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 биомасса:

• углерод С;
• водород Н;
• кислород О;
• сера S;
• азот N.

В кислороде всё горит, окисляется. Сам по себе кислород не создает тепло, но без него горение невозможно. Углерод - это основной теплообразующий элемент твердого топлива. При полном его сжигании остается только углекислый газ (СО₂), водяной пар и зола. Для этого необходимо, чтобы горение происходило при высокой температуре, с наличием достаточного количества воздуха и в хорошо сконструированном топливнике.

На полноту сгорания топлива и интенсивность тепловыделения влияет качество, влажность и другие параметры энергетического источника. Но главный фактор - это организация горения топлива в топливнике, и для этого нужен кислород. Недостаток кислорода на выходе может производить 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, топливо высушивается. Когда его температура подходит к точке воспламенения, начинается горение. На этом этапе из топлива выделяется большое количество летучих соединений - пиролизных газов. Когда они перемешиваются с кислородом, то возникает бурная реакция окисления, происходит интенсивное распространение пламени по закладке. Количество этих газов зависит от свойств 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, высушивается, соответственно, поглощает тепловую энергию, тем самым снижая теплопроизводительность закладки. В котле влажные дрова прогорают быстрее, чем сухие, так как для поддержания заданной температуры теплоносителя требуется больше воздуха подавать в топку, 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, газообразные массы имеют меньшую температуру, чем при горении уже сухого топлива. Поэтому они прогорают не до конца и оседают на дымоотводных каналах в виде конденсата, сажи и копоти.