32. Аэродинамические схемы организации сжигания твердого топлива.
При сжигании твердых топлив применяются три основных способа: слоевой, факельный и вихревой.
Слоевой процесс сгорания протекает на колосниковой решетке. При так называемой схеме встречного питания слоя воздух поступает под неподвижный или движущийся слой топлива, реагируя с которым образует поток горячих топочных газов. Подвод воздуха и отвод продуктов сгорания осущся тягодутьевой установкой или происходит за счет естественной тяги. Интенсивность горения зависит от суммарной поверхности кусочков окисляемого топлива. Поэтому для увеличения тепловой мощности топки желательно сжигать топливо меньшими кусками. Однако при этом воздух может увлечь из слоя топлива некоторое количество мелочи. Это заставляет выбирать определенные соотношения межу размерами кусков топлива и напором воздуха. Изменяя подачу воздуха под решеткой, можно регулировать нагрузку топки путем изменения количества подаваемого топлива, одновременно создавая условия для устойчивого процесса его горения (рис. А).
При факельном сжигании пылевидного топлива скорость газового потока превосходит скорость парения частиц топлива, а поэтому частицы находятся во взвешенном состоянии и сгорают в пределах топочного пространства, ограниченного стенками топки. Для факельного процесса сжигания топливо размалывается до пылевидного состояния, вследствие чего значительно увеличивается поверхность соприкосновения частиц топлива с воздухом. Однако в процессе сгорания частички топлива, использовав окружающий их воздух, обволакиваются газообразной пленкой продуктов сгорания, что затрудняет доступ свежего воздуха. Это снижает скорость выгорания топлива. Пребывание частичек в топке не превышает 1-2сек. Вследствие очень малого запаса топлива в факельной топке процесс горения в ней неустойчив и чувствителен к изменению режима работы топки. Мощность таких топок можно регулировать только одновременным изменением количества подаваемого воздуха и топлива (рис.Б).
Вихревой процесс отличается от факельного тем, что частицы топлива движутся по заданной траектории и совершают свой путь до полного сгорания. Поскольку при вихревом процессе частицы топлива находятся в зоне высоких температур более длительное время, то размер частиц можно увеличить до 2-5мм, что сократит расход электроэнергии на размол. Вихревой процесс сжигания топлива позволяет достигнуть значительных тепловых напряжений, а следовательно, и больших нагрузок топочного пространства. (рис.В).
33. Схема горения частиц натурального твердого топлива
Горением топлива называется окислительный процесс, сопровождающийся выделением теплоты и значительным повышением температуры горящего топлива и образовавшихся продуктов сгорания.
Процесс горения твердого топлива условно можно разбить на следующие стадии: подогрев и испарение влаги, возгонка летучих т образование кокса, горение летучих и кокса, образование шлака. При сжигании жидкого топлива кокс и шлак не образуются, при сжигании газообразного имеются лишь две стадии – подогрев и горение.
Количество воздуха, необходимого для горения. Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива определяют по формулам.
Для приближенных расчетов при малой влажности топлива можно пользоваться следующей эмпирической формулой: V0 = 1,1(Qpн + 6Wр)/1000 м3/кг
Теоретического количества воздуха не хватает для полного сгорания топлива, т.к. часть воздуха не успевает вступить в соприкосновение с углеродом и уходит в газоходы котла в свободном состоянии.
Действительное количество воздуха, необходимое для подачи в топку, можно определить Vд = αт V0
Где αт – коэффициент избытка воздуха в топке.
Для установления коэффициента избытка необходимо знать состав уходящих дымовых газов, который определяется специальными приборами – газоанализаторами (переносными и стационарными).
При полном сгорании коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания определяется α = 21/(21 – О2)
где О2 - процентное содержание кислорода в дымовых газах, найденное путем анализа.
Коэффициент избытка воздуха можно определить, если известно процентное содержание СО2 + SО2 = RO2 в продуктах сгорания.
α = RO2 макс / RO2
где RO2 макс - максимальное теоретическое содержание СО2 + SО2, которое получается при горении топлива без избытка воздуха (выбирается по таблицам в зависимости от марки топлива). Например, для антрацита =1,35-1,5, для торфа =1,3-1,35, для мазута и природного газа = 1,1-1,2.
Коэф.избытка воздуха зависит от сорта сжигаемого топлива, способа его сжигания и конструкции топки.
Реакции горения.
При полном сгорании углерода реакция протекает по следующему уравнению:
1 кг С + 32/12 кг О2 → 44/12кг СО2+ 8137ккал/кг
Где 8137 – количество тепла, выделившегося при полном сгорании 1кг углерода.
Если к углероду подвести кислорода в 2 раза меньше, чем необходимо для полного сгорания, то реакция протекает следующим образом:
1 кг С + 16/12кг О2 → 28/12кг СО2 + 2366ккал/кг
Т.е. тепла выделится в 3 раза меньше, чем при полном сгорании. Поэтому очень важно следить за процессом и не допустить образования СО. СО – ядовитый газ, который даже при небольшой концентрации может вызвать удушье.
Уравнение реакции горения водорода имеет вид:
1 кг Н2 + 8кг О2 → 9 кг Н2О + 28750 ккал/кг
Сера при сгорании превращается в сернистый газ. Реакция протекает по следующему уравнению (без учета колчеданной серы и образования серной кислоты).
1 кг S + 1 кг О2 → 2 кг SO2 + 2160 ккал/кг