Caractéristiques de la combustion de combustibles solides. Caractéristiques de la combustion de combustibles solides

La combustion du combustible solide (poussière de charbon) comprend deux périodes : la préparation thermique et la combustion elle-même (Fig. 4.5).

Au cours du processus de préparation thermique (Fig. 4.5, zone I), la particule est chauffée, séchée et à des températures supérieures à 110°C, la décomposition thermique de la substance combustible d'origine commence par la libération de substances volatiles gazeuses. La durée de cette période dépend principalement de la teneur en humidité du combustible, de la taille de ses particules, des conditions d'échange thermique et est généralement de quelques dixièmes de seconde. Le déroulement des processus pendant la période de préparation thermique est associé à l'absorption de chaleur, principalement pour le chauffage, le séchage du carburant et la décomposition thermique de composés moléculaires complexes, donc le chauffage de la particule à ce moment est lent.

La combustion elle-même commence par l'inflammation de substances volatiles (Fig. 4.5, zone II) à une température de 400...600 °C, et la chaleur dégagée lors de leur combustion assure un chauffage et une inflammation accélérés des résidus de coke solide. La combustion des substances volatiles prend 0,2...0,5 s. Avec un rendement élevé en substances volatiles (houille brune et jeune, schiste, tourbe), la chaleur de combustion libérée est suffisante pour enflammer les particules de coke, et avec un faible rendement en substances volatiles, il est nécessaire de chauffer davantage les particules de coke de les gaz chauds environnants (zone III).

La combustion du coke (Fig. 4.5, zone IV) commence à une température d'environ 1 000 °C et constitue le processus le plus long. Ceci est dû au fait qu'une partie de l'oxygène dans la zone proche de la surface de la particule est dépensée pour brûler des substances volatiles inflammables et que sa concentration restante a diminué ; de plus, les réactions hétérogènes sont toujours inférieures en vitesse aux réactions homogènes pour les substances de activité chimique homogène.

En conséquence, la durée totale de combustion d'une particule solide (1,0...2,5 s) est principalement déterminée par la combustion des résidus de coke (environ 2/3 de la durée totale de combustion). Pour les carburants à haut rendement en substances volatiles, les résidus de coke représentent moins de la moitié de la masse initiale des particules, de sorte que leur combustion à différentes tailles initiales se produit assez rapidement et que le risque de sous-combustion est réduit. Les vieux carburants contiennent des particules de coke denses dont la combustion occupe la quasi-totalité du temps passé dans la chambre de combustion.

Les résidus de coke de la plupart des combustibles solides sont principalement, et pour un certain nombre de combustibles solides, entièrement constitués de carbone (de 60 à 97 % de la masse des particules). Considérant que le carbone fournit le principal dégagement de chaleur lors de la combustion du carburant, considérons la dynamique de combustion d'une particule de carbone provenant de la surface. L'oxygène est fourni de l'environnement à la particule de carbone en raison de la diffusion turbulente - transfert de masse turbulent, qui a une intensité assez élevée, mais une fine couche de gaz (couche limite) reste directement à la surface de la particule, à travers laquelle le comburant est transféré selon les lois de la diffusion moléculaire (Fig. 4.6). Cette couche inhibe considérablement l’apport d’oxygène à la surface. Dans celui-ci, se produit la combustion des composants gazeux inflammables libérés par la particule lors de la décomposition thermique. La quantité d'oxygène fournie par unité de temps à une unité de surface d'une particule par diffusion turbulente est déterminée par la formule

Dans (4.16) et (4.17) C POT est la concentration en oxygène dans le flux entourant la particule ; Avec SL - la même chose sur la limite extérieure de la couche limite ; Avec POV - idem sur la surface du carburant ; δ est l'épaisseur de la couche limite ; D est le coefficient de diffusion moléculaire à travers la couche limite ; A est le coefficient de transfert de masse turbulent.

Décision commune les équations (4.16) et (4.17) conduisent à l’expression

4.18a

4.18b

dans lequel

4.19

Constante de vitesse de diffusion généralisée.

De la formule (4.18), il s'ensuit que l'apport d'oxygène à la surface de réaction du combustible solide est déterminé par la constante de vitesse de diffusion et la différence des concentrations d'oxygène dans l'écoulement et sur la surface de réaction.

Dans un processus de combustion régulier, la quantité d'oxygène fournie par diffusion à la surface de réaction est égale à la quantité ayant réagi sur la surface à la suite de la réaction chimique. Par conséquent, le taux de réaction de combustion du carbone à partir de la surface K s résulte de l'égalité des taux de masse de deux processus - l'apport de diffusion et la consommation d'oxygène à la surface à la suite d'une réaction chimique

Conformément à la loi d'Arrhenius, le paramètre déterminant pour la vitesse d'une réaction chimique est la température du processus. La constante de vitesse de diffusion k D change légèrement avec l'augmentation de la température (voir Fig. 4.1, a), tandis que la constante de vitesse de réaction k p a une dépendance exponentielle avec la température.

A une température relativement basse (800...1000°C), la réaction chimique se déroule lentement, malgré l'excès d'oxygène à proximité de la surface solide, puisque k D >> k P. Dans ce cas, la combustion est inhibée par la cinétique du réaction chimique, cette zone de température est donc appelée région de combustion cinétique.

Au contraire, à des températures de combustion élevées (supérieures à 1 500°C) et à la combustion de poussières de charbon, la valeur de k P >> k D et le processus de combustion sont inhibés par les conditions d'apport (diffusion) d'oxygène à la surface du particule. Ces conditions correspondent à la région de combustion par diffusion. La création de conditions supplémentaires dans cette zone de température de flamme pour mélanger le mélange brûlant (augmentant la valeur de k D) contribue à l'accélération et à l'approfondissement de l'épuisement du carburant.

Un effet similaire en termes d’intensification de la combustion est obtenu en réduisant la taille des particules du carburant pulvérisé. Les particules de petite taille ont un échange thermique plus développé avec l'environnement et, par conséquent, une valeur de k D plus élevée. Une augmentation de la température entraîne un déplacement du processus d'oxydation vers la région de combustion par diffusion.

La région de combustion purement diffusive du combustible pulvérisé est caractéristique du noyau de la torche, caractérisé par la température de combustion la plus élevée, et de la zone de postcombustion, où les concentrations des substances réactives sont déjà faibles et leur interaction est déterminée par les lois de la diffusion. . L'allumage de tout carburant commence à des températures relativement basses, dans des conditions d'oxygène suffisant, c'est-à-dire dans la région cinétique. Dans cette zone de combustion, le rôle déterminant est joué par la vitesse de la réaction chimique, qui dépend de facteurs tels que la réactivité du carburant et le niveau de température. L'influence des facteurs aérodynamiques dans cette zone de combustion est insignifiante.

Catégorie K : Fours

Principales caractéristiques des processus de combustion de carburant

Les poêles peuvent utiliser des combustibles solides, liquides et gazeux. Chacun de ces combustibles possède ses propres caractéristiques qui affectent l’efficacité de l’utilisation du poêle.

Les conceptions de fours de chauffage ont été créées sur une longue période et étaient destinées à brûler des combustibles solides. Ce n'est que plus tard que des modèles conçus pour l'utilisation de liquides et de liquides ont commencé à être créés. combustible gazeux. Afin d'utiliser le plus efficacement possible ces types précieux dans les fours existants, il est nécessaire de savoir en quoi les processus de combustion de ces combustibles diffèrent de la combustion de combustibles solides.

Dans tous les fours, le combustible solide (bois, divers types de charbon, anthracite, coke, etc.) est brûlé sur des grilles en couches, avec un chargement périodique de combustible et un nettoyage des grilles des scories. Le processus de combustion des couches a un caractère clairement cyclique. Chaque cycle comprend les étapes suivantes : chargement du combustible, séchage et chauffage de la couche, libération des substances volatiles et leur combustion, combustion du combustible dans la couche, post-combustion des résidus et, enfin, élimination des scories.

À chacune de ces étapes, un certain régime thermique est créé et le processus de combustion dans le four se produit avec des indicateurs en constante évolution.
L'étape primaire de séchage et de chauffage de la couche est de nature dite endothermique, c'est-à-dire qu'elle s'accompagne non pas d'un dégagement, mais de l'absorption de chaleur reçue des parois chaudes du foyer et des résidus imbrûlés. Ensuite, à mesure que la couche se réchauffe, la libération de composants combustibles gazeux commence et leur combustion dans le volume de gaz commence. A ce stade, le dégagement de chaleur dans le foyer commence, qui augmente progressivement. Sous l'influence du chauffage, la combustion de la base de coke solide de la couche commence, ce qui donne généralement le plus grand effet thermique. Au fur et à mesure que la couche brûle, le dégagement de chaleur diminue progressivement et, au stade final, une postcombustion de faible intensité des substances combustibles a lieu. On sait que le rôle et l'influence des différentes étapes du cycle de combustion en couches dépendent des indicateurs suivants de la qualité du combustible solide : humidité, teneur en cendres, teneur en substances combustibles volatiles et carbone dans le combustible.
masse.

