свойства, процесс возгорания в котле и печи

10 марта 2019  |  Просмотров: 5551

В качестве энергоносителя применяют разные виды топлива, например, торф, уголь, древесину, а также топливные брикеты. Уголь по праву считается наиболее эффективной разновидностью, позволяющей котлу или печи работать максимально эффективно. Для того чтобы выбрать хорошее топливо, следует учитывать некоторые факторы, в том числе температуру горения угля.

При выборе материала – обязательно учитываем несколько факторов

Разновидности угля

Существует несколько видов этого топлива, температура угля при горении у каждого типа будет разной. По происхождению различают уголь, полученный из древесины, и ископаемые экземпляры.

Ископаемое топливо сотворила сама природа. В его состав входят растительные компоненты, которые подвергались изменениям, находясь под толщей земли.

К этой категории относятся следующие типы угля:

• антрацит;
• бурый;
• каменный.

Выделяют 3 вида угля

Природные ископаемые

Самая молодая разновидностей ископаемых — бурый уголь. Этот вид топлива состоит из большого количества примесей и отличается высоким уровнем влаги (до 40%). При этом содержание углерода может доходить до 70%.

Из-за высокой влажности этот уголь имеет невысокую температуру горения и низкую отдачу тепла. Температура горения составляет 1900 градусов, а возгорание происходит при 250 градусах. Бурую разновидность редко используют для печей в частных домах, поскольку она сильно уступает дровам по качеству.

Однако высоким спросом пользуется бурый уголь в виде брикетов. Такой теплоноситель проходит специальную доработку. Его влажность понижается, а потому топливо становится более эффективным.

Данный уголь имеет высокую влажность

Каменные ископаемые старше бурых. В природе они содержатся очень глубоко под землей. Этот теплоноситель может содержать до 95% углерода и до 30% летучих примесей. При этом ископаемое имеет невысокое содержание влаги — максимум 12%.

Находясь в печи, температура горения угля составляет 1000 градусов, а в идеальных условиях может достигать отметки в 2100 градусов. Его достаточно сложно разжечь, для этого нужно нагреть ископаемое до 400 градусов. Каменный теплоноситель — самая популярная разновидность топлива для обогрева зданий и частных домов.

Антрацит — древнейшее ископаемое, практически не содержащее примесей и влаги. Количество углерода в топливе более 95%. Температура сгорания составляет 2250 градусов при подходящих условиях. Для воспламенения необходимо создать температуру минимум 600 градусов. Необходимо применять дрова для того, чтобы создавать нужный нагрев.

Интересно: температура горения дров в печке.

Данный уголь не имеет влаги

Продукты производства

Древесный уголь не является природным ископаемым, поэтому его выделяют в отдельную категорию. Этот продукт получается в результате обработки древесины. Из нее удаляют лишнюю влагу и меняют структуру. При правильном хранении влажность в древесном топливе равна 15%.

Для того чтобы топливо воспламенилось, его необходимо нагреть до 200 градусов. Следует учитывать то, что температура горения древесного угля может отличаться в зависимости от условий и вида древесины, например:

• для ковки металла подойдут березовые угли — при качественной подаче воздуха, они будут гореть при 1200-1300 градусах;
• в отопительной котле или в печи температура древесного угля при горении составит 800-900 градусов;
• в мангале на природе показатель будет равен 700 градусов.

Топливо, полученное из древесины, очень экономично. Его требуется гораздо меньше, чем дров. Этот производственный продукт идеально подойдет для приготовления мяса в мангале.

Особенности горения

Теплоносители отличаются по типу пламени. Для бурого и каменного ископаемого характерны длинные языки пламени, а антрацит и древесное топливо являются энергоносителями с коротким пламенем. Последние выделяют много тепловой энергии и сгорают почти без остатка.

Длиннопламенное топливо горит в два этапа. Сначала происходит испарение летучих фракций, горючий газ сгорает и перемещается в верхнюю область топочной камеры. Во время выделения газа уголь коксуется, после полного выгорания примесей начинается горение кокса. Появляется короткое пламя. В заключение углерод сгорает, а зола и шлаки остаются.

Температура в мангале

Профессионалы советуют определять температуру по виду теплоносителя. Оптимально, когда угольки начинают «седеть», то есть на них образуется белый пепел.

Важно не путать температуру горения угля и дров. Если в мангал поместить березовую древесину и зажечь ее, температура дойдет до отметки 1070-1570 градусов. Такой показатель не подойдет для жарки шашлыка. Мясо попросту сгорит.

Измерение показателей

• через 1 секунду — уровень температуры от 350 градусов и больше;
• 2 секунды — около 280 градусов;
• 3 секунды — 250 градусов;
• 4 секунды — отметка в 200 градусов;
• 5 секунд или больше — меньше 150 градусов.

Измерение градусов таким способом очень условно и не слишком подходит для новичков. Только опытный шашлычник с помощью руки сможет безошибочно определить, какая температура в мангале.

Использование разнообразных видов топлива очень популярно. Уголь, торф и древесину применяют не только в быту, но и в промышленных целях. На современном рынке каждый найдет подходящий теплоноситель исходя из назначения и желаемых требований.

Температура горения угля в печи

Температура горения разных видов угля

Результативность и экономичность системы отопления с котлом на твердом топливе зависит от варианта топлива. Кроме дров и отходов обработки дерева в качестве энергоносителя широко применяется уголь разных видов. Температура горения угля — один из главных показателей, но следует ли его предусматривать во время выбора топлива для печи или котла?

Уголь в печи

Уголь: разновидности и характеристики

Угли первым делом отличаются по рождению. В качестве энергоносителя применяют кокс, который получают путем пережигания древесины, и также ископаемое горючее.

Ископаемые угли — горючее, созданное природой. Они состоят из остатков древних растений и битумных масс, которые подверглись целому ряду превращений в процессе опускания под землю на большие глубины. Переустройство начальных веществ в эффективное горючее протекало при больших температурах и в условиях дефицита кислорода под толщей земли. К ископаемым видам топлива относится бурые и каменные угли, и также уголь.

Бурые угли

Среди ископаемых углей наиболее молодые — бурые угли. Собственное название горючее получило за бурый цвет. Этот вид топлива отличается достаточным количеством летучих примесей и большим содержанием влаги — до 40%. При этом кол-во чистого углерода достигает 70%.

