Горение слоя

Горение слоя

При чисто поперечной схеме подачи топлива и воздуха, осуществляемой в обычных топках с цепной решеткой, топливо последовательно проходит в направлении длины решетки разное горение слоя по стадиям. В слое могут быть условно выделены следующие зоны (рис. 7-1) 1) зона свежего топлива; 2) зона выхода летучих ; 3) зона газификации (восстановительная); 4) зона горения кокса (кислородная); 5) зона шлака.

Рис. 7-1. Горение слоя на цепной решетке (по Кнорре).

1 - зола свежего топлива; 2 - зона выхода ; летучих; 3 - зона газификации; 4 - зона горения кокса; 5 - зона шлака.

Воспламенение топлива распространяется в глубь слоя по некоторой воображаемой наклонной плоскости (см . линию 0₁Л на схеме), тангенс угла наклона, которой есть отношение скорости распространения воспламенения по вертикали к скорости движения колосникового полотна. Тот же наклон имеет и воображаемая плоскость окончания выхода летучих или, что то же самое, начала выхода чистого кокса (линия 0₂К).

В зоне газификации (над линией 0₃Г) происходят восстановительные реакции раскаленного углерода кокса с поднимающимися снизу продуктами полного сгорания  углекислотой С0₂ и водяным паром Н₂0, за счет чего получаются окись углерода СО и водород Н₂. Наличие этой зоны обусловливается тем, что кислород воздуха практически полностью расходуется в первых трех-четырех рядах коксовых частиц, а выше процесс горения идет уже при отсутствии свободного кислорода. Чем толще слой, тем больше будет развита зона газификации. Как уже говорилось, толщина слоя на решетке составляет 100 - 200 мм.

Убывание кислорода в слое может быть проиллюстрировано простейшей схемой, изображенной на рис. 7-2. Линия раздела между кислородной и восстановительной зонами теоретически должна соответствовать коэффициенту избытка воздуха в слое α_сл=1. Фактически некоторое количество кислорода прорывается через слой, не вступая в реакцию с углеродом. Высота кислородной зоны не зависит от скорости воздушного потока (дутьевой форсировки слоя), как бы не усиливалось дутье, кислород воздуха все равно будет расходоваться на протяжении трех-четырех рядов частиц кокса (трех-четырех калибров).Поэтому при толстом слое принципиально нельзя исключить восстановительную зону. На рис. 7-3 показан состав газов над слоем по длине решетки. Можно видеть, что через передний и задний участки ее проходит много лишнего кислорода, а в средней части имеет место большой выход продуктов неполного сгорания (окиси углерода С, водорода Н₂ и метана СН₄). Для кривой С0₂ характерны два максимума, седловина между которыми располагается в области недостаточного количества свободного кислорода, т. е. в середине зоны газификации.

Рис. 7-2. Кривая убывания концентрации кислорода по высоте слоя, h - полная высота слоя; h1 - высота кислородной зоны; h2  - высота восстановительной зоны.

Рис. 7-3. Состав газов над слоем в топке с цепной решеткой (опыты Гурвича). Челябинский бурый уголь.

Такой характер горения топлива по длине решетки предопределяет необходимость зонного дутья. Больше всего воздуха должно поступать под среднюю часть решетки, а в начале и конце ее  подачу воздуха следует ограничивать. Но как бы ни распределялся воздух по зонам, это не позволит обеспечить ровный став газов над слоем. В середине решетки обязательно будет иметь место нехватка кислорода.

Температуры в слое (рис. 7-1) составляют до 1500° С, причем наибольшие значения их получаются на воображаемой поверхности раздела между кислородной и и востанавительной зонами. Колосниковое полотно в зависимости от характеристик топлива и дутьевого режима горения слоя может испытывать нагрев до 700 - 900° С (рис. 7-4). Температура его обычно достигает максимума в конце решетки. То же горение слоя в основном справедливо и для других топок, работающих по поперечной схеме (с шурующей планкой, с переталкивающими решетками, с вибрирующей решеткой). Несколько меняется лишь горение слоя за счет перемешивания частиц в слое. Соответственно получаются аналогичные картины состава газов над слоем.

Рис. 7-4. Изменение температуры колосников по длине цепной решетки: а - челябинский бурый уголь (опыты Тагера); б - кузнецкий уголь СС (данные Уралэнергочермета) - для решетки БЦР; - то же ЧЦР.

На рис. 7-5 показано горение слоя в топке с нижней подачей. Здесь горение слоя условно разделено на следующие зоны: 1) зону свежего топлива; 2) зону выхода летучих и образования газа - воздушной горючей смеси (на уровне отверстий для выхода воздуха внутри реторты); 3) зону горения летучих в каналах между частицами раскаленного кокса; 4) зону горения кокса (на наклонных колосниках по бокам реторты); 5) зону газификации наверху слоя; 6) зону шлака. Состав газов над слоем характеризуется большим процентом продуктов неполного сгорания непосредственно над ретортой и наличием лишнего кислорода по бокам решетки.

Рис. 7-5. Схема горения слоя в топках с нижней подачей: а - одноретортная решетка; б - многоретортная решетка. 1 - зона свежего топлива; 2 - зона выхода летучих и образования газовоздушной горючей смеси; 3 - зона горения летучих; 4 - зона горения кокса; 5 - граница зоны газификации; 6 - зона шлака.