Фізичні та хімічні явища в процесі горіння частинок твердого палива - студопедія

Горіння твердого палива має ряд стадій: підігрів, випаровування вологи (підсушування палива), виділення (сублімація) летючих речовин, утворення коксу, займання і горіння летких речовин і коксу. Горіння летучих речовин - гомогенний процес, що протікає в обсязі топкової камери, а горіння вуглецю коксу - гетерогенний, що протікає на поверхні частинки коксу. Основний горючої складової твердого палива є вуглець коксового залишку. Його частка в загальному тепловиділення складає 70-95% - для кам'яного вугілля і антрацитів і 50-70% - для бурого вугілля і торфу. Тривалість горіння вуглецю коксового залишку становить близько 90% повного часу перебування частинки в топці. Отже, горіння вуглецю є визначальною стадією процесу горіння твердого палива.

При горінні твердого палива самої хімічної реакції передує процес підведення кисню до реагує поверхні. Тому процес горіння твердого палива є складним гетерогенним фізико-хімічним процесом, що складається з двох стадій: підведення кисню до поверхні палива турбулентної та молекулярної дифузією і хімічної реакції на неї.

Вуглець коксу так само, як і графіт, має аморфну ​​структуру, що складається з хаотично розташованих кристалів. Його поверхня неоднорідна і шорстка, порізана порами і тріщинами, коториеобразуют її внутрішню поверхню. Якщо кисень проникає в пори частки коксу, то хімічні процеси протікають не тільки на її зовнішній поверхні, але і на внутрішній.

Між вуглецем коксового залишку і киснем можливі дві первинні гетерогенні реакції окислення:

2С + О2 = 2СО + 2 # 8729; 123,3 кДж / моль.

При підвищенні температури вихід СО збільшується. Встановлено, що на горіння вуглецю коксового залишку зола не робить істотного впливу.

Крім реакцій окислення вуглецю коксового залишку можливе протікання вторинних реакцій між продуктами первинних реакцій, вуглецем і надлишком кисню, що містяться в продуктах згоряння. Отриманий оксид вуглецю реагує з надлишком кисню (гомогенна реакція):

а діоксид вуглецю при високій температурі може реагувати з вуглецем коксового залишку:

СО2 + С = 2СО - 162,5 кДж / моль.

Ця ендотермічна (з поглинанням тепла) реакція є окислювальному для вуглецю і відновної для СО2.

У процесі горіння змінюється температура частинок і газового середовища, причому температура частинок може значно перевищувати температуру середовища. У разі великих частинок при малих швидкостях обтікання летючі і оксид вуглецю, що утворився в первинному реагуванні, згорають у поверхні, а при великих швидкостях несуться потоком і згоряють за тильною стороною частинок, утворюючи газовий факел. У разі ж дрібного пилу внаслідок інтенсивного масообміну летючі несуться і згоряють в газовому середовищі. Отже можна вважати, що горіння летких і коксу відбувається у вигляді послідовних стадій.

Розрізняють кінетичний і дифузний режими гетерогенного горіння частинок палива. При кінетичному режимі горіння швидкість протікання хімічних реакцій на поверхні частинки вуглецю значно нижче швидкості протікання дифузійного масопереносу кисню до реакційної поверхні. Цей режим гетерогенного горіння зазвичай має місце в області порівняно низьких температур (менше 1000 о С) або при дуже високій швидкості обдування частки повітряним потоком.

При дифузійному режимі гетерогенного горіння частинок вуглецю швидкість протікання хімічних реакцій на поверхні частинки значно перевищує швидкість дифузійного масообміну. Цей режим горіння частинок вуглецю має місце в області високих температур (понад 1300 ° C) і низьких значень швидкостей обдування частки повітрям.