Особенности горения 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, тем 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.
|
|
|
Методика расчета горения топлива
Промышленные виды топлива горят в результате химических реакций окисления их горючей части кислородом воздуха. Поэтому первой задачей расчета горения является определение расхода воздуха на горение топлива. Затем определяют количество и состав продуктов горения – дымовых газов, образующихся в результате горения топлива, и, наконец, находят температуру дымовых газов.
Первый этап этих расчетов – определение расхода кислорода. Расход кислорода рассчитывают исходя из стехиометрических соотношений реакций окисления отдельных компонентов горючей части топлива, их атомных и молекулярных масс. Для твердого и жидкого топлив эти расчеты ведут по соотношениям массы веществ, участвующих в реакциях, а для газообразного топлива – по объемным соотношениям. Расход воздуха определяют, учитывая в нем наличие азота. Расход кислорода и, следовательно, расход воздуха, соответствующий точным стехиометрическим соотношениям реакций горения, является теоретически необходимым расходом воздуха. В действительности же при сжигании топлива подают в топку всегда несколько больше воздуха в сравнении с теоретическим, так как часть кислорода не успевает прореагировать с горючими частями топлива из-за несовершенства процесса смешения топлива с воздухом.
|
|
|
Отношение действительного расхода воздуха к теоретическому называют коэффициентом избытка воздуха
, (19)
где n – коэффициент избытка воздуха.
– действительный объем воздуха, м3;
– теоретический объем воздуха, м3;
Значение коэффициента избытка зависит от вида топлива и степени совершенства устройства для сжигания топлива. Наибольшая полнота смешения с воздухом достигается у газообразного топлива. Поэтому его можно сжечь с минимальным избытком воздуха: n=1,05-1,1. Мазут при сжигании распыляют специальными форсунками, что обеспечивает образование развитой поверхности взаимодействия диспергированных капель мазута с воздухом. Однако даже в тонкодиспергированном мазуте не удается достичь идеального (молекулярного) смешения его капель с воздухом. Поэтому для сжигания мазута требуется повышенный избыток воздуха: n=1,1-1,2. Несколько больший избыток воздуха необходим при сжигании пылевидного топлива: n=1,2-1,25. Наименее развитая поверхность взаимодействия с воздухом образуется при сжигании твердого кускового топлива. Поэтому здесь избытки воздуха значительны: n=1,4-1,8.
|
|
|
Далее при расчете горения топлива определяют количество и состав дымовых газов, образующихся в результате этого процесса. Они также получаются из стехиометрических соотношений реакций взаимодействия горючих составных частей топлива с кислородом воздуха с учетом закона равенства массы реагирующих веществ и продуктов реакции. В составе и количестве дымовых газов, естественно, учитывается (к продуктам реакции плюсуются) избыточный кислород, весь азот и влага, вовлеченная с воздухом. Числовые примеры расчета расхода воздуха, состава и количества продуктов горения по стехиометрическим соотношениям реакций приведены в настоящих методических указаниях.
Существуют аналитические формулы для расчета горения топлива. Однако пользование ими не раскрывает возможных ошибок расчета, в связи с чем, расчет по стехиометрическим соотношениям, по крайней мере, для учебных целей, предпочтительнее. Существуют также многочисленные эмпирические формулы для определения расхода воздуха и количества дымовых газов. Все они основаны на установленной тесной корреляционной связи между теплотворностью топлива, расходом воздуха и количеством продуктов горения. Погрешность расчета при пользовании ими составляет 2-3 %. Ими удобно пользоваться в тех случаях, когда не требуется определять состав продуктов горения.
|
|
|
Третьим этапом расчета горения является определение температуры горения топлив. Различают теоретическую (калориметрическую) и практическую температуры горения топлива. Максимальная калориметрическая температура развивается при сжигании топлива с n=1. Эту характеристику Д.И.Менделеев называл жаропроизводительностью топлива.
Теоретическая – это та температура, которую приобрели бы дымовые газы, если бы все тепло от полного сгорания топлива воспринималось бы только дымовыми газами. В действительности теоретическая температура при сжигании топлива в печах никогда не достигается. Это происходит потому, что сжигание топлива в промышленных условиях сопровождается определенными потерями: часть топлива вообще не успевает сгорать и удаляется из печей вместе с золой, шлаком и дымовыми газами. Такие потери называют механическим недожогом.
В большинстве случаев топливо не сгорает до полной степени окисления его горючих составных частей – в дымовых газах наряду с CO2 и H2O появляются продукты неполного сгорания CO и H2 с соответствующим понижением тепловых эффектов процесса горения. Вследствие этого появляются потери тепла от химического недожога топлива. Затем часть тепла теряется через ограждающие конструкции устройства для сжигания топлива.
Кроме потерь тепла, часть его передается нагреваемому материалу непо-
средственно так называемой прямой отдачей, т.е. излучением, минуя нагрев дымовых газов, температура которых и по этой причине не может быть равной теоретической. Поэтому практическая (действительная) температура горения всегда ниже калориметрической (теоретической).
Факторы, которые обусловливают снижение теоретической температуры горения топлива при его сжигании в котельных и промышленных тепловых установках, учитывают калориметрическим коэффициентом 
(в некоторых источниках называют пирометрическим коэффициентом горения)
, (20)
где 
– практическая температура, оС;
– пирометрический коэффициент;
– калориметрическая температура, оС.
Пирометрический коэффициент зависит от назначения и конструкции печи и составляет: для топочных камер η=0,95, для садочных печей η=0,8-0,85, для проходных и протяжных печей η=0,7-0,75.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 1174; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!