Горение - химическое соединение горючих веществ топлива с кислородом воздуха, сопровождающееся резким повышением температуры и выделением значительного количества теплоты. При горении топлива образуются газообразные продукты (дымовые газы) и очаговые остатки в виде золы и шлака. Условно процесс сжигания твердого топлива делят на три стадии:
В первой стадии твердое топливо вначале подогревается и подсушивается и при температуре 105 - 110 °С теряет свою влагу. Затем при температуре 300 - 400 °C оно начинает разлагаться на летучие вещества и твердый остаток. При дальнейшем нагреве, когда его температура становится равной температуре воспламенения, топливо загорается. Температура воспламенения (примерная) различных топлив следующая, °С: дров - 300; бурого угля 300 - 400; каменного угля 450 - 500; антрацита 700 - 750; жидкого топлива 500 - 600; газа около 600. Стадия активного горения характеризуется высокой температурой (более 1000 °С) с максимальным выделением тепла и наибольшим потреблением воздуха (кислорода), расходуемого на горение кокса и летучих веществ.
Дожигание твердого топлива характеризуется уменьшающимся тепловыделением и снижающейся потребностью в воздухе.
Горение жидкого топлива происходит в основном в парогазовой среде, когда в результате предварительного подогрева оно переходит из жидкого состояния в парообразное. Так как температура кипения жидкого топлива значительно ниже температуры его воспламенения, то вначале оно испаряется, а затем воспламеняется (сначала легкие фракции, затем тяжелые). Интенсивность испарения топлива зависит от площади испарения и количества подводимой теплоты. Скорость испарения резко увеличивается при распыливании топлива на отдельные капли с помощью специальных устройств - форсунок.
Время сжигания и количество сжигаемого топлива в топке регулируется количеством подаваемого в нее воздуха. Для твердого топлива, например, усиливая дутье воздуха под решетку и тягу, можно тем самым ввести больше воздуха в топку. Кислород воздуха, проходя по слою топлива и вступая в реакцию, распределяется на большое количество струек и увеличивает скорость горения. Забрасывая в топку больше топлива, получаем больше теплоты. Однако необходимую толщину слоя топлива следует держать в установленных пределах, чтобы избежать неполноты горения (увеличения механического и химического недожога топлива) или большого избытка воздуха. Тягу регулируют так, чтобы в топке (в верхней части загрузочной дверки) устанавливалось разрежение не более 20-30 Па (2-3 мм вод. ст.).
Горение газообразного топлива включает следующие стадии: смешивание газа с воздухом (образование горючей смеси), нагревание смеси до температуры воспламенения и собственно горение. Сгорание бывает полное и неполное. При полном сгорании топлива углерод, соединяясь с кислородом, образует диоксид углерода (углекислый газ) CO2 водород - водяные пары Н2О, а сера - диоксид серы (сернистый газ) SO2. При этом уходящие из топки газы в своем составе не будут иметь горючих элементов. При неправильном обслуживании топки появляется неполное сгорание топлива, когда химическая энергия топлива не преобразуется полностью в теплоту; а частично остается в уходящих газах и выбрасывается через дымовую трубу в атмосферу.
Оксид углерода, продукт неполного сгорания топлива, является одним из загрязнителей воздуха (потеря от химической неполноты сгорания). Другим загрязнителем атмосферы являются вынесенные вместе с газами мелкие частицы несгоревшего топлива (до 80 %) (потери от механической неполноты сгорания, а также унос золы и сажи). Причиной уноса несгоревшего топлива в отопительных котлах малой мощности является сжигание в них рядовых топлив, имеющих большое количество мелочи.
Низкая теплота сгорания создание пояса зажигания; производится футеровка из огнеупорного кирпича или огнеупорного раствора экранов по периметру топки на высоту до 500 мм. Это позволит увеличить температуру ядра горения, увеличить скорость сушки и зажигания топлива и стабилизировать горение за счет снижения теплопередачи к экранным поверхностям топки котла.
Высокая гигроскопическая влажность - организация закрытого склада для хранения топлива, сушка топлива. В механизированной котельной при условии подачи топлива ленточным транспортером организация закрытой отапливаемой галереи. Создание пояса зажигания.
Фракционный состав При наличии мелочи и отсева (куски менее 30 мм) применение топочного устройства беспровального типа - ОУР.
Для снижения величины провала, при использовании колосниковой решетки, организация топочного процесса производится следующим образом. Так как колосниковые решетки являются топочными устройствами провального типа (ширина просечек колосников 15-20 мм) необходимо снизить интенсивность шурования и производить только выравнивание слоя в период растопки котла и до образования слоя топлива необходимой высоты (образование стабильной шлаковой подушки), при котором будет идти стабильное горение с минимальным провалом.
Интенсивность шурования стоит увеличивать (с целью увеличения провала) только при увеличении высоты слоя выше необходимой (рекомендуемой руководством по эксплуатации) и ухудшении горения по причине недостаточной и неравномерной подачи воздуха на горение (в периоды чистки топки).
При наличии крупной фракции (куски более 100 мм) применение дробильных устройств.
Высокое содержание серы - для исключения сернистой коррозии держать температуру уходящих газов выше точки росы (точки начала конденсации водяных паров).
Летучие конструкция котла. При сжигании топлива с большим выходом летучих газов необходимо иметь большой объем топки, который позволял бы сжигать в ней газообразные горючие летучие вещества.
Наоборот, при сжигании твердого топлива с малым выходом летучих газов (антрацит), возможно иметь топку меньшего объема, но с развитой площадью поверхности колосниковой решетки, так как основное сгорание топлива будет происходить в слое топлива.
