3-6. Особенности сжигания кускового твердого топлива в печах

Достоинством печей, отапливаемых газом, мазутом или угольной пылью, является постоянство температуры и состава газовой среды в рабочей камере. Это постоянство определяется непрерывностью поступления топлива в печь, неизменностью его состава и условий сжигания. В таких печах легко установить нейтральную или слегка восстановительную газовую среду, что часто бывает необходимым при нагреве металла. В печах же, работающих на кусковом твердом топливе, труднее добиться постоянства температуры и состава газовой среды в рабочей камере. Наибольшая неравномерность наблюдается при топках с периодической загрузкой топлива и периодической же чисткой топки. Указанный недостаток отсутствует у механических топок с непрерывной подачей топлива. Последовательность отдельных стадий процесса горения твердого топлива представлена на рис. 3-33.

Скорость гетерогенной реакции измеряется количеством углерода (в граммах), сгоревшего за 1 сек на 1 см2 активной поверхности топлива Ks, г/(см2∙сек).

Рис. 3-33. Поточная схема выгорания твердого топлива.

Рис. 3-33. Поточная схема выгорания твердого топлива.

Рис. 3-34. Схема гетерогенного горения.

Рис. 3-34. Схема гетерогенного горения.

1 - пограничный слой газов; 2 - золовая корка.

Эта величина помимо температуры, давления и концентрации реагирующих веществ зависит от скорости диффузии к поверхности окислителя. Можно себе представить, что вблизи поверхности частицы топлива в пограничном слое (рис. 3-34) концентрация реагирующих веществ уменьшается, а концентрация продуктов реакции (CO и CO2) увеличивается. Этот пограничный слой газа толщиной δ препятствует подводу кислорода, и скорость реакции горения будет зависеть от скорости диффузии окислителя через пограничный слой.

Скорость диффузии зависит от толщины пограничного слоя, температуры и разности концентраций окислителя в потоке C0 и на поверхности Cп. С другой стороны, толщина пограничного слоя зависит от скорости потока и приведенного диаметра частицы топлива. Как установлено выше, результирующая скорость реакции определяется тем, какой из составляющих процессов - диффузия или собственно реакция — является лимитирующим.