Considérons comment ces composants influencent la nature du processus de combustion dans la couche.

L'humidification du carburant a un effet négatif sur la combustion puisqu'une partie de la chaleur spécifique de combustion du carburant doit être dépensée pour l'évaporation de l'humidité. En conséquence, les températures dans le foyer diminuent, les conditions de combustion se détériorent et le cycle de combustion lui-même se prolonge.

Le rôle négatif de la teneur en cendres du carburant se manifeste par le fait que la masse de cendres enveloppe les composants combustibles du carburant et empêche l'oxygène de l'air d'y accéder. En conséquence, la masse combustible de carburant ne brûle pas, ce qu'on appelle une sous-combustion mécanique se forme.

Des recherches menées par des scientifiques ont établi que le rapport entre la teneur en substances gazeuses volatiles et en carbone solide dans le combustible solide a une grande influence sur la nature du développement des processus de combustion. Les substances combustibles volatiles commencent à être libérées du combustible solide à des températures relativement basses, à partir de 150-200 °C et plus. Les substances volatiles sont de composition variée et diffèrent par différentes températures de libération, de sorte que le processus de leur libération s'étend dans le temps et son étape finale est généralement combinée avec la combustion de la partie combustible solide de la couche.

Les substances volatiles ont une température d'inflammation relativement basse, car elles contiennent de nombreux composants contenant de l'hydrogène ; leur combustion se produit dans le volume de gaz situé au-dessus de la couche de combustion. La partie solide du combustible restant après le dégagement de substances volatiles est principalement constituée de carbone, dont la température d'inflammation est la plus élevée (650-700°C). La combustion des résidus de carbone commence en dernier. Il se produit directement dans une fine couche de la grille et, en raison d'une production de chaleur intense, des températures élevées s'y développent.

Une image typique des changements de température dans le four et les conduits de fumée pendant le cycle de combustion du combustible solide est présentée sur la Fig. 1. Comme vous pouvez le constater, au début du foyer, il y a une augmentation rapide de la température dans le foyer et les cheminées. Au stade de post-combustion, il y a une forte diminution de la température à l'intérieur du four, en particulier dans le foyer. Chaque étape nécessite qu'une certaine quantité d'air de combustion soit fournie au foyer. Cependant, du fait qu'une quantité constante d'air pénètre dans le four, au stade de combustion intense, le coefficient d'excès d'air est de = 1,5-2, et au stade de post-combustion, dont la durée atteint 25-30 % du temps de four, le coefficient d'excès d'air atteint = 8-10. En figue. La figure 2 montre comment le coefficient d'excès d'air évolue au cours d'un cycle de combustion sur une grille de trois types de combustible solide : le bois de chauffage, la tourbe et le charbon dans un four de chauffage discontinu typique.

Riz. 1. Modification de la température des fumées dans différentes sections d'un four de chauffage lors de la cuisson de combustible solide 1 - température dans le foyer (à une distance de 0,23 m de la grille) ; 1 - température dans la première cheminée horizontale ; ’3 - température dans la troisième cheminée horizontale ; 4 - température dans la sixième cheminée horizontale (devant le registre du poêle)

De la fig. 2 montre que le coefficient d'excès d'air dans les fours fonctionnant avec un chargement périodique de combustible solide change continuellement.

Dans le même temps, au stade de la libération intensive de substances volatiles, la quantité d'air entrant dans le four est généralement insuffisante pour leur combustion complète, et aux étapes de préchauffage et de postcombustion des substances combustibles, la quantité d'air est plusieurs fois plus élevée. que celui théoriquement requis.

En conséquence, au stade de libération intense de substances volatiles, une sous-combustion chimique des gaz combustibles libérés se produit et lorsque les résidus sont brûlés, il y a une augmentation des pertes de chaleur avec les gaz d'échappement en raison d'une augmentation du volume des produits de combustion. Les pertes de chaleur avec sous-combustion chimique sont de 3 à 5 % et avec les gaz d'échappement de 20 à 35 %. Cependant, l'effet négatif de la sous-combustion chimique ne se manifeste pas seulement par des pertes de chaleur supplémentaires et une diminution de l'efficacité. Expérience dans l'exploitation d'un grand nombre de spectacles de poêles chauffants ; qu'en raison de la sous-combustion chimique de substances volatiles intensément libérées, du carbone amorphe sous forme de suie se dépose sur les parois internes du foyer et des cheminées.

Riz. 2. Modification du coefficient d'excès d'air pendant le cycle de combustion de combustible solide

La suie ayant une faible conductivité thermique, ses dépôts augmentent la résistance thermique des parois du four et réduisent ainsi le transfert de chaleur utile des fours. Les dépôts de suie dans les cheminées rétrécissent la section transversale de passage des gaz, nuisent au tirage et, enfin, créent un risque d'incendie accru, car la suie est inflammable.

De ce qui précède, il ressort clairement que les performances insatisfaisantes du processus de stratification s'expliquent en grande partie par la libération inégale de substances volatiles au fil du temps.

Lors de la combustion en couches de combustibles à haute teneur en carbone, le processus de combustion est concentré dans une couche de combustible assez fine, dans laquelle se développent des températures élevées. Le processus de combustion du carbone pur dans la couche a la propriété de s’autoréguler. Cela signifie que la quantité de carbone ayant réagi (brûlé) correspondra à la quantité de comburant fourni (air). Par conséquent, avec un débit d’air constant, la quantité de carburant brûlée sera également constante. La modification de la charge thermique doit être effectuée en régulant l'alimentation en air VB. Par exemple, avec une augmentation de VB, la quantité de combustible brûlé augmente, et une diminution de HC entraînera une diminution de la productivité thermique de la couche, et la valeur du coefficient d'excès d'air restera stable.

Cependant, la combustion de l'anthracite et du coke est associée aux difficultés suivantes. Pour pouvoir créer des températures élevées, l'épaisseur de la couche lors de la combustion de l'anthracite et du coke est maintenue suffisamment grande. Dans ce cas, la zone de travail de la couche est sa partie inférieure relativement mince, dans laquelle se produisent des réactions exothermiques d'oxydation du carbone avec l'oxygène de l'air, c'est-à-dire que la combustion elle-même se produit. L'ensemble de la couche sus-jacente sert d'isolant thermique pour la partie brûlante de la couche, protégeant la zone de combustion du refroidissement dû au rayonnement de chaleur sur les parois du foyer.

À la suite de réactions oxydantes dans la zone de combustion, de la chaleur utile est libérée en fonction de la réaction.
c+o2->co.

Cependant, à des températures élevées de la couche dans sa zone supérieure, des réactions endothermiques de réduction inverse se produisent, se produisant avec absorption de chaleur, selon l'équation
С02+С2СО.

À la suite de ces réactions, il se forme du monoxyde de carbone CO, qui est un gaz inflammable avec une chaleur spécifique de combustion assez élevée, sa présence dans les fumées indique donc une combustion incomplète du combustible et une diminution de l'efficacité du four. Ainsi, pour assurer des températures élevées dans la zone de combustion, la couche de combustible doit avoir une épaisseur suffisante, mais cela conduit à des réactions de réduction néfastes dans la partie supérieure de la couche, conduisant à une sous-combustion chimique du combustible solide.

De ce qui précède, il est clair que dans tout four discontinu fonctionnant au combustible solide, un processus de combustion instable se produit, ce qui réduit inévitablement l'efficacité des fours exploités.

Grande importance pour un fonctionnement économique, le poêle a la qualité d'un combustible solide.

Selon les normes, on distingue principalement les houilles (grades D, G, Zh, K, T, etc.), ainsi que les lignites et les anthracites pour les besoins domestiques. Selon la taille des morceaux, les charbons doivent être fournis dans les classes suivantes : 6-13, 13-25, 25-50 et 50-100 mm. La teneur en cendres du charbon sur une base sèche varie de 14 à 35 % pour la houille et jusqu'à 20 % pour l'anthracite, la teneur en humidité est de 6 à 15 % pour la houille et de 20 à 45 % pour la lignite.

Les dispositifs de combustion des poêles domestiques ne disposent pas de moyens de mécanisation du processus de combustion (régulation de l'apport d'air soufflé, cisaillement de la couche, etc.), donc pour combustion efficace Dans les fours, des exigences assez élevées doivent être imposées sur la qualité du charbon. Une partie importante du charbon est cependant fournie non triée, ordinaire, avec des caractéristiques de qualité (humidité, teneur en cendres, teneur en fines) nettement inférieures à celles exigées par les normes.