Из-за очень высокой влажности у бурого угля низкая температура горения и низкая отдача тепла. Загорается горючее при 250°С, а температура горения бурых углей может достигать 1900 °С. Теплота сгорания составляет примерно 3600 ккал/кг.

Как носитель энергии бурый уголь в натуральном виде уступает дровам, благодаря этому его реже используют для печей и твердотопливных агрегатов в приватных домах. Но стойким спросом пользуется брикетированное горючее.

Бурые угли

Бурый уголь в брикетах — это горючее, ушедшее специальное приготовление. Благодаря уменьшению влаги увеличивается его энергетическую эффективность. Отдача тепла брикетированного топлива может достигать 5000 ккал/кг.

Каменные угли

Каменные угли старше бурых, их залежи размещаются на глубине до трех километров. В этом виде топлива содержание чистого углерода достигает 95%, а летучих примесей — до 30%. Влаги этот носитель энергии имеет не больше 12%, что благоприятно оказывает влияние на теплоэффективность полезного ископаемого.

Температура горения каменного угля в оптимальных условиях может достигать 2100°С, но в печи для отопления горючее сжигается максимум при 1000°С. Отдача тепла каменноугольного топлива составляет 7000 ккал/кг. Его тяжелее распалить — для возгорания требуется нагрев до 400°С.

Каменноугольный носитель энергии чаще других используется для обогрева жилых зданий и домов другого назначения.

Каменный уоль

Самое старинное твёрдое ископаемое горючее, которое почти не имеет влаги и летучих примесей. Содержание углерода в угле превосходит 95%.

Удельная отдача тепла топлива может достигать 8500 ккал/кг — это высший показатель среди углей. В оптимальных условиях уголь горит при 2250°С. Загорается он при температуре не меньше 600°С — это показатель для самых низкокалорийных видов. Для розжига необходимо применять дрова, чтобы создать нужный нагрев.

Характеристики угля

Уголь первым делом промышленное горючее. Его применение в печи или котле нецелесообразно и дорого. Кроме высокой отдачи тепла к положительным качествам угля относится невысокая зольность и малодымность.

Свойства кокса

Кокс подчеркивают в отдельную категорию, потому как это не ископаемое горючее, а продукт производства. Что бы его получить древесину обрабатывают специальным образом, чтобы поменять структуру и удалить остатки влаги. Методика получения хорошего и хорошего в потреблении энергоносителя известна с давних пор – раньше древесину пережигали в глубоких ямах, перекрыв доступ кислороду, а в наше время используются особенные углевыжигательные печи.

Сжигание древесины в углевыжегательной печи

При нормальных условиях хранения влажность кокса будет примерно 15%. Загорается горючее уже при нагревании до 200°С. Удельная теплотворная способность энергоносителя высока — она может достигать 7400 ккал/кг.

Температура горения кокса варьируется в зависимости от сорта дерева и условий сжигания. Например, березовые угли можно применять для разогрева кузнечного горна и металлической ковки — при насыщенной подаче воздуха гореть они будут при 1200-1300°С. В печке или котле для отопления температура в процессе горения достигнет 800-900°С, а при эксплуатации угля в мангале на улице — 700°С.

Горючее из пережженной древесины экономичен — его расход намного меньше если сравнивать с использованием дров. Кроме высокой отдачи тепла оно отличается невысокой зольностью.

Благодаря тому, что кокс горит с малым количеством золы и выделяет ровный жар без открытого пламени, он прекрасно подойдет для приготовления мяса и остальных продуктов на открытом огне. Также он может применяться для каминного теплоснабжения или готовки еды на варочной печи.

Специфики сжигания углей

Рассматривая, при какой температуре горит тот или другой вид топлива, необходимо взять во внимание, что приводятся цифры, достижимые только в оптимальных условиях. В домашней печи или твердотопливном котле подобные условия создать нереально, да и не надо. Кирпичный или железный теплогенератор не рассчитывается на этот уровень нагрева, а тепловой носитель в контуре быстро закипит.

Благодаря этому температура сгорания топлива определяется режимом его сжигания, другими словами, от численности воздуха, подаваемого в топку. Ископаемый и деревянный носитель энергии прекраснее всего горит, если подача воздуха может достигать 100%. Что бы ограничить потока воздуха применяется задвижка или заслонка, за счёт чего поддерживается идеальная для печи температура сгорания топлива — около 800-900°С.

Сжигание углей в котле

При сжигании энергоносителя в котле нельзя допустить вскипание носителя тепла в водяной рубашке — если клапан для предохранения не сработает, случится взрыв. Более того, смесь пара и воды плохо действует на циркулярный насос в системе обогрева.

Чтобы контролировать процесс горения, применяются следующие способы:

• носитель энергии загружается в топочную камеру и изменяется подача воздуха;
• угольная крошка или горючее кусочками подается умерено (по аналогичной схеме, что и в гранульных котлах).

Специфики горения

Угли отличаются по виду пламени. У горящего каменного и бурого угля языки пламени длинные, уголь и кокс относятся к короткопламенным энергоносителям. Короткопламенное горючее горит почти что без остатка, выделяя приличное количество энергии тепла.

Сгорание длиннопламенных источников энергии происходит в 2 этапа. В первую очередь выделяются летучие фракции — горючий газ, который горит, поднявшись к верхней части топочной камеры. В процессе выделения газов уголь коксуется, и после выгорания летучих веществ начинает гореть появившийся древесный уголь, организуя короткое пламя. Углерод выцветает, шлаки и зола остаются.

Заключение

Подбирая, какой носитель энергии лучше применять для котла на твердом топливе или печи, необходимо смотреть на ископаемое горючее и кокс. Температура горения не принципиальна, потому как ее во всяком случае придется лимитировать, чтобы исполнить хороший режим эксплуатации теплогенератора.

Главное оценить доступность энергоносителя и его стоимость, теплоэффективность, удобство применения. Для агрегатов для котельной очень часто применяют каменный или бурый уголь. Сжигание каменного угля в газогенераторной печи — подходящий вариант, который дает возможность применять максимум энергии тепла, снизив топливный расход и уменьшив кол-во вредных выбросов.

