КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Горение твердого топлива

Горение твердого топлива (угольной пыли) включает два периода: теп­ловую подготовку и собственно горение (рис. 4.5). В процессе тепловой под­готовки (рис. 4.5, зона I) частица топлива прогревается, высушивается и при температуре выше 110°С начинается тепловое разложение исходного веще­ства топлива с выделением газообразных летучих веществ. Длительность этого периода зависит главным образом от влажности топлива, размера его частиц, условий теплообмена и составляет обычно десятые доли секунды. Протекание процессов в период тепловой подготовки связано с поглощени­ем тепла, главным образом, на подогрев, подсушку топлива и термическое разложение сложных молекулярных соединений, поэтому нагрев частицы в это время идет замедленно.

Веществ и находится по приближенной формуле

Тг п

Горение твердого топлива

(4.15)

Собственно горение начинается с воспламенения летучих веществ (рис. 4.5, зона II) при температуре 400-600°С, а выделяющаяся в процес­се их горения теплота обеспечивает ускоренный прогрев и воспламенение твердого коксового остатка. Горение летучих веществ занимает 0,2-0,5 с. При большом выходе летучих (бурые и молодые каменные угли, сланцы, торф) выделяющейся теплоты их горения достаточно для воспламенения коксовой частицы, а при малом выходе летучих возникает необходимость дополнительного прогрева коксовой частицы от окружающих раскаленных газов (зона III).

Горение кокса (рис. 4.5, зо - на IV) начинается при температу­ре около 1 000°С и является наи - 50лее длительным процессом. Это определяется тем, что часть кис­лорода в зоне у поверхности ча­стицы уже израсходована на сжи­гание горючих летучих веществ и оставшаяся концентрация его снизилась, кроме того, гетероген­ные реакции всегда уступают по скорости гомогенным для однород­ных по химической активности ве­ществ.

В итоге общая длительность горения, твердой частицы (1,0-2,5 с) в основном определяется горени­ем коксового остатка (около 2/3 об­щего времени горения). У молодых топлив, имеющих большой выход летучих веществ, коксовый оста­ток составляет менее половины на­чальной массы частицы, поэтому их сжигание (при равных началь­ных размерах) происходит достаточно быстро и возможность недожога снижается. Старые по возрасту топлива имеют плотную коксовую части­цу, горение которой занимает почти все время пребывания в топочной камере.

Коксовый остаток большинства твердых топлив в основном, а для ряда твердых топлив почти целиком состоит из углерода (от 60 до 97% массы частицы). Учитывая, что углерод обеспечивает основное тепловыделение при сжигании топлива, рассмотрим динамику горения углеродной части­цы с поверхности. Кислород подводится из окружающей среды к части­ке углерода за счет турбулентной диффузии (турбулентного массоперено-

Горение твердого топлива

III

II

IV

Рис. 4.5. Температурный режим при горе­нии отдельной частицы твердого топлива: 1 - температура газовой среды вокруг ча­стицы; 2 - температура частицы; 3 — вос­пламенение коксового остатка; 4 — завер­шение горения коксового остатка; 1 — зона термической подготовки; II — зона горе­ния летучих веществ; III — зона «прогрева коксового остатка; IV — зона горения кок­сового остатка.

Имеющего достаточно высокую интенсивность, однако непосредствен - Но У поверхности частицы сохраняется тонкий газовый слой (пограничный Сл°й), перенос окислителя через который осуществляется по законам мо­лекулярной диффузии (рис. 4.6). Этот слой в значительной мере тормозит подвод кислорода к поверхности. В нем происходит догорание горючих 1 азовых компонент, выделяющихся из частицы в ходе термического разло­жения. Количество кислорода, подводимого в единицу времени к единице Поверхности частицы посредством турбулентной диффузии определяется

По формуле

Go

= Л(СП0Т-Ссл). (4.16)

Горение твердого топлива

Газовоздуш­ный поток

Рис. 4.6. Схема горения углерод­ной частицы: 1 — поверхность уг­леродной частицы; 2 — ламинар­ный пограничный слой; 3 — зона турбулентного потока.

Go

Такое же количество кислорода диф­фундирует через пограничный слой толщи­ной 5 посредством молекулярной диффу­зии:

/^(Ссл С|тов)

(4.17)

В (4.16) и (4.17) Спот ~ концентрация кислорода в окружающем частицу потоке; Ссл — то же на внешней границе погранич­ного слоя; Спов — то же на поверхности топлива; S — толщина пограничного слоя; D — коэффициент молекулярной диффузии через пограничный слой; А — коэффициент турбулентного массообмена.