La combustion du carburant de qualité inférieure se produit de manière imparfaite, avec des pertes accrues dues à la sous-combustion chimique et mécanique. Académie des services publics du nom. K.D. Pamfilova a déterminé les dommages matériels annuels causés par la fourniture de charbon de mauvaise qualité. Les calculs ont montré que les dommages matériels causés par une utilisation incomplète du combustible représentent environ 60 % du coût de la production de charbon. Il est économiquement et techniquement possible d'enrichir le carburant sur les sites de sa production jusqu'à un état conditionnable, puisque les coûts supplémentaires de l'enrichissement s'élèveront à environ la moitié du montant spécifié des dommages matériels.

Une caractéristique qualitative importante du charbon qui affecte l'efficacité de sa combustion est sa composition fractionnée.

Avec une teneur accrue en fines dans le combustible, celui-ci devient plus dense et comble les interstices de la couche de combustible en combustion, ce qui conduit à une combustion du cratère, qui est inégale sur la surface de la couche. Pour la même raison, les lignites, qui ont tendance à se fissurer lorsqu'elles sont chauffées et à produire une quantité importante de fines, sont moins brûlées que les autres types de combustibles.

En revanche, l’utilisation de morceaux de charbon trop gros (plus de 100 mm) conduit également à une combustion de cratère.

La teneur en humidité du charbon, d’une manière générale, n’altère pas le processus de combustion ; cependant, il réduit la chaleur spécifique de combustion, la température de combustion et complique également le stockage du charbon, car il gèle à des températures inférieures à zéro. Pour éviter le gel, la teneur en humidité du charbon ne doit pas dépasser 8 %.

Le composant nocif du combustible solide est le soufre, car ses produits de combustion sont le dioxyde de soufre S02 et le dioxyde de soufre S03, qui ont de fortes propriétés corrosives et sont également très toxiques.

Il convient de noter que dans les fours discontinus, les charbons bruts, bien que moins efficaces, peuvent néanmoins être brûlés de manière satisfaisante ; Pour les fours à combustion longue, ces exigences doivent être strictement respectées dans leur intégralité.

Dans les fours continus dans lesquels du combustible liquide ou gazeux est brûlé, le processus de combustion n'est pas cyclique, mais continu. Le combustible pénètre uniformément dans le four, assurant un mode de combustion stationnaire. Si, lors de la combustion d'un combustible solide, la température dans la chambre de combustion du four fluctue considérablement, ce qui nuit au processus de combustion, alors lors de la combustion gaz naturel peu après l'allumage du brûleur, la température dans la chambre de combustion atteint 650-700 °C. Ensuite, elle augmente constamment avec le temps et atteint 850-1100 °C en sortie de foyer. Dans ce cas, le taux d'augmentation de la température est déterminé par la contrainte thermique de l'espace de combustion et la durée d'allumage du four (Fig. 25). La combustion du gaz est relativement facile à maintenir à un taux d'excès d'air constant, ce qui est obtenu à l'aide d'un registre d'air. Grâce à cela, lors de la combustion de gaz dans un four, un mode de combustion stationnaire est créé, ce qui permet de minimiser les pertes de chaleur avec les gaz d'échappement et d'obtenir un fonctionnement du four avec un rendement élevé, atteignant 80 à 90 %. Le rendement d’une fournaise à gaz est stable dans le temps et est nettement supérieur à celui des fournaises à combustible solide.

L'influence du mode de combustion du combustible et de la taille de la surface réceptrice de chaleur de la circulation des fumées sur l'efficacité du four. Les calculs théoriques montrent que l'efficacité thermique d'un four de chauffage, c'est-à-dire la valeur de l'efficacité thermique, dépend de facteurs dits externes et internes. Les facteurs externes comprennent la taille de la surface extérieure dégageant de la chaleur S du four dans la zone du foyer et de la circulation des fumées, l'épaisseur de la paroi 6, le coefficient de conductivité thermique K du matériau de la paroi du four et la capacité thermique C. Plus la valeur est grande. . S, X et inférieur à 6, meilleur est le transfert de chaleur des parois du four vers l'air ambiant, plus les gaz sont complètement refroidis et plus le rendement du four est élevé.

Riz. 3. Modification de la température des produits de combustion dans le foyer d'un four à gaz en fonction de la tension de l'espace de combustion et du temps de combustion

Les facteurs internes comprennent tout d'abord l'efficacité du foyer, qui dépend principalement de l'exhaustivité de la combustion du combustible. Dans les fours à chauffage périodique, il y a presque toujours des pertes de chaleur dues à une combustion chimique incomplète et à une sous-combustion mécanique. Ces pertes dépendent de la perfection de l'organisation du processus de combustion, déterminée par la tension thermique spécifique du volume de combustion Q/V. La valeur QIV pour un foyer d'une conception donnée dépend de la consommation de combustible brûlé.

La recherche et l'expérience d'exploitation ont établi que pour chaque type de combustible et de conception de foyer, il existe une valeur Q/V optimale. À faible Q/V, les parois internes du foyer chauffent faiblement et les températures dans la zone de combustion sont insuffisantes pour une combustion efficace du combustible. À mesure que le Q/V augmente, les températures dans le volume de combustion augmentent et lorsqu'une certaine valeur Q/V est atteinte, des conditions de combustion optimales sont atteintes. Avec une nouvelle augmentation de la consommation de carburant, le niveau de température continue d'augmenter, mais le processus de combustion n'a pas le temps de se terminer dans le foyer. Les composants combustibles gazeux sont entraînés dans les conduits de fumée, leur processus de combustion s'arrête et une sous-combustion chimique du carburant apparaît. De la même manière, si la consommation de carburant est excessive, une partie n'a pas le temps de brûler et reste sur la grille, ce qui entraîne une sous-combustion mécanique. Ainsi, pour qu'un poêle ait une efficacité maximale, il est nécessaire que son foyer fonctionne avec une tension thermique optimale.

Perte de chaleur dans environnement des parois du foyer ne réduisent pas l'efficacité du poêle, puisque la chaleur est dépensée pour le chauffage utile de la pièce.

Le deuxième facteur interne important est le débit de fumées Vr. Même si le poêle fonctionne à la tension thermique optimale du foyer, le volume de gaz traversant les cheminées peut changer considérablement en raison des modifications du coefficient d'excès d'air à, qui est le rapport entre le débit d'air réel entrant dans le foyer et le débit théorique. quantité requise. Pour une valeur donnée de QIV, la valeur de am peut varier dans des limites très larges. Dans les fours à chauffage périodique classiques, la valeur de am pendant la période de combustion maximale peut être proche de 1, c'est-à-dire correspondre à la limite théorique minimale possible. Cependant, pendant la période de préparation du combustible et au stade de post-combustion des résidus, la valeur de at dans les fours discontinus augmente généralement fortement, atteignant souvent le maximum valeurs élevées- environ 8h-10h. Avec une augmentation de at, le volume de gaz augmente, le temps qu'ils passent dans le système de circulation des fumées diminue et, par conséquent, les pertes de chaleur avec les fumées augmentent.

En figue. La figure 4 montre des graphiques de l'efficacité d'un four de chauffage en fonction de divers paramètres. En figue. La figure 4a montre les valeurs d'efficacité du four de chauffage en fonction des valeurs de at> à partir desquelles on peut voir qu'avec une augmentation de at de 1,5 à 4,5, le rendement diminue de 80 à 48 %. En figue. La figure 4, b montre la dépendance de l'efficacité d'un four de chauffage sur la taille de la surface interne de la circulation des fumées S, d'où on peut voir qu'à mesure que S augmente de 1 à 4 m2, l'efficacité augmente de 65 à 90%.

En plus des facteurs énumérés, la valeur d'efficacité dépend de la durée de cuisson du four t (Fig. 4, c). À mesure que x augmente, les parois intérieures du four sont chauffées à une température plus élevée et les gaz sont en conséquence moins refroidis. Par conséquent, à mesure que la durée du feu augmente, l'efficacité de tout poêle diminue, se rapprochant d'une certaine valeur minimale caractéristique d'un poêle d'une conception donnée.

Riz. 4. Dépendance de l'efficacité d'un four de chauffage à gaz sur divers paramètres a - sur le coefficient d'excès d'air pour la surface de la surface interne de circulation des fumées, m2 ; b - sur la zone de la surface interne de circulation des fumées à différents taux d'excès d'air ; c - sur la durée de l'incendie pour différentes zones de la surface interne de circulation des fumées, m2

Transfert de chaleur des poêles et leur capacité de stockage. Dans les fours de chauffage, la chaleur qui doit être transférée par les fumées vers la pièce chauffée doit traverser l'épaisseur des parois du four. Avec une modification de l'épaisseur des parois du foyer et des cheminées, la résistance thermique et la massivité de la maçonnerie (sa capacité de stockage) changent en conséquence. Par exemple, lorsque l'épaisseur des parois diminue, leur résistance thermique diminue, le flux de chaleur augmente et en même temps les dimensions du four diminuent. Cependant, réduire l'épaisseur des parois des fours périodiques fonctionnant au combustible solide est inacceptable pour les raisons suivantes : avec une combustion périodique de courte durée, les surfaces internes du foyer et des cheminées sont chauffées à des températures élevées et la température de la surface extérieure de le four pendant les périodes de combustion maximale sera au-dessus des limites admissibles ; après l'arrêt de la combustion, en raison du transfert de chaleur intense des parois extérieures vers l'environnement, le four se refroidira rapidement.

