Основные стадии процесса горения топлива
Естественной основой установившегося процесса горения является поточная схема. Общее время, необходимое от начала до окончательного завершения процесса горения равно сумме времени всех последовательных стадий:
Тполн = Т1 + т2 + т3 + ••••
Пространственная протяженность всего процесса
L = COjTJ + (02т2 + •••, где со - скорость движения смеси.
Поточная схема газообразного топлива:
Поточная схема выгорания жидкого топлива: |
Поточная схема горения твердого топлива: |
Как видно из схемы, при сжигании твердых топлив она усложняется процессом предварительной подсушки топлива, что затягивает начальный период прогрева топлива. После прогрева начинается стадия пирогенетического разложения с выделением летучих и коксообразованием. Первичный состав летучих под воздействием среды и высокой температуры сам претерпевает глубокие изменения, окончательно газифицируясь перед вступлением в интенсивный процесс горения.
Начало выхода летучих зависит от химического возраста твердых топлив. Например, молодые угли начинают выделять летучие при 170-200 °С, антрациты - при 400 °С. Выделяясь при сравнительно умеренных температурах и смешиваясь с потоком воздуха, летучие первыми проходят все предварительные стадии процесса и первыми воспламеняются. Это определяет их роль как зачинателей процесса. Выделяемое ими тепло способствует температурной активизации твердого углерода кокса, хотя нередко выделяющиеся из куска топлива летучие сами задерживают вступление кокса в активный процесс, создавая вокруг него газовую оболочку, препятствующую доступу кислорода. Углерод кокса, прогреваясь за счет тепла сгорания летучих, вступает в процесс с некоторым запозданием, уже после практического завершения выхода летучих, перехватывающих кислород на собственное сгорание.
Роль коксовой (углеродной) основы топлива в развитии общего массового процесса отлична от роли летучих. Проявляя известную инертность в отношении вступления в активный процесс, особенно сказывающуюся у топлив с отощенной горючей массой, коксовый углерод обладает исключительной способностью к устойчивому продолжению процесса до исчерпания запаса топлива в топке, если такой запас имеется. В последнем случае активно горящая коксовая основа является фактором устойчивости всего процесса в целом и при соответствующей его организации может обеспечить своим теплом все нужды предварительных (начальных) стадий.
Обязательным условием нормальной работы топочных устройств является бесперебойный отвод продуктов сгорания и образующегося шлака. Однако задача организации удаления шлака осложняется рядом факторов.
На поведение шлака в топочной камере существенное влияние оказывают состав минеральных примесей и характер газовой среды (что собственно определяет температуру плавления шлака), температурный режим, аэродинамика топки и другие факторы.
В слоевых топках вывод шлака осуществляется в гранулированном виде. В зависимости от мощности котла в слоевых топках может быть осуществлено периодическое либо непрерывное удаление шлака из топки.
В камерных топках при пылевидном сжигании твердые очаговые остатки могут удаляться как в гранулированном (твердом) виде, так и в расплавленном (жидком). По этому принципу разделяются топки с гранулированным и жидким шлакоудалением. Подробно конструкции топок будут рассмотрены ниже.