Газогенераторная печь для сжигания каменного угля

Печь или агрегат для котельной обязаны быть рассчитаны на работу с высокотемпературным энергоносителем.

Температура горения угля. Виды угля. Удельная теплота сгорания каменного угля

Температура горения угля считается тем главным критерием, который дает возможность избежать ошибок во время выбора топлива. Конкретно от данной величины зависит продуктивность котла, его хорошая работа.

Вариант определения температуры

Во время зимы вопрос обогревания жилищных помещений очень важен. В связи с систематическим ростом стоимости тепловых носителей, людям необходимо искать другие варианты выработки энергии тепла.

Лучшим способом с целью решения сложившейся проблемы будет подбор котлов работающих на твёрдом топливе, которые имеют хорошие производственные характеристики, прекрасно берегут тепло.

Удельная теплота сгорания каменного угля собой представляет физическую величину, показывающую, какое кол-во тепла способно выделяться при полном сгорании килограмма топлива. Для того чтобы котел работал долгое время, главное правильно выбирать к нему горючее. Удельная теплота сгорания каменного угля высока (22 МДж/кг), благодаря этому этот вид топлива считается хорошим для хорошей работы котла.

Характеристики и свойства древесины

Сейчас встречается направленность перехода с установок, в их основе был процесс сгорания газа, на твердотопливные отопительные домашние системы.

Не каждый знает про то, что создание комфортабельного климата в доме зависит от качества подобранного топлива. В качестве классического материала, используемого в подобных отопительных котлах, отметим древесину.

В жёстких условиях климата, отличающихся очень длительной и холодной зимой, очень тяжело обогревать древесиной жилье весь отопительный период. При резком понижении температуры окружающей среды хозяин котла вынужден его применять на грани самых больших возможностей.

Во время выбора в качестве твёрдого топлива древесины появляются большие проблемы и неудобства. Первым делом напомним, что температура горения угля намного выше, в сравнении с древесиной. Из минусов и большая скорость сгорания дров, что делает большие затруднения при работе котла отопления. Его хозяин вынужден совершать регулярный контроль наличия дров в камере сгорания, понадобится очень большое их кол-во на отопительный период.

Варианты угля

Температура горения кокса намного выше, благодаря этому этот вариант топлива считается хорошей заменой для обыкновенных дров. Отметим и хороший признак отдачи тепла, длительность процесса горения, малый топливный расход. Есть несколько разных вариантов угля, связанных со особенностью добычи, и также глубиной залегания в земных недрах: каменный, бурый, уголь.

У любого из перечисленных вариантов имеются собственные характерные качества и характеристики, которые дают возможность применять его в котлах работающих на твёрдом топливе. Температура горения угля в печи будет небольшой при эксплуатации бурого, так как в его составе содержится достаточно большое количество самых разных примесей. Что же касается показателей отдачи тепла, то их величина аналогична древесине. Хим. реакция горения считается экзотермической, теплота сгорания угля имеет больший коэффициент.

У каменного угля температура возгорания может достигать 400 градусов. Причем теплота сгорания угля этого вида очень большая, благодаря этому этот вид топлива широко применяют для обогрева жилищных помещений.

Самая большая результативность у угля. Из минусов подобного топлива отметим его дороговизну. Температура горения угля этого вида может достигать 2250 градусов. Аналогичного показателя нет ни у одного твёрдого топлива, добываемого из недр земли.

Специфики печи, работающей на угле

Такое устройство имеет особенности конструкции, подразумевает проведение реакции пиролиза угля. Кокс не относится к полезным ископаемым, он стал продуктом деятельности человека.

Температура горения угля составляет 900 градусов, что сопровождается выделением необходимого количества энергии тепла. Какая методика создания подобного поразительного продукта? Роль заключена в установленной деревообработке, за счёт чего происходит значительное изменение ее структуры, выделение из нее очень большой влаги. Выполняется аналогичный процесс в специализированных печах. Рабочий принцип подобных устройств основывается на процессе пиролиза. Печь для получения кокса состоит из четырех базисных элементов:

• топки;
• укрепленного основания;
• дымоотвода;
• отсека вторичной переработки.

Химический процесс

После проникания в камеру происходит постепенное тление дров. Этот процесс происходит за счет наличию в камере сгорания необходимого количества газообразного кислорода, поддерживающего горение. По мере тления встречается выделение необходимого количества тепла, превращение избыточной жидкости в пар.

Дым, выдиляющийся в процессе реакции, идет в отсек вторичной переработки, там он полностью горит, происходит тепловыделение. Углевыжигательная печь делает несколько главных практических задач. При ее помощи образуется кокс, а в помещении поддерживается оптимальная температура.

Но процесс получения аналогичного топлива считается достаточно щекотливым, и при самом небольшом промедлении возможно абсолютное сгорание дров. Нужно в конкретное время доставать из печи обуглившиеся заготовки.

Использование кокса

При воплощении инновационной цепочки выходит замечательный материал, задействовать который можно для настоящего обогревания жилищных помещений во время зимнего сезона отопления. Несомненно, температура горения каменного угля будет выше, однако не во всех регионах такое горючее доступно по стоимости.

Горение кокса начинается при температуре 1250 градусов. К примеру, плавильная печь не прекращает работу собственно на древесном угле. То пламя, которое образуется при подаче в печь воздуха, очень легко расплавляет металл.

Создание идеальных условий для горения

Из-за причины большой температуры все внутренние детали печи делаются из специализированного шамотного кирпича. Для их укладки используют жаростойкую глину. При разработке особенных условий вполне можно получить в печи температуру, превышающую 2000 градусов. У практически всех видов угля есть собственный показатель точки возгорания. После достижения данного показателя главное держать температуру возгорания, постоянно подавая в топочную камеру избыточное кол-во кислорода.

Из минусов этого процесса отметим теплопотерю, ведь часть выделяемой энергии уходить будет через трубу. Это приводит к понижению температуры камеры сгорания. В ходе экспериментальных исследований ученым получилось установить для самых разных видов топлива хороший лишний объем кислорода. Благодаря выбору излишка воздуха, можно рассчитывать на абсолютное сгорание топлива. В конце концов можно рассчитывать на самые маленькие потери энергии тепла.