Pour des valeurs élevées de M, la température ambiante variera dans une large plage au fil du temps et laissera normes acceptables. En revanche, si le four est disposé avec des parois trop épaisses, alors courte période foyer, sa masse importante n'aura pas le temps de se réchauffer et, de plus, avec l'épaississement des parois, la différence entre la surface de la surface interne des cheminées, qui reçoit la chaleur des gaz, et la surface de ​​la surface extérieure du poêle, qui transfère la chaleur à l'air ambiant, augmente, ce qui fait que la température de la surface extérieure du poêle sera trop basse pour chauffer efficacement la pièce. Par conséquent, il existe une épaisseur de paroi optimale (1/2-1 brique) à laquelle la masse d'un four périodique accumule une quantité suffisante de chaleur pendant la combustion et, en même temps, une température suffisamment élevée des surfaces extérieures du four. est obtenu pour un chauffage normal de la pièce.

Lors de l'utilisation de combustible liquide ou gazeux dans des poêles, un mode de combustion continue est tout à fait réalisable, donc avec une combustion continue, il n'est pas nécessaire d'accumuler de la chaleur en raison d'une augmentation de la masse de maçonnerie. Le processus de transfert de chaleur des gaz vers la pièce chauffée est stationnaire dans le temps. Dans ces conditions, l'épaisseur de paroi et la massivité du four peuvent être choisies non pas pour garantir une certaine valeur de stockage, mais sur la base de considérations relatives à la résistance de la maçonnerie et à la garantie d'une durabilité appropriée.

L’effet de la conversion du four d’une cuisson discontinue à une cuisson continue est clairement visible sur la Fig. 5, qui montre l'évolution de la température de la surface intérieure de la paroi du foyer dans le cas d'une cuisson périodique et continue. Avec une cuisson périodique, après 0,5 à 1 heure, la surface intérieure de la paroi du foyer chauffe jusqu'à 800-900 °C.

Un échauffement aussi soudain après 1 à 2 ans de fonctionnement du four provoque souvent la fissuration des briques et leur destruction. Ce mode est cependant forcé, car une diminution de la charge thermique entraîne une augmentation excessive de la durée du foyer.

Avec une combustion continue, la consommation de carburant est fortement réduite et la température de chauffage des parois du foyer est réduite. Comme on peut le voir sur la Fig. 27, avec une combustion continue pour la plupart des qualités de charbon, la température des parois s'élève de 200 à seulement 450-500 °C, tandis qu'avec une combustion périodique, elle est beaucoup plus élevée - 800-900 °C. Par conséquent, les foyers des fours discontinus sont généralement revêtus de briques réfractaires, tandis que les foyers des fours continus n'ont pas besoin de revêtement, car la température à leur surface n'atteint pas la limite de résistance au feu de la brique rouge ordinaire (700-750 °C).

Par conséquent, avec une combustion continue, la maçonnerie est utilisée plus efficacement, la durée de vie des fours est considérablement augmentée et pour la plupart des marques de charbon (à l'exclusion des charbons anthracite et maigre), il est possible de disposer toutes les parties du four en brique rouge.

Tirage dans les fours. Afin de forcer les fumées à passer du foyer à travers la circulation des fumées du poêle jusqu'à la cheminée, en surmontant toutes les résistances locales rencontrées le long du chemin, il est nécessaire de dépenser une certaine force, qui doit dépasser ces résistances, sinon le poêle va fumer. Cette force est habituellement appelée force de traction du four.

L'apparition de la force de traction est illustrée dans le diagramme (Fig. 6). Les fumées formées dans le foyer, étant plus légères que l'air ambiant, montent vers le haut et remplissent la cheminée. La colonne d'air extérieur s'oppose à la colonne de gaz dans la cheminée, mais, étant froide, elle est nettement plus lourde que la colonne de gaz. Si vous dessinez un plan vertical conventionnel à travers la porte coupe-feu, alors sur le côté droit, il sera sollicité (pressé) par une colonne de gaz chauds d'une hauteur allant du milieu de la porte coupe-feu au sommet de la cheminée, et sur le côté gauche - une colonne d'air froid extérieur de même hauteur. La masse de la colonne de gauche est supérieure à celle de droite, car la densité de l'air froid est supérieure à celle de l'air chaud, donc la colonne de gauche déplacera les gaz de combustion remplissant la cheminée et les gaz se déplaceront dans le système dans la direction du haut pression vers la pression inférieure, c'est-à-dire du côté de la cheminée.

Riz. 5. Changement de température sur la surface intérieure de la paroi du foyer a - le thermostat est réglé sur la limite inférieure ; b - le thermostat est réglé sur la limite supérieure

Riz. 6. Schéma de fonctionnement d'une porte de cheminée 1 brûleur ; 2- foyer ; 3 - colonne d'air extérieur ; 4 - cheminée

L'effet de la force de tirage est donc que, d'une part, elle force les gaz chauds à monter vers le haut et, d'autre part, elle force l'air extérieur à passer dans la chambre de combustion pour y brûler.

Température moyenne de gaz dans la cheminée peut être prise égale à la moyenne arithmétique entre la température des gaz à l'entrée et à la sortie de la cheminée.

- Principales caractéristiques des processus de combustion des carburants

Les combustibles solides comprennent le bois, la tourbe et charbon. Le processus de combustion de tous les types de combustibles solides présente des caractéristiques similaires.

Le combustible doit être placé sur la grille du four en couches, en respectant les cycles de combustion - tels que le chargement, le séchage, le chauffage de la couche, la combustion avec libération de substances volatiles, la post-combustion des résidus et l'élimination des scories.

Chaque étape de la combustion du combustible est caractérisée par certains indicateurs qui affectent le régime thermique du four.

Au tout début du séchage et du chauffage de la couche, la chaleur n'est pas libérée, mais est au contraire absorbée par les parois chauffées du foyer et les résidus non brûlés. À mesure que le combustible chauffe, des composants combustibles gazeux commencent à être libérés, brûlant dans le volume de gaz du four. Progressivement, de plus en plus de chaleur est libérée, et ce processus atteint son maximum lors de la combustion de la base de coke du carburant.

Le processus de combustion du carburant est déterminé par ses qualités : teneur en cendres, humidité, ainsi que teneur en carbone et en substances combustibles volatiles. De plus, le choix correct de la conception du four et des modes de combustion du combustible est important. Ainsi, lors de la combustion de combustible humide, une quantité importante de chaleur est dépensée pour son évaporation, c'est pourquoi le processus de combustion est retardé, la température dans le foyer augmente très lentement voire diminue (au début de la combustion). Une teneur accrue en cendres contribue également à ralentir le processus de combustion. Du fait que la masse de cendres enveloppe les composants combustibles, elle limite l'accès de l'oxygène à la zone de combustion et, par conséquent, le carburant peut ne pas brûler complètement, ce qui augmente la formation de sous-combustion mécanique.

Le cycle de combustion intensif d'un carburant dépend de sa composition chimique, c'est-à-dire du rapport entre les composants gazeux volatils et le carbone solide. Premièrement, des composants volatils commencent à brûler, dont la libération et l'inflammation se produisent à des températures relativement basses (150-200°C). Ce processus peut durer assez longtemps, car il existe de nombreuses substances volatiles qui diffèrent par leur composition chimique et leur température d'inflammation. Tous brûlent dans le volume de gaz situé au-dessus de la couche de combustion.

Les composants solides du carburant restant après la libération de substances volatiles ont la température de combustion la plus élevée. En règle générale, ils sont basés sur le carbone. Leur température de combustion est de 650-700°C. Les composants solides brûlent en une fine couche située au-dessus de la grille. Ce processus s'accompagne du dégagement d'une grande quantité de chaleur.

De tous les types de combustibles solides, le bois de chauffage est le plus populaire. Ils contiennent une grande quantité de substances volatiles. En termes de transfert de chaleur, le bois de bouleau et de mélèze est considéré comme le meilleur. Après avoir brûlé du bois de bouleau, beaucoup de chaleur est libérée et une quantité minime de monoxyde de carbone se forme. Le bois de chauffage du mélèze produit également beaucoup de chaleur ; lorsqu'ils brûlent, la masse du four chauffe très rapidement, ce qui signifie qu'ils sont consommés de manière plus économique que le bois de bouleau. Mais en même temps, après avoir brûlé du bois, une grande quantité de monoxyde de carbone est libérée par le mélèze, vous devez donc être prudent lors de la manipulation du volet d'air. Le bois de chauffage en chêne et en hêtre dégage également beaucoup de chaleur. En général, l'utilisation de certains bois de chauffage dépend de la disponibilité à proximité zone forestière. L'essentiel est que le bois de chauffage soit sec et que les bûches soient de la même taille.

