3.2. Елементи теорії горіння палива.
3.3. Матеріальний баланс горіння.
3.4. Теоретичний об'єм повітря і продуктів згоряння.
3.5. Коефіцієнт надлишку повітря і дійсний обсяг
3.6. Ентальпія повітря і продуктів згоряння.
3.7. Основні характеристики, які використовуються при тепловому розрахунку котельних агрегатів.
3.1. Загальні відомості про горіння палива
Горючі елементи палива при зіткненні з киснем окислюються. В якості окислювача найчастіше використовується атмосферне повітря. Окислення горючих елементів палива може відбуватися з різною швидкістю. При повільному окисленні процес протікає в області низьких температур. Так, наприклад, молоді тверді палива під впливом повітря при тривалому зберіганні повільно окислюються. При швидкому окисленні процес протікає в області високих температур і супроводжується світінням різної яскравості. При надшвидкому окисленні відбувається досить складний, специфічний процес, званий детонацією.
У промислових вогневих установках відбувається процес швидкого окислення горючих елементів палива і розвиваються високі температури. Цей процес називають горінням. У ньому поєднуються складні фізичні та хімічні явища. Складність полягає в тому, що два речовини, абсолютно стійкі в молекулярному відношенні, повинні прореагувати між собою так, щоб розвинулися високі температури і утворилася нова речовина, також стійке в молекулярному відношенні. Утворилося нову речовину називають продуктомсгоранія.
Пальником називається пристрій, призначений для подачі готової горючої суміші або суміші, що утворюється в самій пальнику, а також для стабілізації фронту займання. Пристрій, призначений для завершення процесу горіння та ізоляції його від зовнішніх умов, називається топкової камерою. Система пальників в поєднанні з топкової камерою називається топковим пристроєм або просто топкою. Безперервний процес підготовки, займання і горіння палива здійснюється в пальнику і топкової камері, через які проходить потік палива, повітря і продуктів горіння.
Наука, що вивчає рух газових потоків і їх взаємодію, називається аеродинамікою. Закони аеродинаміки грають важливу роль в процесі горіння. Крім того, в котельній камері відбуваються процеси теплообміну між палаючим паливом і огороджувальними поверхнями. Таким чином, процес горіння залежить від великої кількості різних факторів, взаємопов'язаних і впливають один на одного. Залежно від того, які фактори є визначальними, при горінні розрізняють дві області протікання процесу: кінетичну і дифузійну.
При протіканні горіння в кінетичної області визначальними є хімічні явища: температура і концентрація палива або окислювача в горючій суміші. Тут тривалість горіння практично визначається часом, необхідним для завершення хімічних реакцій.
При протіканні горіння в дифузійної області визначальними є фізичні фактори, і насамперед смесеобразование. Тривалість горіння в дифузійної області практично визначається часом, необхідним для завершення смесеобразовательних процесів.
3.2. Елементи теорії горіння палива
Відповідно до сучасної теорії процес горіння має явно виражений потоковий характер і може бути розчленований на послідовні зони.
При горінні найбільш складного твердого палива зони ці наступні: підготовка палива до введення в топку; створення первинної паливно-повітряної суміші; вогнева газифікація і освіту істинної горючої суміші, здатної негайно вступити в процес горіння. При цьому неоднорідність складу первинної паливно-повітряної суміші, нерівномірність розподілу швидкостей, концентрацій і температур в обсязі топки не дозволять чітко виділити ці зони в топковому просторі. Вони накладаються один на одного по протяжності і в просторі, тобто мають складний, об'ємний характер. Залежно від виду палива і способу його спалювання окремі зони (стадії) горіння можуть бути відсутні.
В основу первинної класифікації топкових пристроїв в даний час покладено аеродинамічний принцип організації процесу. Виходячи з цього принципу, все топкові процеси поділяються на три типи: шаровий, факельний і вихровий. На рис. 3.1 показані аеродинамічні схеми топок.
Мал. 3.1. Аеродинамічні схеми топок:
а - шарова; б - факельна; в - вихрова;
I - первинне повітря; II - вторинний повітря; Т - паливо
У шарової топці може спалюватися тільки тверде паливо, а в факельної і вихровий - будь-яке (тверде, рідке, газоподібне). Розглянемо окремі зони горіння стосовно виду палива, що спалюється і типу топки.
У зоні попередньої підготовки палива до введення в топку при спалюванні твердого палива виробляється сортування по фракціях і дроблення, а при факельній спалюванні - додатково і розмелювання. Ця зона необхідна для полегшення і прискорення газифікації, так як збільшується поверхня дотику палива з окислювачем. При спалюванні рідкого і газоподібного палива потреба в його попередній підготовці відпадає.
3.3. Матеріальний баланс горіння
Під матеріальним балансом горіння розуміють рівність між масою беруть участь в процесі горючих елементів палива і окислювача і масою утворилися продуктів згоряння. При складанні матеріального балансу горіння твердого, рідкого і газоподібного палива використовують елементарні реакції окислення горючих елементів і газів, припускаючи, що входять до складу палива горючі елементи повністю окислюються, перетворюючись в інертні гази.
При спалюванні твердого та рідкого палива схеми реакцій горіння елементів можуть бути представлені:
при повному згорянні вуглецю
12 кг + 32 кг = 44 кг.
при горінні водню