Заключение

Сравнительную ценность топлива оценивают по его теплотворной способности, измеряемой в калориях. Принимая к сведению характеристики различных его разновидностей, делаем вывод, что именно каменный уголь считается идеальным видом твёрдого топлива для котлов. Большинство владельцев своих систем отопления пытаются задействовать котлы, которые работают на смешанном топливе: твёрдом, жидком, газообразном.

Температура горения деревянного и каменного угля в самых разных устройствах

Первостепенным параметром, дающим возможность не совершить ошибку в своем выборе топлива и отопительные агрегаты, считается температура горения угля, потому как ее величина обуславливает уверенную работу котла и его продуктивность.

Вопрос обогревания своего жилья во время зимы стоит особенно остро. В условиях непрерывного подорожания источников энергии люди вынуждены искать альтернативные способы выработки тепла. Прекрасным выходом из ситуации в получившейся ситуации считается применение котлов работающих на твёрдом топливе, обладающих хорошими параметрами производства и теплосбережения.

Однако для их полноценной эксплуатации нужна заготовка твёрдого топлива. Лучшей его вариацией считается уголь, обеспечивающий хорошие показатели работы печи. Взвешенный выбор этого топлива считается залогом хорошей работы котла.

Древесина: свойства и характеристики

Котлы твердотопливного отопления приходят на смену установкам, использующим в собственной основе принцип сгорания газа. Некоторые применяют их уже давно, прочие только начинают их использовать для обогревания своего жилья. Но все знают про то, что от качества топлива полностью зависит создание уютных условий в доме. Обычным материалом, используемым в аналогичных устройствах, считается древесина. Собственно она используется довольно широко. Однако обогревать жилище с помощью данного материала на протяжении всей зимы очень тяжело. А именно это становится понятно во время самых больших холодов, когда котел не прекращает работу почти что на максимуме собственных возможностей.

При этом применение дров связано с некоторыми неудобствами. Первым делом, это довольно низкая температура и быстрое сгорание. В процессе горения древесины температура подымается всего до 200-400°C, показатели отдачи тепла при этом могут достигать существенных величин. Однако из-за скорости сгорания такой вид топлива выполняет конкретные трудности, требуя строгого контроля за наличием в камере сгорания. Данный факт является самым важным недостатком, потому как просит очень большого запаса дров на зиму.

Разновидности угля

Альтернативой древесине считается уголь. Такой вид топлива обладает усовершенствованными показателями отдачи тепла и времени собственного сгорания, что обеспечивает его меньший расход. Он имеет разновидности, обусловленные глубиной залегания в недрах и характерностями добычи сырья. Смотрятся они так:

Любой из приведенных вариантов обладает собственными качествами и параметрами, дающими возможность использовать их в котлах работающих на твёрдом топливе. Обогрев бурым углем считается наименее практичным если сравнивать с другими видами аналогичного топлива. Это вызвано его структурой, содержащей много примесей. Температура его загорания составляет порядка 230-250°C. При этом показатели отдачи тепла не очень отличаются от деревянных величин. Во время горения каменного угля бурых пород обеспечивается температура около 1900°C. Но такие показатели являются самыми большими, и настоящие величины, получаемые в процессе применения топлива, имеют значения намного меньше .

Каменный уголь загорается при 400°C, выдавая при этом гораздо выше тепла, чем бурый. Температура горения угля в печи составляет порядка 2100°C. Что обеспечивает его длительное применение и высокую отдачу тепла. По большей части для обогревания строений применяется конкретно такая разновидность полезного ископаемого.

Уголь является самым эффективным, но и несопоставимо очень дорогим вариантом. Температура его загорания может колебаться в границах 500-600°C и может достигать значений в 2250°C. Такими показателями не может похвалиться ни один из видов твёрдого топлива, добываемого из земных недр.

Свойства конструкции углевыжигательной печи, основанной на использовании пиролиза

Индивидуальной категорией необходимо отметить кокс. Такой вид топлива не считается ископаемым. Он, скорее, олицетворяет течение прогресса, потому как полностью выполняется человеком. Для его возгорания достаточно маленькой температуры в 100-200°C. При этом в процессе горения кокса она может достигать порядка 800-900°C, что обуславливает хорошие качества выделения тепла. Как же делают этот удивительный продукт? Этот процесс весьма прост. Заключается он в специализированной деревообработке, позволяющей значительно видоизменить ее структуру, выделив из нее влажность. Для реализации этой сложной задачи применяют углевыжигательные печи. Как становится ясно из их названия, назначение данных устройств состоит в выполнении предназначений деревопереработки. Печи для изготовления кокса имеют конкретную структуру и похожие конструкционные элементы.

Рабочий принцип такого приспособления построен на воздействии процесса пиролиза на древесину, который и создает роль ее изменения. Газогенераторная печь для изготовления кокса состоит из 4 центральных элементов:

• укрепленное основание;
• топка;
• отсек вторичной переработки;
• дымотвод.

Чертежи данного устройства предоставляют возможность проследить, какие собственно процессы протекают изнутри конструкции. Попадая в топку, дрова начинают поэтапно истлевать. Данный процесс обусловлен отсутствием кислорода в камере сгорания, нужного для поддерживания настоящего огня. В процессе тления выделяется большое количество тепла, а жидкость, которая есть в дереве, улетучивается. Выдиляющийся в результате подобного влияния дым проникает в отсек вторичной переработки, где полностью горит, вырабатывая тепло.

Подобным образом углевыжигательная печь делает одновременно несколько задач. Первая из них дает прекрасную возможность создавать кокс, вторая — обеспечивает помещение необходимым числом тепла. Однако процесс изменения дров считается очень щекотливым, потому как малейшая задержка может привести к полному их сгоранию. Благодаря этому в нужный момент обуглившиеся заготовки нужно достать из печи.

Благодаря этому процесса мы сможем получить замечательный материал, который поможет полностью нагреть помещение зимой. Углевыжигательные печи при этом играют очень важную роль, потому как в природе кокс почти не встречается.

