали, что при ламинарного течения струй высота пламени пропорциональна скорости подачи газа и оборотнопропорцийна коэффициента диффузии. При определенном (критическом) значении скорости ламинарный факел начнет переходить в турбулентный. Критическое значение критерия Рейнольда Яекр, при достижении которого начинается переход ламинарного пламени в турбулентное, зависит от вида топлива, динамических

Частицы жидкого топлива и окислителя, обладающие начальным энергетическим уровнем Н, должны приобрести энергию активации. Для достижения энергетического уровня А, при котором реакция будет идти самопроизвольно, необходимо предварительно преодолеть энергетический барьер, равный разности энергетических уровней А и Н, после чего начинается экзотермическая реакция, идущая до точки К и сопровождающаяся выделением энергии (теплоты) в количестве ЕА_К.

Предварительный подогрев, необходимый для зажигания топлива, первоначально создается внесением в топку горящего факела, искры или другого источника высокой температуры. В дальнейшем частицы горящего топлива, горячие газы, а также накаленные теплоизлучающие стенки топочной камеры способствуют подогреву и протеканию реакции горения вновь поступающей топливно-воздушной смеси.

При нагреве жидкого топлива с недостатком воздуха происходит испарение углеводородов и их термическое разложение, сопровождающееся расщеплением углеводородов.

В результате расщепления образуются легкие и тяжелые углеводороды. Легкие углеводороды и водород быстро сгорают при благоприятных условиях (достаточная температура, наличие кислорода). Тяжелые, высокомолекулярные углеводороды и сажистый углерод очень трудно сгорают, вследствие чего значительная несгоревшая их часть уносится из топки либо образует в топках коксовые наросты. Копоть и сажа в пламени также являются результатом образования тяжелых, высокомолекулярных углеводородов.

Таким образом, процесс горения жидкого топлива проходит следующие стадии: смешение капель топлива с воздухом, подогрев их и испарение, термическое разложение (расщепление), образование газовой фазы, воспламенение и завершение оксидирования (горения) газовой фазы. Стадии эти неотделимы одна от другой и в какой-то мере совмещаются.

Образовавшаяся после прохождения первых стадий горения газовая смесь легко воспламеняется и быстро сгорает.

Если процесс нагрева и испарения частиц топлива протекает быстро, то при достаточном количестве кислорода создаются наиболее благоприятные условия для полного горения, в противном случае происходит глубокий распад углеводородов с образованием трудносжигаемых частиц. Мелкое распыление частиц топлива и равномерное их распределение увеличивают активную (поверхность реакции, облегчают нагрев и испарение частиц и способствуют процессу быстрого и полного горения.

СЖИГАНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

К твердому топливу относят все виды древесины, торфа

и каменного угля.Независимо от вида твердого топлива процесс его сгорания имеетсходные особенности. Топливо размешают слоями на

колосниковой решетке печи с соблюдением циклов сжигания.

К таким циклам относятся: загрузка, подсушка и

разогревслоя, горение с выделением летучих веществ,

догорание остатков и, наконец, удаление шлаков. Каждая

стадия сжигания топлива характеризуется своими

показателями, влияющими на тепловой режим печи.

Подсушка н разогрев слоя в самом начале не сопровождаются

выделением тепла, а, наоборот, носят эндотермический

характер, Т.е. поглощаюттепло от несгоревших

остатков и разогретых стен топливника. По мере разогрева

слоя топлива начинается выделение газообразных горючих

компонентов, которые сгорают в газовом объеме

печи. Процесс тепловыделения носит нарастающий характер

и достигает максимума при сгорании коксовой основы топлива. Значительное влияние на процесс горения

топлива оказывает его качество (зольность, влажность,

содержание летучих горючих веществ и углерода).

Кроме того, накладывает свой отпечаток правильный

выбор конструкции печи и режимов горения. Так, большое

количество влаги требует значительного потребления

тепла для испарения, что отрицательно сказывается

на процессе горения. Поэтому при сжигании влажного

топлива цикл горения затягивается, а температура в топливнике

повышается очень медленно или даже снижается

в первый период. Повышенная зольность также замед- ляет

процесс горения и приводит к неполному сгоранию

топлива. Обволакивая горючие компоненты, зольная масса

препятствует доступу кислорода в зону горения, в

результате чего может происходить неполное сгорание и

повышенное образование механического недожога.

Цикл интенсивного горения топлива зависит от его

химического содержания - соотношения летучих газообразных

компонентов и твердого углерода. Разумеется, что

в первую очередь начинают сгорать летучие компоненты,

которые выделяются и воспламеняются при сравн~льно

низких (150-200·С) температурах. Этот процесс может

быть несколько растянуг по времени из-за большого

разнообразия веществ, которые различны по своему

химическому составу и температуре воспламенения.

Горение летучих веществ происходит в надслоевом газовом

объеме топливника.

Наибольшую температуру горения имеют твердые

компоненты топлива, которые остаются после удаления

летучих веществ. Как правило, эти компоненты имеют углеродную

основу и сгорают при температурах 650-700·С.

Процесс горения твердых компонентов происходит в тонком

слое над колосниковой решеткой и сопровождается

большим количеством выделяемого тепла.