Горение газообразного топлива

Горение газов происходит в объеме и относится к гомогенному горению. Оно может происходить как в кинетической, так и в диффузионной области.

Кинетическое горение.

После того как произошло воспламенение, наступает процесс распространения

пламени, связанный с постоянной передачей тепла от сгоревших к новым порциям топлива. Подобная передача тепла определяется законами теплопроводности и диффузии, и сильно зависит от характера пламени. Если пламя распространяется в неподвижной смеси или смеси, движущейся ламинарно, то основной формой передачи тепла будет молекулярная теплопроводность. Подобный чисто теплопроводный процесс получил название нормального горения.

При турбулентном движении газо–окислительной смеси большую роль приобретает турбулентная диффузия. При некоторых условиях распространение пламени происходит с огромной скоростью и имеет характер взрывной волны. Подобное распространение пламени получило название детонационного горения или просто детонации.

Важнейшими факторами, влияющими на скорость распространения нормального горения, являются состав горючей смеси, предварительная температура подогрева смеси или отдельных ее компонентов и давление.

Для всех горючих газов существует оптимальное соотношение газа и воздуха, при котором скорость нормального горения достигает максимальной величины. При этом максимум скорости нормального горения никогда не соответствует стехиометрическому соотношению, а всегда смещен в сторону избыточного содержания газа в горючей смеси. Температура горения (или тепловыделение) достигает своего наибольшего значения именно при стехиометрическом соотношении.

Горение при турбулентном режиме более распространенный случай в металлургической практике, чем горение в спокойной или ламинарно движущейся среде. На скорость турбулентного горения и на состояние фронта горения большое влияние оказывает общий уровень турбулентности потока и сам процесс горения, поскольку при определенных условиях возникает неустойчивость фронта горения.

Диффузионное горение.

В настоящее время широко распространен диффузионный метод сжигания газообразного топлива, при котором смешение и горение происходят в одном объеме. И при кинетическом, и при диффузионном горении образуется фронт горения, в котором горючее и окислитель находятся в стехиометрическом соотношении. Достижение стехиометрического соотношения, которое при наличии постоянного поджигателя (в металлургических печах всегда есть поджигатель) обеспечивает необходимые условия для протекания процесса горения, зависит от характера перемешивания топлива с воздухом. Поэтому процессы смешения при диффузионном горении играют первостепенную роль.

Диффузионные пламена имеют сложный турбулентный характер и изучены пока недостаточно.

 

Горение жидкого топлива

 

В условиях промышленных печей жидкое топливо сжигают в распыленном состоянии.

Процесс горения жидкого топлива складывается из следующих стадий:

· распыливание,

· воспламенение, которому предшествует и способствует процесс смешения,

подогрева и испарения,

· горение капли жидкого топлива.

Процесс распыливания топлива основан на дроблении жидкости распылителем. Дробление будет происходит в том случае, если давление движущегося распылителя будет превышать действие поверхностного натяжения.

Воспламенение жидкого топлива происходит так: жидкое топливо, попав в среду с высокой температурой, начинает испаряться. Около поверхности капли образуется паро – воздушная смесь, которая воспламеняется первой. Температура, при которой происходит воспламенение паро – воздушной смеси, называется температурой вспышки топлива. Обычно температура кипения жидкого топлива ниже температуры воспламенения.

Горение капли. Все процессы, из которых складывается горение топлива, совершаются или на поверхности, или около поверхности капли.

Температура кипения жидких топлив всегда ниже температуры воспламенения, поэтому горение жидкого в основном происходит в паровой фазе. Процессы горения паро – воздушной смеси и испарения тесно связаны между собой. При горении жидкого топлива осуществляется теплообмен между газовой средой и поверхностью жидкости, т. е. между средами, находящимися в разных агрегатных состояниях, что придает всему процессу гетерогенный характер

Общее время горения капли находят из анализа изменения размеров капли в связи с процессами тепло – и массопереноса. Оно прямо пропорционально плотности, размеру капли и скрытой теплоте капли и обратно пропорционально теплопроводности капли, а также перепаду температур между газовой средой и поверхностью капли.

 

Горение 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, С_mH_n и др., протекает при подогреве топлива до 200 ˚С и выше. Температура начала выделения летучих зависит от возраста угля. Чем "старше" уголь, чем 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.