Температура воспламенения и горения. Период индукции и предвзрывной подогрев

Тепло, выделяющееся при сгорании топлива, воспринимается продуктами сгорания, которые нагреваются до определенной температуры, называемой температурой горения.

Температура самовоспламенения зависит от природы, свойств горючей смеси, а также от условий протекания процессов, определяющих теплоотдачу реагирующей смеси.

Часть тепла, которая не может быть отведена, расходуется на нагрев смеси. Это способствует развитию химического реагирования и приводит за определенный промежуток времени (называемый периодом индукции) к самовоспламенению.

Температура смеси, при которой система способна к самоускорению реакции, называется температурой воспламенения.

Соотношение тепловыделения и теплоотвода при различных температурах горючей смеси изображается графически

Выделение теплоты на начальном этапе химической реакции: , количество теплоты, отводимой из зоны реакции: , где q – тепловой эффект реакции на единицу массы горючего; – коэффициент теплоотдачи; S – поверхность охлажд. стен; – температура горючей смеси и охлаждающих стен. Кривая тепловыделения на начальном этапе представляет собой экспоненту со значительным ростом . В области высоких температур рост тормозится возможностями подвода окислителя. Линия теплоотвода представляет собой прямую с углом наклона, определяемым коэффициентом . Если первоначально нагреть горючую смесь и окружающие ее стенки до , то за счет тепловыделения при реакции смесь примет температуру . В точке 1 и дальнейший разогрев смеси невозможен. Это область медленного окисления, которое длительно продолжается. При увеличении температуры стен до и температура смеси увеличивается. В точке 2 , однако состояние неустойчиво. Достаточно небольшого увеличения температуры, как снова и тепловыделение растет быстрее отвода теплоты. Температура в точке 2 и есть температура воспламенения . Далее процесс быстро нарастает до состояния (т. 3) устойчивого высокотемпературного процесса окисления – горения. Если в последующем начать усиленный отвод теплоты (более крутая линия ), то температура горения будет уменьшаться и затем в т.4 процесс оборвется, т.к. во всей области до т. S. Температура в т.4 – температура потухания.

Началу реакции между веществами предшествует период накопления активных центров реакции в виде заряженных частиц за счет разрушения части исходных молекул другими, обладающими энергией выше энергии связи в молекулах – период индукции.

Вопрос № 132

Конструктивное оформление топок с жидким и твёрдым шлакоудалением.

Топочные камеры, работающие с твердым шлакоудалением, по конструкции выполняют открытыми, т.е. без изменения схемы топки по высоте. Отличительной особенностью этих топок является наличие в нижней части топки холодной воронки, образованной путем сближения фронтового и заднего экранов с большим уклоном (50-60°) до расстояния 1-2 м. За счет этого снижается температура газов в нижней части топки и выпадающие из ядра факела расплавленные шлаковые частицы попадая в эту зону, быстро отвердевают и по крутым скатам воронки ссыпаются в шлакоприёмное устройство (кол-во золы 5-10%). Удаление - Шнековым или скребковым механизмом из шлаковой ванны. Пылеугольные топки с твёрдым шлакоудалением обычно применяют для сжигания топлив с большим и умеренным выходом летучих веществ (более 25%).

Для обеспечения жидкого шлакоудаления необходимо, чтобы температура газов у стен нижней части топки и в районе пода была выше температуры текучести шлака. Создание таких условий в нижней части топки возможно путём приближения ядра факела к поду топки и покрытия настенных

экранов в этой зоне огнеупорной тепловой изоляцией (футирование экранных труб). По конструкции топочные камеры с жидким шлакоудалением выполняют однокамерными (открытые и полуоткрытые) и двухкамерными. Наиболее простой по конструкции является открытая однокамерная топка с прямоточным факелом. У этого вида топок есть минусы. Высокая отдача тепла в верхнюю зону охлаждения ограничивает регулировочные возможности топки. При снижении нагрузки до 0,7-0,8 от номинальной, начинается застывание шлаков вначале на стенках, а за тем на поду, (невысокая степень шлакоулавливания ашл=0,1-0,15). С помощью двустороннего режима топки увеличивается доля шлакоулавливания ашл=0,2-0,4, Расширяется диапазон работы котла с устойчивым выходом жидкого шлака. Преимущества топочных устройств с жидким шлакоудалением в сравнении с твердым шлакоудалением:1) q4 меньше на 30%; 2)общее тепловое напряжение топочного объёма в среднем больше на 20% следовательно можно уменьшить габариты топки следовательно экономия; 3)уменьшение присосов воздуха за счет уплотнения нижней части топки => q2 уменьшается. Недостатки жидкого удаления: 1)рост доли шлакоудаления ведет к увеличению q6=>2â; 2)понижен диапазон рабочих нагрузок по условиям выхода жидкого шлака; 3)увеличенный выброс вредных окислов азота. Экономически выгодно применять топки с жидким шлакоудалением при сжигании низкореакционных топлив, когда достигается заметный выигрыш за счет â q4.

Вопрос № 133