1. подогрев и подсушка топлива;
2. процесс пирогенного разложения топлива с выделением летучих и образованием коксового остатка;
3. горение летучих;
4. горение коксового остатка.

Количетсво летучих для разных углей различно и зависит от возраста топлива. 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.

Маркировка угля:

• распыление;
• смешение распыленныой жидкости топлива с окислителем (при этом осуществляется подогрев и испарение);
• воспламенение;
• горение капли жидкости.

Основой процесса распыления топлива является дробление, которое возможно в случае, если давление распыления выше поверхностного натяжения капли топлива. Распыленная жидкость, попав в среду высокой температуры, начинает испарятся. Около поверхности капли образуется паровоздушная смесь, которая воспламеняется первой.

Температура вспышки – температура, при которой над поверхностью жидкости образуется паровоздушная смесь, способная вспыхивать от источника зажигания, но скорость образования ее недостаточна для последующего горения. Температура вспышки всегда выше температуры кипения жидкости, поэтому горение жидкости осуществляется в паровоздушной фазе.

Модель горения капли топлива

1 – капля жидкости; 2 – слой паров; 3- зона реакции горения; 4 – зона диффузии кислорода и углекислого газа, где происходит догорание топлива

Диффузионные горелки

Отношение диффузионных потоков реагентов определяется стехиометрией реакции; концентрации горючего и окислителя в зоне реакции малы, основной компонент смеси-продукты сгорания, которые диффундируют в области, занятые горючим и окислителем. Выделяющееся при реакции тепло передается горючему и окислителю, которые поступают в зону реакции нагретыми до высокой температуры.

В отличие от горения перемешанных смесей, температура диффузионного горения зависит от отношения D/x. При D = x она совпадает с температурой горения перемешанной стехиометрической смеси горючего и окислителя, с уменьшением D/x -падает. По этой причине диффузионное горение не реализуется в конденсированных средах, для которых значения D/x очень малы; помимо газофазных систем, диффузионное горение характерно для гетерогенных реакций на поверхности (горение твердых веществ, гетерогенно-каталитическое горение).

Массовая скорость m диффузионного горения определяется скоростью диффузии реагентов в зону реакции. Рост m с увеличением скорости диффузии возможен лишь до определенного предела. Это предельное значение m близко по величине к массовой скорости горения в пламени, распространяющемся по стехиометрич. смеси горючего и окислителя. По достижении предельного значения m pеакция переходит в низкотемпературный кинетический режим (происходит срыв горения). От начальной температуры реагентов Т₀ m практически не зависит, однако при некотором минимальном для данного набора остальных параметров значении Г₀ диффузионное горение невозможно.

Диффузионное горение

Распределение концентрации окислителя (1), горючего (2), продуктов реакции (3) и т-ры смеси (4) во фронте диффузионного горения; х-пространственная координата, Т_Г-адиабатическая температура горения.

Кинетическое горение – после воспламенения происходит распространение пламени, связанное с постоянной передачей тепла от сгоревших к новым порциям топлива.

Передача тепла зависит от характеристик пламени, диффузии и законов теплопроводности. При распространении пламени в неподвижной или движущейся ламинарной смеси, форма передачи тепла – молекулярная теплопроводность; при турбулентном движении газоокислительной смеси – турбулентная диффузия.

При больших скоростях распространения пламени происходит детонация, а горение в таком случае называется детонационным.

Процесс молекулярной теплопроводности - нормальное горение – после воспламенеия смеси возникает фронт горения, распространение которого происходит в направлении несгоревших порций газа. Позади фронта находятся продукты горении, а впереди – несгоревшая горючая смесь. Толщина фронта 4*10^-2..6*10^-2 см. При нормальном горении скорость распросранения фронта определяется зависимостью:

U_н = Δn / Δt, где

?n – расстояние, на которое перемещается фронт пламени за время Δt.

Соотношения топлива и окислителя (воздуха), при котором скорость нормального горения достигает максимальной величины, носит название оптимального соотношения.

Температура продуктов горения – температура, которую приобретают продукты горения, при сжигании топлива. Различают 3 вида температур продуктов горения:

• калориметрическая t_к;
• теоретическая t_т;
• действительная t_д.

Сжигание газообразного топлива

Калориметрическая температура – температура, которая предполагает, что тепло, выделенное от сгорания топлива, идет только на нагрев продуктов горения.

t_к = Q_н^р / (V_пг * c), где

Q_н^р -рабочая низшая теплота сгорания топлива;
V_пг – объем продуктов горения;
с – теплоемкость.

При подогретом топливе или воздухе калориметрическая температура определяется с учетом этого тепла:

t_к = (Q_н^р + Q_ф)/ (V_пг * c), где

Q_ф – фактически введенное тепло.

Сжигание жидкого топлива. Устройства для сжигания жидкого топлива.

Теоретическая температура – температура, которая предполагает, что часть тепла, выденного в процессе сжигания топлива, расходуется на диссоциацию.

t_т = (Q_н^р – q_дис)/ (V_пг * c), где

q_дис – тепло, пошедшее на диссоциацию.

Сжигание твердого топлива

Действительная температура – предполагает, что часть тепла, выделенного при нагреве или сжигании топлива, затрачивается на теплообмен с окружающей средой.

t_д = η t_т, где

η – пирометрический коэффициент ( зависит от конструкции печи и теплоизоляции).

Окислителем при сжигани топлива в основном выступает кислород воздуха. Чтобы происходил интенсивный процесс окисления, необходимо обеспечить тесный контакт между молекулами воздуха – окислителя и молекулами топлива.

В зависимости от вида топлива и его агрегатного состояния процесс горения может меняться, но в основном он состоит из следующих стадий:

1. смешение топлива с воздухом;
2. воспламенение топлива;
3. горение топлива.

В процессе образуется пламя, в котором протекает реакция горения. При сжигании газообразного, жидкого и твердого топлива используется факельное горение.

Факел – частный случай пламени, в котором топливо и воздух поступают в рабочее пространство печи. При этом струи топлива и воздуха постепенно смешиваются друг с другом.

Различают гомогенное и гетерогенное горение:

• Гомогенное – теплообмен и массообмен происходят между телами, находящимися в одинаковом агрегатном состоянии. Характерно для газообразного топлива.
• Гетерогенное – когда теплообмен и массообмен происходят между телами, находящимися в различном агрегатном состоянии. Характерно для жидкого и частично для твердого топлива.

Различают также полное и неполное горение:

• Полное – продукты горения не содержат каких-либо горючих компонентов, но содержат сильнейшие окислители, влияющие на окисление и обезуглераживание (пары влаги).
• Неполное – сжигание происходит с последующим удалением окислителей из продуктов горения.