 |
Характеристика горения твердого топлива.
|
|
|
|
Общая характеристика топлива, классификация топлива, химический состав топлива.
Топливо бывает 3-х видов: газообразное, твердое и жидкое. Твердое топливо такое как кос используется в доменных, мартеновских и т.д. печах. Жидкое и газообразное используется преимущественно в нагревательных печах. Самое популярное топливо – природный газ. Оно является естественным. Искусственным является доменный, коксовый, генераторный и другие газы. Естественным жидкими является нефть, искусственным мазут. Именно мазут является топливо для нагревательных печей. Природный газ состоит из метана и небольшого процента его гомологов. Такого балласта как азота и кислорода очень мало. Поэтому природный газ является самым выгодным топливом для нагревательных печей.
Основы горения топлива. Общая характеристика процессов горения. Горение гомогенное, гетерогенное. Области горения: кинетическая и диффузионная.
Горение — это химический процесс окисления горючих компонентов топлива, сопровождающийся интенсивным выделением теплоты.
Известно, что при низких температурах наличие топлива и воздуха (окислителя) не обеспечивает их химического соединения, называемого горением. Горение начинается только после того, как частицы прогрелись до температуры, обеспечивающей им энергию активации Е, достаточную для вступления в реакцию.
Частицы топлива и окислителя, обладающие начальным энергетическим уровнем Н, должны приобрести энергию активации. Для достижения энергетического уровня А, при котором реакция будет идти самопроизвольно, необходимо предварительно преодолеть энергетический барьер, равный разности энергетических уровней А и Н, после чего начинается экзотермическая реакция, идущая до точки К и сопровождающаяся выделением энергии (теплоты) в количестве ЕА_К.
|
|
|
Предварительный подогрев, необходимый для зажигания топлива, первоначально создается внесением в топку горящего факела, искры или другого источника высокой температуры. В дальнейшем частицы горящего топлива, горячие газы, а также накаленные теплоизлучающие стенки топочной камеры способствуют подогреву и протеканию реакции горения вновь поступающей топливно-воздушной смеси.
При нагреве жидкого топлива с недостатком воздуха происходит испарение углеводородов и их термическое разложение, сопровождающееся расщеплением углеводородов.
В результате расщепления образуются легкие и тяжелые углеводороды. Легкие углеводороды и водород быстро сгорают при благоприятных условиях (достаточная температура, наличие кислорода). Тяжелые, высокомолекулярные углеводороды и сажистый углерод очень трудно сгорают, вследствие чего значительная несгоревшая их часть уносится из топки либо образует в топках коксовые наросты. Копоть и сажа в пламени также являются результатом образования тяжелых, высокомолекулярных углеводородов.
Гомогенное горение – это когда сжигаются различные виды топлива, но в одинаковом агрегатном состоянии. Гетерогенное, наоборот, когда сжигаются топлива в различных агрегатных состояниях.
Кинетическая область горения – это область горения, где процесс горения не зависит от условий подвода кислорода. Доставляемый диффузией к поверхности кислород мгновенно вступает в реакцию, в результате чего его концентрация у поверхности становится практически равной нулю. Реакция могла бы идти со значительно большей скоростью, но она сдерживается недостаточным подводом кислорода. Эта температурная область реакции называется диффузионной областью горения. В условиях нехватки кислорода у поверхности получает развитие реакция восстановления СОг до СО на раскаленной поверхности углерода, а диффундирующий кислород полностью перехватывается в пограничной пленке газообразным СО, где и происходит окисление до двуокиси углерода СОг.
|
|
|
Характеристика горения газообразного топлива.
Горение газообразного топлива. Минимальная температура при которой происходит воспламенение смеси, называется температурой воспламенения. Значение этой температуры для различных газов неодинаково и зависит от теплофизических свойств горючих газов, содержания горючего в смеси, условий зажигания, условий отвода теплоты в каждом конкретном устройстве и т.д.
Горючий газ в смеси с окислителем сгорает в факеле. Различают два метода сжигания газа в факеле – кинетический и диффузионный. При кинетическом сжигании до начала горения газ предварительно смешивается с окислителем. Газ и окислитель подаются сначала в смешивающее устройство горелки. Горение смеси осуществляется вне пределов смесителя. При этом скорость горения не должна превышать скорости химических реакций горения гор = хим.
Диффузионное горение происходит в процессе смешивания горючего газа с воздухом. Газ поступает в рабочий объем отдельно от воздуха. Скорость процесса будет ограничена скоростью смешивания газа с воздухом гор = физ.
Кроме этого существует смешанное (диффузионно-кинетическое) горение. При этом газ предварительно смешивается с некоторым количеством воздуха, затем полученная смесь поступает в рабочий объем, где отдельно подается остальная часть воздуха.
В топках котельных агрегатов в основном используют кинетический и смешанный способы сжигания топлива.
Характеристика горения твердого топлива.
Процесс горения состоит из следующих стадий: 1) подсушка топлива и нагревание до температуры начала выхода летучих веществ; 2) воспламенение летучих веществ и их выгорание; 3) нагревание кокса до воспламенения; 4) выгорание горючих веществ из кокса. Эти стадии иногда частично накладываются одна на другую.
Выход летучих веществ у различных топлив начинается при различных температурах: у торфа при 550-660К, у бурых углей при 690-710К, у тощих углей и антрацита при 1050-1070К.
|
|
|
Горение жидкого топлива. Основным жидким топливом, используемым в теплоэнергетике и промышленной теплотехнике является мазут. В установках небольшой мощности также используют смесь технического керосина со смолами.
Наибольшее применение получило метод сжигания в распыленном состоянии. Этот метод позволяет значительно ускорить его сгорание и получить высокие тепловые напряжения объемов топочных камер вследствие увеличения площади поверхности контакта топлива с окислителем.
Процесс горения жидкого топлива можно разделить на следующие стадии: 1) нагревание и испарение топлива; 2) образование горючей смеси; 3) воспламенение горючей смеси от постороннего источника (искры, раскаленной спирали и т.п.); 4) собственно горение смеси.
|
|
|