Quelles sont les caractéristiques du chauffage au bois ? Au début du processus, la température dans le foyer et les conduits de fumée augmente rapidement. Sa valeur maximale est atteinte au stade de combustion intense. Lors de la combustion, une forte diminution de la température se produit. Pour maintenir le processus de combustion, un accès constant à une certaine quantité d'air est nécessaire dans le foyer. La conception des poêles domestiques ne prévoit pas la présence d'équipements spéciaux régulant le flux d'air dans la zone de combustion. Une porte soufflante est utilisée à cet effet. S'il est ouvert, une quantité constante d'air pénètre dans le foyer.

Dans les fours discontinus, les besoins en air varient en fonction de l'étape de combustion. En cas de libération intense de substances volatiles, il n'y a généralement pas assez d'oxygène, ce qu'on appelle une sous-combustion chimique du carburant et des gaz combustibles libérés par celui-ci. Ce phénomène s'accompagne de pertes de chaleur, qui peuvent atteindre 3 à 5 %.

Au stade de la postcombustion des résidus, le tableau inverse est observé. En raison d'un excès d'air dans le four, les échanges gazeux augmentent, ce qui entraîne une augmentation significative des pertes de chaleur. Selon les recherches, jusqu'à 25 à 30 % de la chaleur est perdue avec les gaz d'échappement pendant la période de postcombustion. De plus, en raison de la sous-combustion chimique, des substances volatiles se déposent sur les parois intérieures du foyer et des conduits de fumée. Ils ont une faible conductivité thermique, ce qui réduit le transfert de chaleur utile du four. Une grande quantité de suie entraîne un rétrécissement de la cheminée et un mauvais tirage. Une accumulation excessive de suie peut également provoquer un incendie.

La tourbe, qui est un reste de matière végétale pourrie, a une composition chimique similaire à celle du bois de chauffage. Selon la méthode d'extraction, la tourbe peut être taillée, en morceaux, pressée (en briquettes) et moulue (copeaux de tourbe). L'humidité de ce type de combustible solide est de 25 à 40 %.

Avec le bois de chauffage et la tourbe, le charbon est souvent utilisé pour alimenter les poêles et les cheminées, qui à leur manière composition chimique C'est un composé de carbone et d'hydrogène et possède un pouvoir calorifique élevé. Cependant, il n’est pas toujours possible d’acheter du charbon de très haute qualité. Dans la plupart des cas, la qualité de ce type de carburant laisse beaucoup à désirer. Contenu accru dans le charbon, les fractions fines entraînent le compactage de la couche de combustible, à la suite de quoi commence ce qu'on appelle la combustion du cratère, qui est de nature inégale. Lors de la combustion de gros morceaux de charbon, celui-ci brûle également de manière inégale et si le combustible est trop humide, la chaleur spécifique de combustion est considérablement réduite. De plus, ce charbon est difficile à stocker en hiver, car sous l'influence de températures inférieures à zéro, le charbon gèle. Pour éviter des problèmes similaires et autres, la teneur optimale en humidité du charbon ne doit pas dépasser 8 %.

Il convient de garder à l'esprit que l'utilisation de combustibles solides pour alimenter les poêles domestiques est assez gênante, surtout si la maison est grande et chauffée par plusieurs poêles. Outre le fait que la préparation demande beaucoup d'efforts et de ressources matérielles et que beaucoup de temps est consacré à amener le bois de chauffage et le charbon aux poêles, environ 2 kg de charbon, par exemple, sont versés dans le cendrier, de lequel il est retiré et jeté avec les cendres qui s'y accumulent.

Pour que le processus de combustion de combustibles solides dans les poêles domestiques soit aussi efficace que possible, il est recommandé de procéder comme suit. Après avoir chargé du bois de chauffage dans le foyer, vous devez le laisser s'enflammer puis le remplir gros morceaux charbon

Une fois que le charbon s'est enflammé, il doit être recouvert d'une fraction plus petite de scories humidifiées et, après un certain temps, un mélange humidifié de cendres et de charbon fin tombé à travers la grille dans le cendrier doit être placé dessus. Dans ce cas, le feu ne doit pas être visible. Un poêle ainsi inondé est capable de dégager de la chaleur dans la pièce pendant une journée entière, afin que les propriétaires puissent vaquer sereinement à leurs occupations sans se soucier d'entretenir constamment le feu. Les parois latérales du four seront chaudes en raison de la combustion progressive du charbon, qui libère uniformément son l'énérgie thermique. La couche supérieure, constituée de charbon fin, brûlera complètement. Le charbon brûlé peut également être saupoudré d'une couche de briquettes de charbon usé pré-humidifiées.

Après avoir allumé le poêle, vous devez prendre un seau avec un couvercle, il est préférable qu'il soit de forme rectangulaire (il est plus pratique d'en sélectionner le charbon à l'aide d'une cuillère). Vous devez d'abord retirer la couche de scories de la chambre de combustion et la jeter, puis verser un mélange de charbon fin et de cendres, ainsi que de charbon et de cendres, dans un seau et humidifier le tout sans remuer. Placez environ 1,5 kg de charbon fin sur le mélange obtenu et 3 à 5 kg de charbon plus gros par-dessus. De cette manière, le poêle et le combustible sont préparés simultanément pour le prochain allumage. La procédure décrite doit être répétée constamment. Grâce à cette méthode d’allumage du poêle, vous n’avez pas besoin de sortir dans la cour à chaque fois pour tamiser les cendres et les traces de brûlure.

Le combustible organique (gazeux, liquide et solide) est largement utilisé dans divers types d'installations thermiques : dans les fours des chaudières à vapeur et à eau chaude, y compris les centrales électriques à turbine à vapeur, dans les fours industriels et en agriculture, dans les chambres de combustion turbines à gaz et les moteurs aérobies, dans les cylindres des moteurs à combustion interne à pistons, dans les chambres de combustion des générateurs électriques magnétogasdynamiques, etc.

Le combustible dans toutes les installations de chauffage est brûlé afin d'obtenir de la chaleur à la suite de réactions chimiques exothermiques et d'obtenir des produits chauds de combustion complète (gaz de combustion) ou des produits de gazéification.

Dans les fours des chaudières à vapeur, dans les fours industriels (à l'exception des fours à cuve), dans les moteurs à combustion interne, dans les chambres de combustion des turbines à gaz, la combustion s'effectue avec la plus grande complétude, obtenant des produits de combustion complète.

Les générateurs de gaz effectuent des processus de gazéification dans lesquels l'oxygène, l'air, la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone sont utilisés comme agents oxydants. Les réactions se produisant dans de tels dispositifs sont de même nature que les réactions de combustion, mais elles produisent par conséquent des produits de gazéification gazeux inflammables.

Il existe également une combustion du carburant en deux étapes : 1 - d'abord le carburant est gazéifié ; 2 - puis (dans le même appareil) les produits de gazéification sont complètement brûlés.

Les conditions de combustion du combustible dans différents appareils de chauffage et leur préparation à la combustion sont différentes, tout comme les combustibles eux-mêmes sont différents. Par exemple, dans les fours des chaudières à vapeur et à eau chaude et dans les fours industriels, le combustible brûle à pression atmosphérique, tandis que dans les chambres de combustion des turbines à gaz et dans les cylindres des moteurs à combustion interne, le carburant brûle à une pression plusieurs fois supérieure à la pression atmosphérique. Malgré les différences ci-dessus, dans les processus de combustion divers types les carburants ont beaucoup en commun. information brève Les processus de combustion et les dispositifs à combustible sont décrits ci-dessous.

2. Réactions de combustion et de gazéification

Les processus de combustion sont divisés en homogènes, se produisant en volume, lorsque le combustible et le comburant sont dans le même état de phase (par exemple, la combustion de l'hydrogène en mélange avec l'air), et hétérogènes, se produisant à la surface du carbone solide (par exemple , la combustion du coke dans un flux d'air). Dans ces réactions de combustion, l'agent oxydant est de l'air sec, constitué en volume d'environ 21 % d'oxygène et 79 % d'azote, et donc les produits de combustion contiennent du ballast - de l'azote, qui les dilue. Lorsque vous utilisez de l’oxygène pur comme oxydant, il n’y aura pas de ballast.

3. Combustion homogène. Cinétique des réactions chimiques

Dans toutes les installations thermiques, ils s'efforcent d'effectuer les processus de combustion à la vitesse la plus élevée, car cela permet de créer des machines et des appareils de petite taille et d'y obtenir la plus grande productivité. Les processus de combustion dans les installations existantes se déroulent à grande vitesse, libérant une grande quantité de chaleur lors de la combustion du combustible et produisant des températures élevées. Pour mieux comprendre l’influence de divers facteurs sur la vitesse de combustion, des éléments de la cinétique des réactions chimiques sont abordés ci-dessous.

