Как происходит горение твердого топлива, тепловыделение

Как происходит горение твердого топлива, его состав и тепловыделение, что остается после его полного сжигания, факторы, влияющие на теплопроизводительность

Горение любого топлива заключается в химической реакции окисления его горючих компонентов с выделением большого количества тепла. Основные элементы твердого топлива, к которому относят каменный и бурый уголь, торф, дрова и прочее, участвующие в процессе горения:

- углерод С;

- водород Н;

- кислород О;

- сера S;

- азот N.

Также в твердом топливе в определенном количестве содержатся негорючие минеральные вещества, образующие после сгорания золу, и влага, переходящая в пар.

В кислороде всё горит, окисляется. Сам по себе кислород не создает тепло, но без него горение невозможно. Углерод - основной теплообразующий элемент твердого топлива. При полном его сжигании, по каналам дымохода проходит только углекислый газ (СО₂) и водяной пар, а в топке остается зола. Для этого необходимо, чтобы горение происходило при достаточной температуре, с наличием необходимого количества воздуха, подаваемого через каналы первичной и вторичной подачи, и использовалась эффективная конструкция топливника.

На то, на сколько полно будет прогорать топливо и на сколько интенсивно протекать тепловыделение, влияет, в том числе, его качество, влажность и другие параметры. Но главный фактор – это организация горения в топливнике, и для этого нужен кислород. Недостаток кислорода на выходе может образовывать вместо углекислого газа (СО₂) – угарный (СО), создавая смертельную опасность для живых организмов.

Горение твердого топлива происходит в несколько этапов. Первоначально оно разогревается, из него выпаривается излишняя влага, оно подсушивается, при достижении температуры воспламенения начинается горение. На этом этапе из топлива выделяется большое количество летучих соединений, печных газов. Перемешиваясь с кислородом, они создают бурную реакцию, происходит интенсивное распространение пламени по закладке. Количество этих газов зависит от самого топлива, например, из дров их выделяется почти в два раза больше, чем из каменного угля.

Далее начинает гореть основная составляющая твердого топлива, собственно углерод, имеющий примеси минерального состава, сжигаются угли или кокс. Эта стадия занимает до 2/3 всего времени работы закладки.

Горение заканчивается, когда остается одна зола или шлак. При сжигании твердого топлива необходимо подбирать такие температурные режимы, чтобы избегать зашлаковывания – спекание шлака.

Немаловажную роль в процессе горения играет влага. Влага может быть внутренней, входящей в состав органического вещества, и внешней, находящейся в капиллярах, поверхностях и стенках кусков твердого топлива. При испарении влага поглощает тепло, а при конденсации, наоборот, - отдает.

Влажное твердое топливо, перед тем как достичь температуры воспламенения, испаряет влагу, подсушивается, соответственно, поглощает тепловую энергию, тем самым снижая теплопроизводительность закладки. В котле влажные дрова прогорают быстрее, чем сухие, так как для поддержания необходимой температуры теплоносителя, необходимо сильнее открывать канал первичной подачи воздуха, соответственно увеличивать интенсивность горения закладки, хоть и при более низкой температуре, а значит - уменьшать время работы на одной загрузке топлива.

Кроме этого, в период испарения влаги, отходящие летучие печные газы, имеют более низкую температуру, чем при горении уже сухого топлива. Поэтому они прогорают неполностью и оседают в виде конденсата, сажи и копоти на стенках теплообменника и дымохода.