14.3. Особенности горения отдельных видов органического топлива.

Сжигание органического топлива – совокупность процессов, которые могут накладываться друг на друга, как во времени, так и в пространстве состоящая из:

–     подачи топлива;

–     подачи окислителя;

–     создание смеси горючего и окислителя;

–     нагрева образовавшейся  смеси до температуры воспламенения;

–     воспламенения; 

–     собственно горения;

–     дожигания;

–     отвода дымовых газов;

–     удаление очаговых  остатков.

 

Горение газообразного топлива – поточный процесс горения при котором оба реагирующих компонента (горючее и окислитель) находятся в одной фазе.

В топочный объём газ,  как правило, вводят через  сопла относительно малого сечения. Образующаяся  турбулентная  газовая струя расширяется по направлению движения за счет подсоса (эжектирования) в нее воздуха и газов с высокой температурой из окружающего топочного  пространства.  В  результате нагрева смеси в периферийной зоне струи она воспламеняется, образуя зону горения, расширяющуюся  по  мере удаления от устья сопла. В этой зоне выгорает до 90% горючего из смеси. остальные 10% горючего вступают в химическую реакцию с кислородом воздуха в  зоне догорания,  находящейся за зоной горения по ходу струи.  Горение протекает в диффузионном режиме. В ядре струи смесь не горит.

Горение предварительно  перемешанной  до молекулярного уровня  газовоздушной  смеси протекает в кинетическом или близком к нему режиме. Собственно горение газообразного топлива протекает практически мгновенно,  что объясняется цепным характером протекания реакций. Так в пламени  горящего  водорода  имеются промежуточные нестойкие вещества (атомарный кислород О и гидроксил ОН)  и  возбудитель цепи – атомарный водород.

Реакция горения угарного газа  СО  также протекает через  промежуточные  реакции  с активными центрами Н и  ОН,  образующимися при наличии в среде небольших количеств Н2О и Н2.

В пламени газообразных углеводородов также имеются промежуточные продукты: гидроксил ОН, метиловый спирт <![endif]–> и формальдегид СНОН и  активные  центры: атомарные водород и кислород.

Пламя газообразного топлива считают несветящимся из-за  отсутствия  в нем твердых частиц и небольшого  объёмного  содержания трех и более атомных газов.

 

Горение жидкого топлива – поточный процесс горения, при котором на начальных стадиях горючее и окислитель находятся в разных фазах.

Процесс горения содержит следующие  стадии:

–     распыливание (пульверизация);

–     испарение и термическое разложение тяжелых углеводородов;

–     смешивание  полученных продуктов с окислителем;

–     воспламенение и

–     собственно горение

Распыливают топливо с  помощью  форсунок различных типов: механических, воздушных и паровых. Мелкие  капли  топлива  за   счет большой удельной поверхности быстрее испаряются и создают газообразную смесь углеводородов, образовавшихся   при  термическом разложении, с воздухом. Чем меньше диаметр капель, тем  более однородна смесь топлива с воздухом и тем в большей степени процесс горения жидкого топлива приближается к горению газообразного. При грубом распыливании в  процессе горения происходит деструкция топлива с образованием как газообразной, так и твердой углеродистой (сажа, кокс) фаз.  По этой причине факел  жидкого топлива считают светящимся.

 

Горение твердого топлива – процесс горения термически нестойкого твердого вещества, протекающий через ряд стадий:

–     подготовка топлива к горению;

–     активное горение и

–     дожигание.

Стадия подготовки топлива к горению включает в себя его подсушку и газификацию. На этой стадии загруженное  в  топку  топливо является потребителем   тепловой  энергии. При повышении температуры топлива из  него начинает испаряться влага. Вначале испаряется механически связанная влага,  а затем влага внутренняя . Эти процессы заканчиваются при нагреве топлива до 150 – 200 <![endif]–>, когда из топлива улетучивается гидратная влага. Одновременно из топлива начинают выделяться летучие вещества. Выделившиеся летучие вещества образуют с воздухом горючие смеси, которые  воспламеняются  и  горят в топочном пространстве. После воспламенения летучих температура кусочка топлива начинает быстро  расти   и   при   достижении 700 – 800 <![endif]–> начинает гореть основной горючий элемент твердого топлива – углерод. Процесс горения переходит в стадию активного горения.

В основе  процесса горения частиц углерода лежат гетерогенные  реакции  взаимодействия углерода  с  окружающими частицу газами:<![endif]–>, <![endif]–>, <![endif]–>, СО и др.(см. реакции 6, 9, 10, 12, и 15).  Основными реакциями считают реакции взаимодействия углерода с кислородом с образованием оксида  и  диоксида  углерода.

Продукты сгорания диффундируют от поверхности частицы  в окружающее её пространство. При температурах (700 – 800 0С)  происходит одновременное образование СО и<![endif]–>. При  более  высоких  температурах  (800 – 1100 0С)  возможна вторичная реакция догорания образовавшегося СО вблизи поверхности частицы (13) так, что в топочную среду будет преимущественно отводится<![endif]–>.  При температурах 1200 – 1300 <![endif]–> часть образовавшегося <![endif]–> может вновь продиффундировать к поверхности углерода  и  вступить с ним в эндотермическую реакцию (15) с  образованием оксида углерода, который затем догорит в зоне пламени  вокруг  частицы.  При температурах выше  1200 – 1300 0С кислород, как правило не достигает поверхности частицы и процесс горения протекает по гетерогенной реакции (15). Важной отличительной особенностью горения коксового (углеродного) остатка частицы твердого топлива является его   высокая   пористость,  что обеспечивает диффузию внутрь частицы  активных по отношению к углероду газов (<![endif]–>, <![endif]–> и <![endif]–>). В ходе реагирования внутренняя поверхность частицы увеличивается за счет испарения влаги,  выхода летучих веществ, изменения температуры и других факторов.

По мере выгорания углерода  на  поверхности частиц  топлива  образуется зольная оболочка, которая затрудняет диффузию газов к  поверхности реагирования.  Горение топлива вступает в стадию дожигания,  которая играет  существенную роль при слоевом сжигании топлива. Слой шлакуется. Для удаления золового нароста проводят шуровку (перемешивание) слоя.

Читайте также:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *