Генерация теплоты путем сжигания топлива

Топливом называется вещество, способное в результате реакции окисления выделять тепловую энергию. По агрегатному состоянию топливо делится на твердое, жидкое и газообразное.

Химический состав топлива. Все виды топлива в своем составе содержат углерод, водород, кислород, азот и серу в виде различных химических соединений. Состав твердого топлива в полном виде описывается формулой, характеризующей массу рабочего топлива:

С^р + Н^р + О^р + N^p + S^p + A^p + W^p=100%,

где С^р, Н^р, О^р, N^p, S^p – процентное содержание соответствующих элементов топлива;

A^p –содержание золы; W^p- содержание влаги.

Масса топлива, полнотью освобожденная от влаги называется сухой:

С^с + Н^с + О^с + N^с + S^с + A^с =100%.

Масса топлива, взятая без золы и влаги называется горючей:

С^г + Н^г + О^г + N^г + S^г =100%.

Горючая масса топлива без серы называется органической:

С^о + Н^о + О^о + N^о =100%.

Летучими называются газообразные вещества, образующиеся при термическом разложении органической части твердого топли­ва в процессе его нагревания без доступа воздуха. Химический состав газообразного топлива характеризуется содержанием отдельных составляющих в объемных процентах в сухом газе:

СО^с + + + + + + + + =100%.

Рабочий состав газа выражается формулой:

СО^р + + + + + + + + + =100%.

Теплотворная способность топлива – количество тепла, выделившегося при полном сгорании единицы массы или объема топлива, кДж/кг, кДж/м³ или ккал/кг, ккал/м³.

Различные механизмы горения топлива представлены на рисунке 11.

Рисунок 11 – Схема горения топлива в тонком (а) и толстом (б) слоях

Кусковое топливо сжигают на колосниках в тонком или толстом слоях ( например в вагранках). При горении на колосниках углерод соединяется с кислородом почти полностью, и на этом процесс заканчивается (рисунок 11а). При горении топлива в вагранке, т.е. в толстом слое после протекания реакции C+O₂=CO₂ углекислый газ поднимается вверх и вновь начинает реагировать с углеродом с образованием газа - восстановителя СО по реакции СО₂ + С = СО - эта зона называется редукционной (рисунок 11б).

На рисунке 12 показана форма факела горения газообразного топлива при перемешивании на выходе из горелки.

1 – холодное ядро; 2 – зона нагрева и воспламенения; 3 – зона горения

Рисунок 12 – Факел горения газа

Строение факела при горении жидкого и пылевидного топлива показана на рисунке 13.

1 – холодное ядро; 2 – зона нагрева, испарения и диссоциации; 3 – зона воспламенения; 4 – зона твердых остатков; 5 – зона горения

Рисунок 13 – Факела горения жидкого и пылевидного топлива