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.