Сок —

Совместное решение уравнений (4.16) и (4.17) приводит к выражению

1

(Спот-Спов) (4.18,а)

1/A + 5/D

Или

G0

(4.18,6)

^д(Спот СПОв) 5

В котором

AD

1/A + 5/d (A6 + D)

— обобщенная константа скорости диффузии.

(4.19)

Из формул (4.18, а) и (4.18,6) следует, что подвод кислорода к реаги­рующей поверхности твердого топлива определяется константой скорости диффузии и разностью концентраций кислорода в потоке и на реагирующей поверхности.

(4.20)

В установившемся процессе горения количество кислорода, подводи­мого диффузией к поверхности реагирования, равно его количеству, про­реагировавшему на поверхности в результате химической реакции. Отсюда скорость реакции горения углерода с поверхности Ks из равенства массо­вых скоростей двух процессов — диффузионного подвода и расхода кисло­рода на поверхности в результате химической реакции:

Ks ~ /3/гл(С,,0Т — Спов) — /ВД.

Где дополнительно (і — отношение расхода углерода и кислорода в химиче­ской реакции. Так, например, в реакции С+О2 =С02 значение Р = 12/32 = -. 0,375.

Из уравнения (4.20) можно получить приведенную константу скорости і прения Кп учитывающую как условие диффузии, т. е. значение кд, гак и интенсивность химической реакции кр:

К кЛ (4 21)

(кр + кл)

Величина, обратная константе скорости горения, 1/Кг представляет собой общее сопротивление процессу горения.

В соответствии с законом Аррениуса, определяющим параметром ско­рости химической реакции, является температура процесса. Константа ско­рости диффузии /сд достаточно слабо изменяется с ростом температуры (рис. 4.1,а), в то время как константа скорости реакции /ср — весьма силь­но (экспоненциальная зависимость). При относительно невысокой темпе­ратуре для топки (800-1 000°С) химическая реакция протекает медлен­но, несмотря на избыток кислорода около твердой поверхности, так как кр < кд. В этом случае горение тормозится кинетикой химической реакции, поэтому эту зону температур называют областью кинетического горения. Наоборот, при высоких температурах горения (выше 1 500°С) и сжигании угольной пыли значение /сд <С кр и процесс горения тормозится условия­ми подвода (диффузии) кислорода к поверхности частицы. Этим условиям соответствует область диффузионного горения. Создание в этой зоне темпе­ратур факела дополнительных условий для перемешивания горящей смеси (приводящей к увеличением значения кд) способствует ускорению и углуб­лению выгорания топлива.

Аналогичный эффект в части интенсификации горения достигается уменьшением размера частиц пылевидного топлива. Частицы малых раз­меров имеют более развитый тепломассообмен с окружающей средой и, та­ким образом, более высокое значение /ед. Повышение температуры приводит к смещению процесса окисления в область диффузионного горения, так как быстро растет константа /ср.

Область чисто диффузионного горения пылевидного топлива харак­терна для ядра факела, отличающегося наиболее высокой температурой Прения, и зоны догорания, где концентрации реагирующих веществ уже малы и их взаимодействие определяется законами диффузии. Воспламе­нение любого топлива начинается при относительно низких температурах, в Условиях достаточного количества кислорода, т. е. в кинетической области. ^ этой области горения определяющую роль играет скорость химической Реакции, зависящая от таких факторов, как реакционная способность топ­лива и уровень температуры. Влияние аэродинамических факторов в этой области горения незначительно.

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Электрокотел — оптимальное решение для безопасного отопления

Нельзя подвести газопровод или пользоваться централизованным отоплением? Тепло и горячую воду все равно можно получить! Gazovyy-kotel.ua предлагает оптимальное решение – мощные и доступные электрокотлы.

Требования к котельной (топочной) на твердом топливе: основные нюансы от специалистов компании Статус 24

Проектирование и сборка составляющих для системы обогрева должна быть четко согласовано со строительными стандартами к отопительным помещениям.

ТТ котлы, электричество и тепловой насос, как альтернатива газу.

Тарифы на центральное отопление постоянно растут, оплата этой коммунальной услуги отнимает большую часть платежей семьи. Отличным выходом может стать выбор альтернативного источника тепловой энергии, который должен стать энергосберегающим, недорогим и …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.