Можно ли топить печь углем

Утилизация угля | Летучие вещества и химия

Последние новости

6 апреля 2023 г. , 7:06 по восточноевропейскому времени (AP)

Производство угля растет во всем мире, несмотря на обещания сократить его обещает поэтапно сократить использование топлива, которое является крупнейшим источником согревающих планету газов в атмосфере, говорится в отчете, опубликованном в среду. На сегодняшний день наиболее важным использованием угля является его сжигание, в основном для обеспечения теплом котлов электростанций. Металлургический кокс является основным продуктом переработки угля. Кроме того, методы газификации и сжижения угля в топливо или сырье для химической промышленности хорошо разработаны, но их коммерческая жизнеспособность зависит от наличия и цены конкурирующих ископаемых видов топлива, нефти и природного газа.

Свойства, влияющие на использование угля

Марка угля

Образование угля из различных растительных материалов посредством биохимических и геохимических процессов называется углефикацией. Характер компонентов угля связан со степенью углефикации, измерение которой называется рангом. Ранг обычно оценивается с помощью серии тестов, в совокупности называемых приблизительным анализом, которые определяют содержание влаги, содержание летучих веществ, содержание золы, содержание связанного углерода и теплотворную способность угля.

Содержание влаги определяют путем нагревания воздушно-сухого образца угля при температуре 105–110 °C (221–230 °F) в определенных условиях до получения постоянной массы. В целом влажность увеличивается с понижением марки и колеблется от 1 до 40% для различных марок угля. Присутствие влаги является важным фактором как при хранении, так и при использовании углей, поскольку она увеличивает ненужный вес при транспортировке, снижает теплотворную способность и создает некоторые проблемы при транспортировке.

Летучие вещества — это вещества, которые удаляются при нагревании угля до 950 °C (1742 °F) в отсутствие воздуха при определенных условиях. Его измеряют практически, определяя потерю веса. Состоящая из смеси газов, низкокипящих органических соединений, которые при охлаждении конденсируются в масла, и смолы, летучие вещества увеличиваются с понижением ранга. Как правило, угли с высоким содержанием летучих веществ легко воспламеняются и обладают высокой реакционной способностью при горении.

Содержание минералов (золы)

Уголь содержит различные минералы в различных пропорциях, которые при сжигании угля превращаются в золу. Количество и природа золы и ее поведение при высоких температурах влияют на конструкцию и тип системы удаления золы, используемой на угольных электростанциях. При высоких температурах угольная зола становится липкой (т. е. спекается) и в конечном итоге образует расплавленный шлак. Затем шлак становится твердым кристаллическим материалом после охлаждения и повторного затвердевания. Удельные температуры плавления золы определяют в лаборатории путем наблюдения за температурами, при которых происходят последовательные характерные стадии плавления навески золы при нагревании в печи в заданных условиях. Эти температуры часто используются в качестве индикаторов спекаемости углей при высокотемпературной обработке.

Содержание связанного углерода

Связанный углерод представляет собой твердый горючий остаток, который остается после нагревания частицы угля и удаления летучих веществ. Содержание связанного углерода в угле определяется путем вычитания процентного содержания влаги, летучих веществ и золы из образца. Поскольку реакции горения газ-твердое тело протекают медленнее, чем реакции газ-газ, высокое содержание связанного углерода указывает на то, что углю потребуется длительное время горения.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Теплотворная способность

Теплотворная способность, измеряемая в британских тепловых единицах или мегаджоулях на килограмм, представляет собой количество химической энергии, содержащейся в угле, которая выделяется в виде тепловой энергии при сгорании. Это напрямую связано с рангом; на самом деле, метод ASTM использует теплотворную способность для классификации углей на уровне высоколетучих битуминозных или ниже (угли выше этого класса классифицируются по содержанию связанного углерода). Теплотворная способность частично определяет ценность угля как топлива для сжигания.

Тип угля

Уголь представляет собой сложный материал, состоящий из микроскопически различимых, физически различных и химически различных органических веществ, называемых мацералами. На основании их оптического отражения, способа возникновения и внешнего вида под микроскопом мацералы сгруппированы в три основных класса: (1) липтинитовые или эксинитовые мацералы с низким коэффициентом отражения и высоким отношением водорода к углероду образуются из спор растений. , кутикулы, смолы и тела водорослей. (2) Витринитовые мацералы с промежуточной отражательной способностью и высоким отношением кислорода к углероду образуются из древесных тканей. (3) Инертинитовые мацералы с высоким коэффициентом отражения и содержанием углерода образуются из ископаемого древесного угля или разложившегося материала.

Хотя ожидается, что различные мацералы в данной группе будут иметь схожие свойства, они часто проявляют различное поведение при конкретном конечном использовании. Например, сообщается, что эффективность сгорания находится в обратной зависимости от содержания инертинита, однако обнаружено, что микринит, который классифицируется как инертинитовый мацерал, обладает высокой реакционной способностью при сжигании. Корреляция между петрографическим составом и реакционной способностью угля еще не установлена.

Физические свойства

Измельчаемость

Измельчаемость угля является мерой его сопротивления дроблению. Двумя факторами, влияющими на способность к измельчению, являются влажность и содержание золы в угле. В целом лигниты и антрациты более устойчивы к измельчению, чем битуминозные угли. Одним из широко используемых методов оценки измельчаемости является испытание Хардгроува, заключающееся в измельчении специально подготовленного образца угля в лабораторной мельнице стандартной конструкции. Массовый процент угля, который проходит через сито 200 меш (сито с отверстиями 74 микрометра или 0,003 дюйма), используется для расчета индекса измельчаемости Хардгроува (HGI). Этот показатель используется в качестве ориентира для определения размеров измельчительного оборудования на углеобогатительной фабрике.

Пористость — это доля объема кажущегося твердого тела, которое на самом деле представляет собой пустое пространство. Из-за пористости площадь поверхности внутри угольной частицы намного больше, чем площадь внешней поверхности. В любой реакции газ-твердое тело или жидкость-твердое вещество скорость реакции зависит от доступной площади поверхности, на которой может происходить реакция; следовательно, пористость угля влияет на скорость его реакции в процессе конверсии. Доступность реагента к внутренней поверхности угольной частицы также зависит от размера и формы пор и степени пористости.