La vitesse de toute réaction chimique dépend de la concentration des réactifs, de la température et de la pression. Cela s'explique par le fait que les molécules de gaz, se déplaçant dans des directions différentes à grande vitesse, entrent en collision les unes avec les autres. Plus leurs collisions sont fréquentes, plus la réaction est rapide. La fréquence des collisions de molécules dépend de leur nombre par unité de volume, c'est-à-dire de la concentration et, en outre, de la température. La concentration s'entend comme la masse d'une substance par unité de volume et est mesurée en kg/m3, et plus souvent en nombre de kilomoles pour 1 m3.

4. Caractéristiques de la combustion du combustible gazeux

Le processus de combustion du combustible gazeux est homogène, c'est-à-dire que le combustible et le comburant sont dans le même état d'agrégation et qu'il n'y a pas de limite de phase. Pour que la combustion commence, le gaz doit entrer en contact avec le comburant. En présence d'un comburant, certaines conditions doivent être créées pour que la combustion puisse démarrer. L'oxydation des composants inflammables est également possible à des températures relativement basses. Dans ces conditions, les vitesses des réactions chimiques sont insignifiantes. À mesure que la température augmente, la vitesse des réactions augmente.

Lorsqu'une certaine température est atteinte, le mélange gaz-air s'enflamme, les vitesses de réaction augmentent fortement et la quantité de chaleur devient suffisante pour entretenir spontanément la combustion. La température minimale à laquelle le mélange s'enflamme est appelée température d'inflammation. La valeur de cette température pour différents gaz n'est pas la même et dépend des propriétés thermophysiques des gaz combustibles, de la teneur en carburant dans le mélange des conditions d'allumage, des conditions d'évacuation de la chaleur dans chaque appareil spécifique, etc. Par exemple, l'allumage la température de l'hydrogène est comprise entre 820 et 870 K et celle de l'oxyde de carbone et du méthane est comprise entre 870 et 930 K et 1 020 1070 K, respectivement.

Le gaz combustible mélangé au comburant brûle dans une torche. Une torche est un certain volume de gaz en mouvement dans lequel se produisent des processus de combustion. Conformément à dispositions générales les théories de la combustion distinguent deux méthodes fondamentalement différentes de combustion du gaz dans une torche : la cinétique et la diffusion. La combustion cinétique est caractérisée par un mélange préalable (avant la combustion) du gaz avec le comburant. Le gaz et le comburant sont d'abord fournis au dispositif de mélange du brûleur. Le mélange est brûlé à l'extérieur du mélangeur. Dans ce cas, la vitesse du processus sera limitée par la vitesse des réactions chimiques de combustion et
τgor, τlui.

La combustion par diffusion se produit pendant le processus de mélange de gaz combustible avec de l'air. Le gaz pénètre dans le volume utile séparément de l'air. La vitesse du processus dans ce cas sera limitée par le taux de mélange du gaz avec l'air et le τchaud

Un type de combustion par diffusion est la combustion mixte (cinétique de diffusion). Le gaz est pré-mélangé avec une certaine quantité d'air (insuffisante pour une combustion complète). Cet air est dit primaire. Le mélange obtenu est introduit dans le volume de travail. Le reste de l'air (air secondaire) y entre séparément.

Dans les fours des chaudières, les principes cinétiques et mixtes de combustion du combustible sont plus souvent utilisés. La méthode de diffusion est le plus souvent utilisée dans les fours industriels technologiques.

La structure et la longueur de la torche, toutes choses égales par ailleurs, dépendent du régime d'écoulement. Il existe des chalumeaux à gaz laminaires et turbulents. Un chalumeau laminaire se forme aux faibles débits du mélange (Re 3000) le chalumeau est turbulent déjà à proximité de la sortie du dispositif brûleur.

La combustion du gaz se produit dans une zone étroite appelée front de combustion. Le gaz, préalablement mélangé au comburant, brûle dans un front de combustion dit cinétique. Ce front représente l'interface entre le mélange gaz-air frais et les produits de combustion. La surface du front de combustion cinétique est déterminée par la vitesse des réactions chimiques.

Dans le cas d'une combustion par diffusion de gaz, un front de combustion par diffusion se forme, qui constitue l'interface entre les produits de combustion et un mélange de gaz avec des produits de combustion diffusant vers le flux gazeux. La surface de ce front est déterminée par le taux de mélange du gaz avec le comburant.

La combustion cinétique de diffusion des gaz est caractérisée par la présence de deux fronts. Lors de la combustion cinétique, le comburant fourni en mélange avec du gaz est consommé ; lors de la combustion par diffusion, la partie du gaz qui n'a pas été brûlée lors de la combustion cinétique en raison d'un manque de comburant brûle.

En figue. La figure 1 montre la structure des torches allumées pour diverses méthodes de combustion de gaz combustible et un schéma du front de combustion.

Riz. 1. : cinétique (a), mixte (b) et diffusion (c), ainsi qu'un schéma du front de combustion

Le mélange gaz-air frais entrant est chauffé par transfert de chaleur par conduction et rayonnement depuis le front de combustion. Le mélange chauffé jusqu'à la température d'inflammation brûle dans le front de combustion, et les produits de combustion quittent cette zone et se diffusent partiellement dans le mélange entrant. La position du front de combustion au-dessus de la sortie du brûleur dépend de la nature physique du gaz combustible, de sa concentration dans le mélange, de son débit et d'autres facteurs. Le front de combustion peut se déplacer dans une direction normale à sa surface jusqu'à ce que l'égalité soit établie entre les quantités de mélange brûlé et entrant par unité de surface du front. Dans le même temps, l'équilibre thermique est également atteint : le flux de chaleur provenant du front de combustion est équilibré par le contre-courant du gaz source froid transféré.

La caractéristique la plus importante de la combustion du combustible gazeux est la vitesse de propagation normale de la flamme - la vitesse à laquelle le front de combustion se déplace normalement à sa surface en direction du mélange gaz-air venant en sens inverse. Si la projection du vecteur vitesse d'écoulement sur la normale à la surface avant est égale à et, ce front sera immobile par rapport à la sortie du brûleur. Les principaux facteurs dont dépend la vitesse de propagation normale de la flamme sont la réactivité du gaz, sa concentration dans le mélange et la température de préchauffage du mélange.

La réactivité d'un gaz est déterminée par l'énergie d'activation. Il est évident que les gaz à faible énergie d'activation réagissent avec le comburant à une vitesse plus élevée, et ces gaz se caractérisent par des vitesses de propagation de flamme élevées (hydrogène, acétylène). La quantité de chaleur dégagée lors de la combustion et la température dans le front de combustion dépendent de la concentration du gaz et du mélange. Le chauffage initial du mélange augmente la température à l'avant. Si le débit du mélange dépasse considérablement la vitesse de propagation de la flamme, une séparation des flammes peut se produire. Si les vitesses d'écoulement sont nettement inférieures aux vitesses de propagation de la flamme, la flamme est attirée dans le brûleur (percée).

5. Limites inférieures et supérieures d'explosivité des gaz inflammables

Une autre caractéristique importante de la combustion de mélanges gaz-air est la présence de limites de concentration. Les gaz combustibles peuvent s'enflammer ou exploser s'ils sont mélangés dans certaines proportions (pour chaque gaz) avec de l'air et chauffés au moins à leur température d'inflammation. L'allumage et la poursuite de la combustion spontanée d'un mélange gaz-air à certains rapports gaz/air sont possibles en présence d'une source d'incendie (même une étincelle).

Il existe des limites de concentration inférieure et supérieure d'explosivité (inflammabilité) - le pourcentage minimum et maximum de gaz dans le mélange auquel une inflammation et une explosion peuvent se produire.

La limite inférieure correspond au minimum, et la limite supérieure à la quantité maximale de gaz dans le mélange, à laquelle leur inflammation (lors de l'allumage) et spontanée (sans flux de chaleur de l'extérieur) de la flamme (allumage spontané) se produire. Les mêmes limites correspondent aux conditions d'explosivité des mélanges gaz-air.

La limite inférieure d'explosivité correspond à la concentration minimale de vapeurs de carburant dans un mélange avec de l'air à laquelle un éclair se produit lorsqu'une flamme est appliquée. La limite supérieure d'explosivité correspond à la concentration maximale de vapeurs de carburant dans un mélange avec l'air, au-dessus de laquelle les éclairs ne se produisent plus en raison d'un manque d'oxygène dans l'air. Plus la plage des limites d'inflammabilité (également appelées limites d'explosivité) est large et plus la limite inférieure est basse, plus le gaz est explosif. La plupart des hydrocarbures ont de faibles limites d'explosivité. Pour le CH4 méthane, les limites inférieure et supérieure d’explosivité sont respectivement de 5 % et 15 % en volume.

