Горение твердого топлива

В неподвижном слое куски топлива не перемещаются относительно решетки, под которую подается необходимый для горения воздух (рис. 6, а). Горение топлива в неподвижном слое происходит поэтапно. Топливо 4 (рис. 11), ссылаемое на горящий кокс, прогревается. Выделяющиеся летучие сгорают, образуя послойное пламя 5. Максимальная температура (1300 – 1500 °С) наблюдается в области горения коксовых частиц 3.

Рис. 11. Структура неподвижного слоя при горении

топлива и изменение , О₂, СО, СО₂ и t по толщине слоя:

1 – решетка; 2- шлак; 3 – горячий кокс; 4 – топливо; 5 – надслойное пламя

В слое можно выделить две зоны: окислительную, > 1; восстановительную, < 1. В окислительной зоне продуктами реакции горючего и окислителя являются как СО₂, так и СО. По мере использования воздуха скорость образования СО₂ замедляется, максимальное ее значение достигается при избытке воздуха = 1. В восстановительной зоне ввиду недостаточного количества кислорода ( < 1) начинается реакция между СО₂ и горящим коксом (углеродом) с образованием СО. Концентрация СО в продуктах сгорания возрастает, а СО² уменьшается. Длина зон в зависимости от среднего размера частиц топлива следующая: ; . На длины зон и (в сторону их уменьшения) влияют увеличение содержания летучих горючих , уменьшение зольности А^Р, рост температуры воздуха.

Поскольку в зоне 2 кроме СО содержится Н₂ и СН₄, появление которых связано с выделением летучих, то для их дожигания часть воздуха подается через дутьевые сопла 3, расположенные над слоем (см. рис. 7, а).

В кипящем слое крупные фракции топлива находятся во взвешенном состоянии. Кипящий слой может быть высокотемпературным и низкотемпературным. Низкотемпературное (800 – 900 °С) сжигание топлива достигается приразмещении в кипящем слое поверхности нагрева котла. Динамика кипящего слоя (по его высоте h_сл) – выход газообразных составляющих (SO₂, SO, H₂ и О₂) и изменение температуры t – представлена на рис. 12. В отличие от неподвижного слоя, где размер частиц топлива достигает 100 мм, в кипящем слое сжигается дробленый уголь с мм. В слое содержится 5 – 7 % топлива (по объему). Коэффициент теплоотдачи к поверхностям, расположенным в слое, довольно высок и достигает 240 .

При сжигании малозольных топлив для увеличения теплоотдачи в слой вводят наполнители в виде инертных зернистых материалов: шлак, песок, доломит. Доломит связывает оксиды серы (до 90 %), в результате чего снижается вероятность возникновения низкотемпературной коррозии. Более низкий уровень температур газов в кипящем слое способствует уменьшению образования в процессе горения оксидов азота, при выбросе которых в атмосферу загрязняется окружающая среда. Кроме того, исключается шлакование экранов, т. е. налипание на них минеральной части топлива.

Следует отметить также циркулирующий кипящий слой, характерной особенностью которого является приближение к работе слоя в режиме пневмотранспорта.

Рис. 12. Изменение газообразных составляющих

SO₂, SO, H₂ и О₂ и температуры t в кипящем слое (по высоте h_сл):

1 – граница кипящего слоя

Горение угольной пыли является сложным физико-химическим процессом, состоящим из химических реакций и физических процессов, протекающих в условиях взаимной связи и взаимного влияния.

Следовательно, при изучении горения пыли в факеле должны быть учтены следующие факторы:

1) непосредственное химическое реагирование происходит не в исходной пылевоздушной смеси, а после ее смешения с горячими продуктами сгорания, т. е. реагирующей является пылегазовоздушная смесь;

2) реагирующая смесь образуется в турбулентных пылегазовоздушных струях, распространяющихся в среде продуктов сгорания;

3) используемая для сжигания на электростанциях в качестве топлива угольная пыль является полидисперсной. В общей реакционной смеси частицы разных размеров реагируют с различной интенсивностью при различных температурах поверхности и концентрации кислорода у нее.