Несколько типов измерения плотности производятся на угле в зависимости от предполагаемого конечного использования. Наиболее часто измеряемой плотностью является объемная плотность; это определяется как вес угля, занимающего единицу объема, и выражается в граммах на кубический сантиметр или фунтах на кубический фут. Насыпная плотность зависит от гранулометрического состава угля и имеет важное значение при проектировании бункеров и силосов.

При нагревании многие битуминозные угли размягчаются и образуют пластичную массу, которая набухает и затвердевает в пористое твердое тело. Угли, которые проявляют такое поведение, называются спекающимися углями. Сильно спекающиеся угли, дающие твердый продукт (кокс) со свойствами, пригодными для использования в доменной печи, называются коксующимися. Все коксующиеся угли спекаются, но не все спекающиеся угли пригодны для производства кокса.

Свойства термопласта зависят от петрографического состава. Например, липтинитовые мацералы обладают очень высокой текучестью, а инертинитовые мацералы — нет. Витриниты занимают промежуточное положение между этими двумя группами. Термопластические свойства желательны для производства кокса и сжижения, но они нежелательны для сжигания и газификации, поскольку образующаяся плавленая масса может засорить камеру сгорания или газификатор.

Сарма В.Л.Н. Писупати Алан В. Скарони

Типичные причины зашлаковывания и засорения котлов

Зашлаковывание и засорение котла и, как следствие, частая работа сажеобдувочных аппаратов являются одними из основных факторов эксплуатации и технического обслуживания, которые могут отрицательно сказаться на надежности и эффективности электростанции.

Зашлаковывание и засорение котла являются одними из наиболее частых причин головной боли при техническом обслуживании на угольных электростанциях. Хотя вы не можете полностью устранить проблему, соблюдение правил эксплуатации и технического обслуживания может значительно сократить время и проблемы, связанные с ее устранением.

Демистификация зашлакованности и засорения

Давайте рассмотрим, что такое зашлакованность, прежде чем переходить к причинам и способам устранения зашлакованности и засорения.

Шлак представляет собой расплавленную золу и негорючие побочные продукты, которые остаются после сжигания угля. Когда материал охлаждается до определенной температуры, он может прилипать к компонентам печи, таким как экраны, что называется шлакообразованием.

Котел, работающий на пылеугольном топливе, спроектирован с большой топочной полостью, которая может выдерживать шлак в жидкой фазе на водяных стенках. Однако температура на выходе из печи должна быть достаточно низкой, чтобы шлак охлаждался ниже температуры его размягчения.

Типичная температура плавления битумной топливной золы определяется с использованием стандарта D1857 Американского общества по испытаниям и материалам (ASTM). Для проведения теста конус золы помещают в лабораторную печь и печь медленно нагревают. Температура топки отмечается в четырех точках по мере деформации зольного конуса.

Температура первой точки, когда конус золы затупляется, называется «температурой начальной деформации». По мере того, как печь нагревается больше, регистрируют температуру, при которой зола становится мягкой, а высота (H) конуса равна ширине (W). Это значение называется «температурой размягчения». Нагрев продолжается, в результате чего зольный конус провисает до тех пор, пока H = 1/2 Вт. Эта температура называется «полусферической температурой». Наконец, когда конус золы становится жидкостью, температура отмечается и называется «температурой жидкости» золы.

Современные лаборатории используют более совершенные печи, чем когда этот метод был впервые разработан, но отчеты о температурах плавления золы по-прежнему выполняются с использованием тех же четырех уровней плавления золы: начальная деформация, размягчение, полусферический и флюидный.

Целью лабораторных испытаний является определение приблизительного состояния золы при ее нахождении в различных частях топки котла. При зашлаковывании и засорении наиболее важным вопросом является наличие топочных газов или «продуктов сгорания», выходящих из топки при такой температуре, чтобы зола не была слишком липкой. Хорошее приближение состоит в том, чтобы газы на выходе из печи были на 100-150°F холоднее, чем температура размягчения золы.

Я видел печи, в которых температура уходящих газов выше температуры жидкости, и можно эксплуатировать котел с жидкофазной золой, протекающей через пароперегреватель и промежуточный подогреватель, но это нецелесообразно из-за коррозии угольной золы и необходимость почти непрерывной длительной выдвижной продувки сажи для смягчения отложений золы.

«Загрязнение» обычно относится к отложениям, которые появляются в конвекционном проходе после того, как газы выходят из печи. Загрязнение обычно связано с золой и скоплениями, которые образуются на передних кромках труб пароперегревателя и промежуточного нагревателя (рис. 1), особенно на выпускных патрубках, температура поверхности металла которых превышает 1000F. Отложения удаляются сажеобдувом.

1. Линия разграничения. Расстояние между трубами всех котлов становится все более ограниченным по мере того, как процесс теплопередачи меняется с лучистого в топке на конвективный в обратном проходе. Источник: Storm Technologies Inc.

Когда для выдувания зольных отложений используются длинные выдвижные сажеобдувочные аппараты, частицы золы уносятся в поток дымовых газов и образуют пепел, который может блокировать пути потока катализатора селективного каталитического восстановления (SCR), закупоривать корзины воздухонагревателя и мост через трубы котла в конвекционном проходе. Обычно участки котла, которые считаются подверженными зашлакованию, располагаются от пояса горелок до выхода из топки.

Тепловые потоки от самого горячего к самому холодному, и, следовательно, для производства перегретого пара и перегретого пара на выходе от 1000 до 1100F температура газа на выходе из печи (FEGT) должна быть выше примерно 1500F на входе газа в промежуточный нагреватель для управления тепловым потоком в подогреватель и пароперегреватель для создания желаемой температуры пара. Следовательно, оптимальная температура для FEGT пылеугольного котла должна составлять от 2150 до 2250F для достижения желаемой температуры пара без образования шлака. Ниже 2150F становится трудно достичь расчетной температуры пара. При температуре выше 2250F в пересчете на объемный газ она становится близкой к температуре плавления золы в некоторых видах топлива.

Топливо с чрезвычайно высокой температурой плавления золы считается «дружественным к котлам» и неприхотливым. Топлива с более низкими температурами плавления золы требуют более точной настройки горения и усиленного продувки сажи для уменьшения отложений шлака.

В качестве примера рассмотрим анализ плавления угольной золы D1857, приведенный в таблице 1. Учитывая температуры плавления золы по стандарту ASTM D1857, можно оценить состояние золы в печи и на выходе из печи, если известны температуры.