Un certain nombre de gaz ont les limites d'explosion (inflammabilité) les plus larges : l'hydrogène (4,0 - 75 %), l'acétylène (2,0 - 81 %) et le monoxyde de carbone (12,5 - 75 %). La teneur volumétrique en gaz inflammable dans un mélange gaz-air, en dessous de laquelle une flamme ne peut pas se propager spontanément dans ce mélange lorsqu'une source de haute température y est introduite, est appelée limite inférieure de concentration d'inflammation (propagation de la flamme) ou limite inférieure d'explosif. limite d'un gaz donné. Ainsi, un mélange de gaz et d'air n'est explosif que si sa teneur en gaz inflammable se situe dans la plage comprise entre les limites d'explosivité inférieure et supérieure.

L'existence de limites d'inflammabilité (explosivité) est due aux pertes de chaleur lors de la combustion. Lorsque le mélange inflammable est dilué avec de l'air, de l'oxygène ou du gaz, les pertes de chaleur augmentent, la vitesse de propagation de la flamme diminue et la combustion s'arrête après l'élimination de la source d'inflammation.

À mesure que la température du mélange augmente, les limites d'inflammabilité s'élargissent et, à des températures supérieures à la température d'auto-inflammation, les mélanges de gaz avec de l'air ou de l'oxygène brûlent dans n'importe quel rapport volumique.

Les limites d'inflammabilité (explosivité) dépendent non seulement des types de gaz combustibles, mais également des conditions expérimentales (capacité de la cuve, puissance thermique de la source d'inflammation, température du mélange, propagation de la flamme vers le haut, vers le bas, horizontalement, etc.). Ceci explique les valeurs légèrement différentes de ces limites dans diverses sources littéraires. Lorsque la flamme se propage de haut en bas ou horizontalement, les limites inférieures augmentent légèrement et les limites supérieures diminuent.

La surpression calculée lors de l'explosion de tels mélanges est la suivante : gaz naturel - 0,75 MPa, propane et butane - 0,86 MPa, hydrogène - 0,74 MPa, acétylène - 1,03 MPa. Dans des conditions réelles, la température d'explosion n'atteint pas les valeurs maximales et les pressions qui en résultent sont inférieures à celles indiquées, mais elles sont tout à fait suffisantes pour détruire non seulement le revêtement des chaudières et des bâtiments, mais aussi les conteneurs métalliques si une explosion s'y produit. .

La principale raison de la formation de mélanges gaz-air explosifs est la fuite de gaz des systèmes d'alimentation en gaz et de ses éléments individuels (fuite de fermeture des vannes, usure des joints du presse-étoupe, ruptures des joints du gazoduc, fuite des raccords filetés, etc.), ainsi qu'une ventilation imparfaite des pièces, des foyers et des conduits de gaz, des chaudières et des fours, des sous-sols et de divers puits de communications souterraines. La tâche du personnel d'exploitation des systèmes et installations de gaz est l'identification et l'élimination en temps opportun des fuites de gaz et la stricte mise en œuvre des instructions de production pour l'utilisation du combustible gazeux, ainsi que la mise en œuvre inconditionnelle et de haute qualité de l'inspection préventive et de la réparation programmées du gaz. systèmes d'approvisionnement et équipements à gaz.

6. Caractéristiques de la combustion du combustible liquide

Le principal combustible liquide actuellement utilisé est le fioul. Les installations de faible puissance utilisent également du fioul, qui est un mélange de kérosène technique et de résines. La méthode de combustion de combustible liquide à l’état atomisé a la plus grande application pratique. L'atomisation du carburant permet d'accélérer considérablement sa combustion et d'obtenir des contraintes thermiques élevées dans les volumes de la chambre de combustion du fait d'une augmentation de la surface de contact entre le carburant et le comburant.

Le point d'ébullition des combustibles liquides est toujours inférieur à leur température d'auto-inflammation, c'est-à-dire la température minimale de l'environnement à partir de laquelle le combustible s'enflamme puis brûle sans source de chaleur externe. Cette température est supérieure à la température d'inflammation, à laquelle le carburant brûle uniquement en présence d'une source d'inflammation externe (étincelle, bobine chaude, etc.). De ce fait, en présence d'un comburant, la combustion des combustibles liquides n'est possible qu'à l'état de vapeur. Cette circonstance est la principale pour comprendre le mécanisme du processus de combustion du combustible liquide.

Le processus de combustion du combustible liquide comprend les étapes suivantes : 1 - atomisation (pulvérisation) à l'aide de buses ; 2 - évaporation et décomposition thermique du carburant ; 3 - mélanger les produits obtenus avec de l'air ; 4 - allumage du mélange ; 5 - combustion réelle.

Le but de l'atomisation est d'augmenter la surface de contact du liquide avec l'air et les gaz. La superficie augmente plusieurs milliers de fois. En raison du fort rayonnement de la torche allumée, les gouttelettes s'évaporent très rapidement et subissent une décomposition thermique (fissuration).

Une goutte de carburant liquide entrant dans un volume chauffé dont la température est supérieure à la température d'auto-inflammation commence à s'évaporer partiellement. Les vapeurs de carburant se mélangent à l’air pour former un mélange vapeur-air. L'inflammation se produit au moment où la concentration de vapeurs dans le mélange atteint une valeur dépassant sa valeur à la limite inférieure de concentration d'inflammation. La combustion est alors entretenue spontanément par la chaleur reçue par la gouttelette issue de la combustion du mélange combustible. À partir du moment de l'allumage, la vitesse du processus d'évaporation augmente, car la température de combustion du mélange vapeur-air inflammable dépasse largement la température initiale du volume dans lequel le carburant atomisé est introduit.

Ainsi, la combustion du combustible liquide est caractérisée par deux processus interdépendants : l'évaporation du combustible due au dégagement de chaleur du mélange vapeur-air en combustion et la combustion proprement dite de ce mélange à proximité de la surface de la goutte. La combustion homogène d'un mélange vapeur-air est un processus chimique et le processus d'évaporation est de nature physique. La vitesse et la durée de combustion du combustible liquide qui en résulteront seront déterminées par l’intensité du processus physique ou chimique.

Lors de la combustion de combustible liquide, la torche se compose de trois phases : 1 - liquide ; 2 - solide (carbone dispersé issu de la décomposition d'hydrocarbures liquides) ; 3 - gazeux.

La vitesse de combustion, comme pour la combustion de gaz inflammables, dépend des conditions de formation du mélange, du degré d'aération préalable, du degré de turbulence de la flamme, de la température de la chambre de combustion et des conditions de développement de la flamme. Les gaz d'hydrocarbures de haut poids moléculaire, se décomposant à haute température en composés simples, libèrent du carbone de suie dont la taille des particules est très petite (~ 0,3 microns). Ces particules, lorsqu’elles sont chauffées, fournissent l’éclat de la flamme. La luminosité des flammes d'hydrocarbures lourds peut être réduite. Pour ce faire, un prémélange partiel doit être effectué, c'est-à-dire qu'une certaine quantité d'air doit être fournie à la buse. L'oxygène modifie la nature de la décomposition des molécules organiques : le carbone n'est pas libéré sous forme solide, mais sous forme de monoxyde de carbone, brûlant avec une flamme transparente bleuâtre.

Si le taux de combustion des vapeurs résultantes dépasse largement le taux d'évaporation du carburant, alors le taux d'évaporation est pris comme taux de combustion, puis τburn = τphysique + τchimique.

Sinon, lorsque le taux d'interaction chimique des vapeurs avec le comburant est nettement inférieur au taux d'évaporation du carburant, l'intensité du processus de combustion dépendra entièrement de la vitesse des réactions chimiques de combustion du mélange vapeur-air et l'évaporation des gouttelettes est l'étape la plus longue de la combustion du carburant liquide. Par conséquent, pour une combustion réussie et économique des combustibles liquides, il est nécessaire d’augmenter la dispersion d’atomisation.

7. Combustion de combustible solide (combustion hétérogène)

Pour brûler du carburant, vous avez besoin d’une grande quantité d’air, plusieurs fois le poids du carburant. Lors du soufflage d'une couche de carburant avec de l'air, la force de pression aérodynamique du flux P peut être inférieure au poids d'un morceau de carburant G ou, à l'inverse, supérieure à celui-ci. Dans les fours à « lit fluidisé », « l'ébullition » est associée à la séparation des particules de combustible, ce qui augmente le volume du lit de 1,5 à 2,5 fois. Le mouvement des particules de carburant (généralement de 2 à 12 mm) est similaire au mouvement d'un liquide bouillant, c'est pourquoi une telle couche est appelée « ébullition ».

