Топочным процессом называют реальный способ сжигания топлива в топке, при котором осуществляются непрерывное и регулируемое горение топлива в определенном объеме и своевременное удаление из этого объема золы и шлака.Виды топочных процессов при сжигании древесной биомассы - слоевой, вихревой, циклонный и факельный процессы сжигания древесного топлива.
Виды топочного процесса при сжигании древесной биомассы - слоевой процесс сжигания твердого топлива. Сущность слоевого процесса сжигания твердого топлива заключается в том, что воздух непрерывно продувается через слой горящего кускового топлива, взаимодействует с ним, в результате чего получаются нагретые до высокой температуры топочные газы, зола и шлак. Топочные газы омывают поверхности нагрева топочного пространства и передают им часть своего тепла. Поверхности нагрева топки воспринимают тепло, излучаемое раскаленными частицами топлива и пламенем, возникающим при сгорании горючих газов, выходящих из слоя топлива. Зола и шлак удаляются из зоны горения либо вручную, либо посредством механического колосникового устройства того или иного типа.
Кислородная зона - это нижний слой топлива, в который подводится воздух. В газах, проходящих через этот слой, содержится кислород. В этой зоне происходит взаимодействие кислорода воздуха с углеродом топлива, в результате чего образуется одновременно окись углерода СО и углекислый газ СО2. Верхней границей кислородной зоны является сечение слоя, в котором температура достигает максимального значения, а содержание кислорода становится незначительным. Протяженность кислородной зоны по высоте слоя не зависит от скорости воздушного дутья и определяется размером кусков топлива и его природой. Чем выше реакционная способность топлива, тем меньше протяженность кислородной зоны, и чем больше средний размер куска, тем больше ее протяженность. Если по технологии сжигания топлива высота слоя больше протяженности кислородной зоны, то над ней располагается зона восстановления.
Зона восстановления - это пространство, в котором происходит взаимодействие углекислого газа СО2 с поверхностью раскаленного топлива, в результате чего в продуктах сгорания увеличивается содержание окиси углерода СО. Взаимодействие углекислого газа с углеродом топлива происходит с поглощением тепла, вследствие чего температура слоя по высоте восстановительной зоны уменьшается.
Преимуществами слоевого процесса сжигания твердого топлива являются:
При слоевом сжигании частицы топлива находятся в слое, который очень медленно движется по мере выгорания, и они сцеплены друг с другом. Скорость обдувания частиц воздухом и продуктами сгорания равна скорости движения этих газов по каналам, образованным зазорами между частицами. Максимальная допустимая скорость газовых компонентов при движении их через слой топлива практически лимитирована недопустимостью выноса из слоя мелких частиц с последующим образованием прогаров в слое топлива. Протяженность кислородной зоны зависит в основном от среднего диаметра частиц и, подбирая надлежащим образом толщину слоя, можно обеспечить возможность использования слоевого процесса для различного фракционного состава топлива. Например, в шахтных топках возможно эффективно сжигать как опилки, так и дрова. Непригоден слоевой процесс для сжигания только одного вида древесных отходов - шлифовальной пыли, размеры частиц которой, как правило, меньше 0,5 мм. При попытках сжигания слоевым способом древесной пыли происходили вспышки и взрывы ее в топочном объеме и газовом тракте котлоагрегатов.
Однако слоевой процесс сжигания топлива имеет и отрицательные стороны. Во-первых, при слоевом процессе необходима громоздкая колосниковая решетка, не вписывающаяся при большой мощности в габарит котлоагрегата. Во-вторых, при слоевом процессе имеют место в некоторых случаях прогары слоя и кратерное горение, что лимитирует напряженность работы колосниковых решеток не столь высокими пределами, как это было желательно при конструировании топок повышенной мощности.
Еще виды топочных процессов при сжигании древесной биомассы - вихревой процесс сжигания твердого топлива заключается в том, что внутри объема топки создается устойчивое вихревое вращательное движение газовоздушной смеси и частиц топлива, которые движутся по круговым или петлевым траекториям, находясь во взвешенном состоянии и сгорая при движении в газовом объеме.
Вихревое движение газовоздушной смеси достигается соответствующим подводом воздушного дутья и отводом продуктов горения. Оно организуется так, что наиболее крупные частицы топлива попадают периодически в область, где газовоздушная смесь или воздух движутся с большой скоростью, подхватываются ими и вновь выносятся в топочный объем. Этот цикл повторяется до тех пор, пока частицы топлива, постепенно обгорая, не достигнут размеров, обеспечивающих их полное сгорание за один виток движения газовоздушной смеси. Однако все виды топочных процессов при сжигании древесной биомассы мелкого топлива во взвешенном состоянии имеют в виду, что интенсивность массового теплообмена между газовой средой и поверхностью взвешенных частиц определяется не абсолютной скоростью их движения, а скоростью движения частиц относительно газовой среды, которая при равномерном движении не может превышать скорости витания частиц среды в газовом объеме и ограничена, таким образом, не столь высокими для мелких частиц пределами.
Виды топочных процессов при сжигании древесной биомассы - циклонный процесс сжигания пылевидного топлива. Циклонный процесс сжигания твердого пылевидного топлива по своему принципу аналогичен вихревому процессу и отличается тем, что объему топочного пространства придается цилиндрическая форма, а подвод воздуха осуществляется по касательной к цилиндрической поверхности внутреннего объема топки.
Факельный процесс сжигания пылевидного топлива. Факельный процесс сжигания пылевидного топлива состоит в том, что пылевоздушная смесь подается через горелку в топочное пространство и сгорает во взвешенном состоянии, образуя факел ярко светящегося пламени.
Для обеспечения устойчивости горящего факела частицы топлива должны предварительно измельчаться до таких размеров, чтобы полностью сгореть в короткое время пребывания их в объеме факела. В связи с этим сжигать в факеле можно только топливо с высокой степенью измельчения.
Особенностью факельного процесса является весьма незначительный запас топлива в топочной камере, отчего процесс горения малоустойчив и весьма чувствителен к изменению режима.При факельном процессе наблюдается золовый износ поверхностей нагрева, высаждение на кирпичных стенках топки твердого сплавленного шлака. Факельный процесс требует точного соблюдения мер взрывобезопасности.