В этом примере анализ угольной золы показывает температуру жидкости в «восстановительной атмосфере» 2410F. Итак, если есть полосы продуктов сгорания, богатых топливом и все еще активно горящих, то это фактически «восстановительная атмосфера» для конкретной полосы богатых топливом продуктов сгорания. На практике это может произойти из-за того, что одна горелка работает с большим количеством топлива и бедным воздухом. Продукты сгорания от этой одной горелки могут фактически зашлаковывать выход из топки.

Некоторые виды топлива более неумолимы, чем другие. Огромным фактором является содержание железа в угольной золе. Зола с содержанием железа от 15% до 20% будет иметь температуру зольной жидкости в восстановительной атмосфере на 500°F ниже, чем такая же зола в окислительной атмосфере. Текущие операции завода с жесткими нормативными ограничениями на NO _x , как правило, заставляют операторов работать с низким уровнем избыточного кислорода. Эта практика в сочетании с дисбалансом топлива и воздуха может привести к условиям, при которых потоки дымовых газов могут иметь нулевой свободный кислород и, следовательно, технически работать в восстановительной атмосфере.

Итак, как можно создать восстановительную атмосферу или вторичное горение на выходе из печи? Вот шесть из наиболее распространенных причин зашлаковывания и засорения котла по нашему опыту:

■ Низкий избыток кислорода в топке

■ Чрезвычайное расслоение каналов дымовых газов FEGT

■ Высокий первичный поток воздуха

■ Повреждение горелки механическое состояние/допуски

■ Плохая производительность угольного измельчителя

■ Несоответствующие свойства топлива и химический состав

Низкий избыток кислорода в печи

Основной причиной шлакообразования в печи является низкое содержание кислорода в печи. Большинство котлов рассчитаны на 115-120% теоретического воздуха для горения. Обычно это выражается в 15-20% избытка воздуха. Для угольных печей уровень кислорода будет составлять от 3% до 3,8%. Обратите внимание на расположение анализаторов кислорода на выходе из экономайзера на рис. 2. В этом месте часто считываются более высокие уровни кислорода, чем фактическое содержание кислорода в печи, из-за утечки воздуха между печью и входом дымовых газов воздухонагревателя.

Чрезвычайно важно уделить внимание оптимизации «входов» ленты горелки печи, поскольку сгорание должно завершаться в полости печи. Чрезвычайно важно обеспечить достаточный приток воздуха для горения к топливу до того, как продукты сгорания покинут топку. Одной из наиболее частых причин зашлаковывания и засорения является дожигание в верхней части топки. Наиболее распространенной причиной вторичного сгорания является недостаточный избыток кислорода в ленте горелки.

Почему это так распространено? Есть две причины. Во-первых, большинство американских котлов имеют некоторый возраст, а настройки котла позволили увеличить утечку воздуха с годами. Поскольку анализаторы кислорода обычно располагаются на выходе из экономайзера, избыток кислорода, измеренный на выходе из экономайзера, включает весь окружающий воздух, просочившийся в установку котла после завершения сжигания. Это отсутствие избыточного свободного кислорода в топке приводит к тому, что активное горение растягивается и активно продолжается в секции пароперегревателя. Температура дымовых газов из-за такого вторичного сгорания может быть и, как было измерено, намного выше оптимальной более чем на 1000F.

Второй фактор заключается в том, что когда содержание железа в угольной золе превышает примерно 10%, температура плавления золы ниже в восстановительной атмосфере. Другими словами, вторичное сжигание не только повышает ТТГ, но также, если угольная зола содержит значительное количество железа, температура плавления может быть значительно ниже в результате химического состава золы. То есть зола будет плавиться при гораздо более низкой температуре в восстановительной атмосфере по сравнению с температурой плавления в окислительной атмосфере. Как отмечалось ранее, температура плавления золы может быть снижена на целых 500F.

В совокупности эти два фактора особенно серьезны для заводов на востоке США, работающих на битумном топливе. Содержание железа в золе не является важным фактором для топлива из бассейна Паудер-Ривер, но вторичное сжигание влияет на все котлы и все виды топлива.

Чрезвычайное расслоение дымовых газов дымовых газов

Ограниченное время пребывания крупных коммунальных котлов требует оптимизации подачи топлива и воздуха в топку (рис. 3). Если не контролировать должным образом, несоответствие топлива/воздуха может привести к зашлаковыванию и загрязнению из-за вторичного сгорания и повышенных значений FEGT. Оптимизация подачи топлива и воздуха в печь и обеспечение того, чтобы на выходе из печи была окислительная атмосфера, являются первыми шагами в снижении образования шлака в печи.

3. Время не на вашей стороне. Время пребывания составляет всего пару секунд, поэтому для поглощения тепла в печи не так много времени. При вторичном сжигании температура газа на выходе из печи может превышать температуру плавления золы, что является основной причиной образования шлака в печи. Источник: Storm Technologies Inc.

Оптимизация расхода топлива включает обеспечение того, чтобы:

■ Крупность угля соответствует следующим рекомендациям: не менее 75 % проходит через сито 200 меш и менее 0,2 % остается на сите 50 меш с репрезентативными и изокинетически удаленными пробами крупности угля.

■ Распределение угля по каждой горелке должно быть сбалансировано плюс-минус 10%.

Оптимизация воздуха для горения включает в себя обеспечение того, чтобы:

■ Оптимизация расхода первичного воздуха и воспроизводимость соотношения воздух/топливо.

■ Измеряемый и контролируемый поток вторичного воздуха равномерно распределяется на отдельные горелки.

■ Оптимизирован измеряемый и контролируемый воздушный поток.

FEGT и избыток кислорода можно измерить с помощью датчика высокоскоростной термопары (HVT) с водяным охлаждением. Измерения зондом HVT должны быть минимум на 3% избытка кислорода с максимальными температурами примерно на 100-150F ниже температуры плавления золы. Именно при приближении ТТГ к температуре плавления золы происходит шлакообразование.

Часто наиболее полезными данными, полученными с помощью датчика HVT с водяным охлаждением, являются выход из печи, уровни избыточного кислорода и профили. Все точки в верхней печи должны быть окислительными и желательно с избытком кислорода выше 3%.

