Особенности горения угольной пыли

Угольная пыль для сжигания подается в топочную камеру котла воздухом через горелочное устройство. Воздух, поступающий в топку вместе с пылью, называется первичным. Остальной воздух, необходимый для горения, подаваемый в топку через горелки или помимо них, называется вторичным.

В топочной камере угольные пылинки, находясь в полете, проходят последовательно этапы тепловой подготовки (прогрева), горения летучих и кокса и выделения шлакозолового остатка. Поступающая в топку угольная пыль состоит из частиц различной крупности. Более мелкие частицы воспламеняются и сгорают в первую очередь. Для более крупных пылинок этапы тепловой подготовки и собственно горения несколько затягиваются. В связи с этим по длине пылеугольного факела имеет место совмещение отдельных этапов горения.

Пылеугольный факел представляет собой неизотермическую запыленную струю, развивающуюся в ограниченной среде высоко-температурных топочных газов. Если учесть, что объем горящего топлива по сравнению с объемом необходимого для горения воздуха ничтожно мал, а пылинки топлива взвешены в потоке, то закономерности и характер развития газовой струи можно с достаточной степенью точности применить и к пылеугольному факелу.

Запыленная струя, расширяясь в топочном объеме, увлекает горячие топочные газы, перемешивается с ними и нагревается. Прогреву пылевоздушного потока способствует передача тепла излучением от раскаленной окружающей среды, а также в некоторой степени и теплопроводность газового потока.

Воспламенению струи предшест­вует тепловая подготовка топлива. Воспламенение пылевой струи начинается с ее наиболее прогретого по­граничного слоя и распространяется в поперечном направлении от поверхности к оси струи, образуя факел. Время, необходимое для воспламенения пылевоздушной струи, зависит от ряда факторов: тонкости помола и выхода летучих, начальной темпера­туры пылевоздушной смеси и кон­центрации в ней пыли, соотношения первичного и вторичного воздуха, спо­соба подвода вторичного воздуха и др.

Уменьшение размеров пылинок приводит к увеличе­нию относительной поверхности реа­гирования топлива, что обеспечивает на данном участке струи большее тепловыделение, интен­сифицирующее прогрев и воспламенение пыле­воздушной смеси. Выделяю­щиеся при нагреве топлива летучие, имеющие более низкую температуру воспламенения, чем коксовый остаток, способствуют ускорению зажигания пыли. Чем больше в топливе лету­чих, тем легче его воспламенить. Полидисперсность пыли также спо­собствует улучшению ее воспламе­нения. Мельчайшие пылинки быстро прогреваются и воспламеняются. Вы­деляющееся при этом тепло интенси­фицирует воспламенение более крупных пылинок.

Воспламенение пылевоздушной смеси улучшается также при повы­шении начальной ее тем­пературы, что осуществляется на практике применением подогретого (до 300 - 400 °С) воздуха. Особенно целесообразно применение высокопо­догретого воздуха при сжигании мало­реакционных труднозажигаемых уг­лей (антрацит, тощий уголь).

Ускорение воспламенения пыли мо­жет быть получено также путем уменьшения количества первичного воздуха, что равносильно соответствующему повышению концентрации пыли. Уменьшение количества первичного воздуха в пылевоздушной смеси приводит к снижению ее теплоемкости, что обеспечивает прогрев смеси до более высокой температуры. Вместе с тем количество первичного воздуха должно быть достаточным для окислительных реакций в начальной стадии горения воспламенившейся смеси. Для малореакционных углей интенси-фикация воспламенения может быть достигнута также раздельным вводом в топку пылевоздушной смеси и вторичного воздуха. Подача вторичного воздуха в корень факела может привести к понижению здесь температуры и отдалению начала воспламенения от устья горелки. Вторичный воздух следует подмешивать к факелу уже после его воспламенения.

Время распространения воспламенения от периферии до оси струи связано с размерами горелки. Чем больше выходное сечение горелки, тем дальше от него завершится воспламенение смеси. В связи с этим для интенсификации зажигания пылевоздушной смеси целесообразно вместо одной - двух горелок большого размера применять несколько меньших горелок; этим достигается наряду с увеличением поверхности зажигания также и меньшая дальнобойность струи.

После воспламенения пылегазовой смеси она интенсивно сгорает, образуя факел. Часть выделяющегося при горении тепла идет на прогрев и воспламенение поступающего пылевого потока.

По конфигурации фа­кела различают топки с U-образным факелом (рис. 28а) и L-образным факелом (рис. 28б).

Наибольшее распространение нашли топки с L - об­разным факелом.

а б

Рис. 28. Схема топок с U-образным и L-образным факелами

По способу удаления шлака различают пылеугольные топки с твердым (гра­нулированным) и жидким шлакоудалением.