2. 5. Горение твердого топлива.
Горение твердого топлива относится к гетерогенному.
Процесс горения твердого топлива складывается из следующих стадий:
подогрев и подсушка топлива,
процесс пирогенного разложения топлива с выделением летучих и образованием коксового остатка,
горение летучих,
горение коксового остатка.
Процесс выделения летучих, т. е. горючей смеси различных газообразных составляющих – Н2, СО, СН4, СmHn и др., протекает при подогреве топлива до 200 ˚С и выше. Температура начала выделения летучих зависит от возраста угля. Чем "старше" уголь, чем выше в нем содержание углерода, тем при более высокой температуре начинается процесс выделения летучих. Летучие в процессе горения твердого топлива играют важную роль, которая различна при горении кускового топлива и угольной пыли.
При горении кускового топлива летучие выделяются при сравнительно умеренных температурах, смешиваются с воздухом и воспламеняются первыми. Таким образом, горением летучих начинается процесс горения всего топлива. Тепло, выделяемое при горении летучих, способствует повышению температуры и дальнейшему развитию процесса горения. Горение углерода начинается уже после завершения выхода летучих. Процесс горения самого углерода продолжителен и он определяет время протекания всего процесса.
При сжигании угольной пыли в связи с огромной суммарной поверхностью угольных частиц основная масса летучих не успевает выделиться до момента воспламенения частиц, поэтому летучие сгорают вместе с углеродом.
3. Расчеты горения топлива.
При сжигании топлива в промышленных печах в качестве окислителя используют кислород, содержащийся в воздухе или в обогащенном кислородом дутье. В результате горения образуются продукты сгорания и развивается определенная температура.
3.1. Определение расхода воздуха.
Расход воздуха можно определять в объемных единицах и в единицах массы. В объемных единицах рассчитывают газообразное топливо, в единицах массы – жидкое и твердое топливо.
В качестве примера рассмотрим горение топлива, состоящего из 98 % СН4 и 2 % N2.
СН4 + 2 О2 = СО2 + 2 Н2О,
из которой следует, что для сжигания 1 кмоль СН4 требуется 2 кмоль О2. но объем 1 кмоль любого газа одинаков для всех газов и при нормальных условиях равен 22,4 м3, следовательно для сжигания 1 м3 СН4 требуется 2 м3 О2. В рассматриваемом примере в 1 м3 газа содержится 0,98 м3 СН4, для сжигания которого потребуется 0,98 ∙ 2 = 1,96 м3 О2. В сухом воздухе доля кислорода по объему составляет 21 %, а остальные 79 % приходится практически полностью на азот. Значит, количество азота в воздухе в 79/21=3,76 раза больше количества кислорода. Поэтому расход воздуха для сжигания 1 м3 газа указанного состава будет равен 1,96 + 1,96 ∙ 3,76=1,96 + 7,38 = 9,34 м3.
При горении топлива полученные на основе химических реакций количества кислорода и воздуха представляют те наименьшие количества, которые необходимы для полного окисления единицы горючего вещества. Такое наименьшее необходимое количество воздуха называют теоретическим. на прктике для более полного сжигания требуется подавать количество воздуха, несколько превышающее теоретическое. Величина показывающая отношение действительного расхода воздуха к теоретическому расходу называют коэффициентом расхода воздуха.
(2)
Изменение величины коэффициента расхода воздуха влечет за собой изменение количества воздуха, подаваемого для горения. Так, для рассмотренного выше примера горения газа при n=1,2 потребуется 1,96 ∙ 1,2 = 2,35 м3 О2 и 2,35 + 2,35 ∙ 3,76 = 11,19 м3 воздуха.