Слово «шлакообразование» обычно используется для описания образования шлака в печи, в то время как загрязнение обычно используется для описания пепла или золы, которые попали в конвекционный проход и создали препятствия потоку из-за осаждения. Как обсуждалось ранее, загрязнение конвекционного канала, СКВ и воздухонагревателя является результатом скопления золы на передних кромках пароперегревателя и трубок промежуточного нагревателя, которые удаляются при длительной работе выдвижного обдувочного аппарата.

Сведение к минимуму зашлаковывания и засорения начинается с оптимизации характеристик горения ленты горелки. Это необходимо, потому что время пребывания между верхом ленты горелки и входом дымовых газов пароперегревателя составляет всего около 1 или 2 секунд. На выходе из печи расстояние между трубами пароперегревателя и подогревателя становится все меньше и меньше, что приводит к сужению путей потока газа.

Типичное значение FEGT составляет от 2150F до 2250F, при условии, что на входе присутствуют предпосылки для оптимального сжигания ленты горелки. В пароперегревателе, показанном на рис. 4, пиковые температуры дымовых газов печи были значительно выше температуры плавления нержавеющей стали Alloy 310 (около 2780°F). Пиковые температуры активного вторичного сгорания действительно были примерно на 1000F выше FEGT с оптимизированным входом ремня горелки. При оптимизации ФЭГТ был однородным 1,9от 50F до 2100F по ширине котла. До оптимизации присутствовали температуры от 2850F до 3100F. Эти крайности были задокументированы во многих случаях.

4. Мост в никуда. Этот пароперегреватель зашлаковался, потому что температура газа на выходе из печи была примерно на 1000F выше оптимальной. Предоставлено Storm Technologies Inc.

Причина высокой температуры в этом случае была тройной. Во-первых, скорость первичного воздуха была высокой, из-за чего топливо направлялось глубоко в топку, вдали от вторичного воздуха, подаваемого на горелки. Во-вторых, лента горелки страдала от нехватки воздуха для горения из-за того, что поток воздуха для пережигания был слишком высоким и превышал 20% от общего расхода воздуха, при этом только около 115% от общего теоретического расхода воздуха поступал в котел. Другими словами, лента горелки была глубоко настроена на субстехиометрический уровень избытка кислорода. В-третьих, тонкость и распределение топлива не были оптимизированы. Температура дымовых газов на входе в пароперегреватель превышала 3000F. При этой температуре состояние золы было жидким, и всего за пару смен выход из топки полностью зашлаковался.

Обычно от 0,5% до 1% кислорода поднимается от топки к входным дымовым газам воздухонагревателя. Почему? Ну, по одной причине средний пылеугольный котел мощностью 500 МВт старше 30 лет. Таким образом, вероятность инфильтрации воздуха увеличивается только из-за возраста, даже при тщательном и тщательном техническом обслуживании. Единственный избыток кислорода, который имеет значение с точки зрения зашлаковывания и загрязнения, — это избыток кислорода, присутствующий на выходе из печи. Имейте в виду, что доступное время пребывания от верха до ленты горелки может быть менее 1,5 секунд.

Высокий расход первичного воздуха

Высокий расход первичного воздуха, особенно в котлах с настенным обогревом, способствует плохому топливному балансу, плохой чистоте топлива и увеличению длины пламени. Первичный воздух в основном является транспортным воздухом и обеспечивает от 15% до 25% всего воздуха для горения. Поэтому, когда первичный поток воздуха очень высок, частицы топлива «обгоняют» вторичный воздух, что приводит к более длинному, чем оптимально, пламени (рис. 5).

5. Не превышайте страховое покрытие. Когда поток первичного воздуха слишком высок, топливо попадает глубоко в топку. Источник: Storm Technologies Inc.

Высокий поток первичного воздуха почти на любой современной горелке с низким уровнем выбросов NOx _x будет подавать топливо глубоко в топку, тем самым опережая вторичный поток воздуха. Как следствие, в верхней части топки могут образовываться зоны с высоким содержанием топлива, что приводит к вторичному горению, повышенным температурам и зонам локализованной восстановительной атмосферы — все это способствует шлакообразованию и засорению.

Повреждение горелки и неудовлетворительное механическое состояние/допуски

Одним из 13 основных условий оптимального сгорания является допуск горелки на плюс-минус четверть дюйма. На фотографиях, показанных на рис. 6, представлены некоторые примеры типичных горелок в том состоянии, в котором они были найдены.

6. Не соответствует спецификации. Поврежденные горелки необходимо отремонтировать, чтобы оптимизировать горение. Предоставлено Storm Technologies Inc.

Большая часть повреждений горелок возникает в результате перегрева неработающих горелок из-за лучистого тепла топки. Одним из способов контроля перегрева горелки является присоединение термопар к форсункам горелки и подача охлаждающего воздуха через форсунки горелки, чтобы поддерживать температуру ниже 800F, когда она не работает. (Охлаждение горелки — это отдельная тема.)

Плохая производительность угольного измельчителя

Наиболее частой причиной резкого дисбаланса топлива на выходе из топки является производительность угольного измельчителя. Плохая чистота топлива почти всегда способствует плохому топливному балансу. В лучшем случае баланс пылевидного топлива будет находиться в диапазоне от плюс-минус 5% до 15% отклонения.

Если классификаторы не настроены на наилучшую крупность (обычно для замены меньшей крупности на более высокую производительность угольного измельчителя), крупность может ухудшиться до уровня менее 70% при переходе через 200 меш. Наряду со снижением крупности топливный баланс будет менее однородным. Плохая чистота топлива почти всегда приводит к плохому распределению топлива. Нет ничего необычного в том, что отклонения топлива составляют плюс-минус 25%, когда измельчители не оптимизированы.

Угольные измельчители являются сердцем пылеугольного котла. Около 75% возможностей для улучшения настройки связаны с угольными мельницами, первичным воздушным потоком и балансировкой топливопровода. На рис. 7 показаны важные моменты для достижения оптимального сгорания с минимальным образованием шлака и отложений.

Дополнительные статьи по смежным темам — от анализа топлива до управления измельчителем — можно найти на сайте powermag.