Сжигание кускового топлива – сложнейший процесс горения по изобилию различных химических реакций и физических процессов. На самом верху слоя происходит сушка топлива и его сухая перегонка. Продукт сухой перегонки – смола, испаряется и крекируется с выделением газа, кокса и сажи. В нижние горизонты слоя поступает топило начисто лишенное смол и летучих газообразных. Здесь в этих слоях они окончательно окисляются кислородом воздуха и влагой дутья, образуя СО₂, СО, H₂ и зольный остаток.

Твердое топливо наиболее трудно сжигается, так как трудно воспламеняется, склонно к спеканию в горящем слое, образует шлаки, которые могут прекратить процесс горения.

В печах твердое топливо сжигается в специальных камерах – топках, которые в зависимости от свойств топлива имеют различную конструкцию.

Виды топок:

• простые;
• полугазовые;
• механизированные.

Кузнечные печи, работающие на твердом топливе, более громоздки, чем на газе и жидком топливе. В основном твердое топливо используется в кузнечных горнах при ручной ковке.

• смешивание топлива с воздухом;
• подогрев воздуха и испарение;
• термическое разложение топлива;
• образование газовой фазы;
• воспламенение и горение газовой фазы (завершение процесса окисления).

Интенсивности протекания стадии подогрева, испарения и воспламенения способствуют тонкое распыление топлива и высокие температуры рабочего пространства печи. В горящем факеле существует два вида движения от сопла сжигающего устройства движется топливно-воздушная смесь, к соплу сжигающего устройства – пламя. Для устойчивого горения необходимо уменьшить скорость движения горючей смеси после выхода ее из сопла.

Скорость реакции горения жидкого топлива определяет длину факела. К примеру, горение замедляется, а длина факела увеличивается при:

• плохом распылении топлива;
• недостатке воздуха;
• неправильной подаче воздуха;
• низкой температуре пламени.

Длинное пламя дают прямоструйные сжигающие устройства. Горение начинается на расстоянии 1.5 метра и заканчивается на расстоянии примерно 2 метра.

Короткое пламя дают турбулентные сжигающие устройства. В них распыление начинается на расстоянии 100-200мм от насадка. Горение заканчивается на расстоянии 300-500мм.

Сжигание жидкого топлива осуществляется при помощи специальных устройств – форсунок.

Требования к форсункам:

• хорошее распыление и смешивание с воздухом;
• обеспечение устойчивого горения незатухающего факела;
• надежность в эксплуатации;
• простота и прочность конструкции;
• незасоряемость, удобство в чистке.

Все форсунки в зависимости от параметров воздушной среды, применяемой для распыления, делят на форсунки низкого и высокого давления.

Характеристика форсунок:

Требования к горелкам:

• должна обеспечить необходимую производительность при заданном давлении воздуха и газа;
• должна обеспечить полноту сжигания топлива в пределах рабочего пространства печи при минимальном коэффициенте расхода воздуха;
• должна обеспечить сжигание топлива с образованием пламени, которое может обеспечить требуемый по технологическим условиям уровнь теплопередачи;
• должна обеспечить широкие пределы регулирования производительности;
• бесшумность в работе;
• простота конструкции, надежность в эксплуатации, экономичность.

Схемы газовых горелок

I – воздух; II – газ
1 – газовое сопло; 2 – регулирующая воздушная заслонка; 3 – смеситель; 4 – керамическая насадка; 5 – лопаточный завихритель; 6 – газовый коллектор; 7 – стенка печи (обмуровка топки)

По особенностям процесса сжигания газы делят на:

• теплоустойчивые – газы искусственного происхождения, содержат углерод C и водород H, которые не распадаются при 2500-3000^оC;
• теплонеустойчивые – газы, богатые углеводородом (при нагреве до 300^оC наблюдается распад CH₄ на атомарные углерод C и водород H).

Углерод выделяется в виде мелкой сажи, которая нагреваясь до высокой температуры, способна образовывать яркий светящийся факел – процесс пламенного горения – осуществляется без предварительного смешения газа с воздухом. При предварительном смешении топлива и окислителя горение происходит без распада CH₄, то есть практически мгновенно – это процесс беспламенного горения.

Важно: при сжигании теплоустойчивых газов наблюдается беспламенное горение независимо от смешения с воздухом.

Применяется также диффузионный метод сжигания газообразного топлива, при котором смешение и горение происходит в одном объеме.