Dans les fours à lit « fluidisé », le flux gaz-air ne circule pas dans la zone de couche, mais souffle directement à travers la couche. Le flux d'air pénétrant dans la couche subit un freinage non uniforme, ce qui crée un champ de vitesse complexe dans lequel les particules changent constamment de dérive en fonction de leur position dans le flux. Dans ce cas, les particules acquièrent un mouvement de rotation-pulsation, ce qui crée l'impression d'un liquide bouillant.

Le processus de combustion du combustible solide peut être conditionnellement divisé en étapes qui se chevauchent. Ces étapes se déroulent dans différentes conditions de température et thermiques et nécessitent différentes quantités d’agent oxydant.

Le combustible frais entrant dans la chambre de combustion subit un chauffage plus ou moins rapide, l'humidité s'en évapore et des substances volatiles sont libérées - produits de la distillation sèche du combustible. Dans le même temps, le processus de formation de coke se produit. Le coke brûle et est partiellement gazéifié sur la grille, et les produits gazeux sont brûlés dans la chambre de combustion. La partie minérale non combustible du carburant se transforme en scories et en cendres lors de la combustion du carburant.

8. Conceptions de divers foyers

Un appareil de combustion ou une chambre de combustion fait partie d'une chaudière conçue pour brûler du combustible et libérer de la chaleur chimiquement liée. Parallèlement, le foyer est un dispositif d'échange de chaleur dans lequel une partie de la chaleur dégagée lors de la combustion du combustible est transférée aux surfaces chauffantes par rayonnement. De plus, lorsque du combustible solide est brûlé dans le four, une partie des cendres résultantes tombe.

Selon le type de combustible brûlé, on distingue les fours à combustibles solides, liquides et gazeux. De plus, il existe des fours dans lesquels différents types de combustibles peuvent être brûlés simultanément : solide avec liquide ou gazeux, liquide et gazeux.

Il existe trois manières principales de brûler du combustible : en couche, au chalumeau et au vortex (cyclone). Conformément à cela, les foyers sont divisés en trois grandes classes : couche, torche et vortex. Les fours torchères et vortex sont souvent combinés en classe générale foyers à chambre.

Riz. 2. : a - couche dense ; b - couche « bouillante » ; c et d - couche suspendue (torches hétérogènes)

Dans la couche, le combustible est brûlé sous des chaudières d'une capacité de vapeur allant jusqu'à 20-35 t/h. Seuls les combustibles solides en morceaux peuvent être brûlés dans le lit, par exemple : la houille brune et dure, la tourbe en morceaux, les schistes bitumineux, le bois. Le combustible à brûler en couche est chargé sur une grille sur laquelle il repose en couche dense. La combustion du carburant se produit dans un courant d'air, pénétrant généralement cette couche de bas en haut.

Les fours permettant de brûler du combustible dans un lit sont divisés en trois classes (Fig. 3) :

1 - foyers avec une grille fixe et une couche de combustible fixe dessus (Fig. 3, a et b) ;

2 - foyers avec une grille mobile qui déplace la couche de combustible qui s'y trouve (Fig. 3, c, d) ;

3 - foyers avec une grille fixe et une couche de combustible se déplaçant le long de celle-ci (Fig. 3, e, f, g).

Riz. 3. Schémas de fours pour brûler du combustible dans un lit: a - grille horizontale manuelle ; b - foyer avec lanceur sur couche fixe ; c - foyer avec grille mécanique à chaîne ; g - foyer avec grille de retour à chaîne mécanique et lanceur ; d - foyer avec une bande bruissante ; e - foyer avec grille ; g - foyer du système Pomerantsev

Le foyer le plus simple avec une grille fixe et un lit de combustible fixe est un foyer avec une grille horizontale manuelle (Fig. 3, a). Cette grille peut être utilisée pour brûler des combustibles solides de tout type, mais la nécessité d'un entretien manuel limite son champ d'application dans les chaudières à très faible débit de vapeur (jusqu'à 1-2 t/h).

Pour la combustion en couches du combustible sous des chaudières à débit de vapeur plus élevé, l'entretien du four et, surtout, l'approvisionnement en combustible frais sont mécanisés.

Dans les foyers à grille fixe et à couche de combustible fixe, la mécanisation du chargement est réalisée à l'aide d'épandeurs 1, qui chargent mécaniquement en continu du combustible frais et le dispersent sur la surface de la grille 2 (Fig. 3, b). Dans de tels foyers, il est possible de brûler de la lignite et de la lignite, et parfois de l'anthracite, sous des chaudières d'une capacité de vapeur allant jusqu'à 6,5 à 10,0 t/h.

La classe des foyers avec une grille mobile qui déplace la couche de combustible qui s'y trouve comprend les foyers avec une grille à chaîne mécanique (Fig. 3, c), qui sont réalisés dans diverses modifications. Dans ce foyer, le combustible de la trémie d'alimentation 1 s'écoule par gravité vers la partie avant de la grille à chaîne sans fin 2 à déplacement lent, qui l'alimente dans le foyer. Le combustible en combustion se déplace continuellement à travers la chambre de combustion avec la grille. Dans ce cas, il brûle complètement, après quoi les scories formées à l'extrémité de la grille sont déversées dans la trémie à scories 3.

Les foyers à grille à chaîne sont sensibles à la qualité du combustible. Ils sont particulièrement adaptés à la combustion de charbons triés non agglomérants, modérément humides et modérément cendrés, avec un point de fusion des cendres relativement élevé et un rendement en matières volatiles de HC = 10-25 % de la masse combustible. L'anthracite trié peut également être brûlé dans de tels foyers. Les foyers avec grille à chaîne ne sont pas adaptés au travail sur des charbons agglomérants, ainsi que sur des charbons à cendres à bas point de fusion. Ces foyers peuvent être installés sous des chaudières ayant un débit de vapeur de 10 à 150 t/h, mais en Russie ils sont installés sous chaudières à vapeur avec une capacité de vapeur de 10 à 35 t/h, principalement pour la combustion de l'anthracite trié.

Pour brûler du combustible à forte humidité, en particulier de la tourbe de gazon, une grille à chaîne est combinée avec un pré-four à cuve, nécessaire au séchage préalable du combustible. Le foyer à chaîne à arbre le plus courant est le foyer professionnel. T.F. Makarieva.

Un autre type de foyer de cette classe sont les foyers avec une grille à chaîne inversée et un lanceur. Dans ces foyers, la lame de la grille se déplace dans la direction opposée, c'est-à-dire de la paroi arrière du foyer vers l'avant. Sur la paroi avant du four se trouvent des épandeurs qui alimentent en permanence la toile en combustible. Les scories brûlées sont déversées de la grille dans une trémie à scories située sous la façade du four. Les foyers de ce type sont beaucoup moins sensibles à la qualité du combustible que les foyers à grille directe, ils sont donc utilisés pour brûler du lignite et du lignite triés et non triés sous des chaudières d'une capacité de vapeur de 10 à 35 t/h.

Les foyers avec une grille fixe et une couche de combustible se déplaçant le long de celle-ci reposent sur divers principes d'organisation des processus de mouvement et de combustion du combustible. Dans les foyers dotés d'une barre bruissante, le combustible est déplacé le long d'une grille horizontale fixe par une barre spéciale de forme spéciale, se déplaçant d'avant en arrière le long de la grille. Ils sont utilisés pour brûler du lignite sous des chaudières d'une capacité de vapeur allant jusqu'à 6,5 t/h. Un type de foyer avec une bande bruissante est le foyer à couche de torche du système prof. S.V. Tatishcheva, qui était utilisé pour brûler de la tourbe moulue sous des chaudières d'une capacité de vapeur allant jusqu'à 75 t/h. Il diffère d'un foyer conventionnel avec une barre bruissante par la présence d'un pré-foyer à puits, dans lequel la tourbe broyée est pré-séchée avec des fumées aspirées dans le puits par un éjecteur spécial. Vous pouvez également brûler de la houille et de la houille dans cette chambre de combustion.

Dans les foyers à grille inclinée et les foyers à grande vitesse du système V.V. Pomerantsev, le combustible entrant dans le foyer par le haut, pendant la combustion, glisse sous l'influence de la gravité dans partie inférieure foyer, permettant à de nouvelles portions de combustible d'entrer dans le foyer. Ces foyers sont utilisés pour brûler des déchets de bois sous des chaudières avec un débit de vapeur de 2,5 à 20 t/h, des foyers de mines et pour brûler de la tourbe de gazon - sous des chaudières avec un débit de vapeur allant jusqu'à 6,5 t/h.

En raison des particularités du bilan énergétique de la Russie, qui utilise principalement du houille et en partie du lignite, les plus courants sont les foyers avec lanceurs et grilles à chaîne mécanique. Les fours destinés à brûler de la tourbe, du schiste et du bois sont beaucoup moins courants, car ces types de combustibles jouent un rôle secondaire dans le bilan énergétique de la Russie.

Lors du processus de torchage, des combustibles solides, liquides et gazeux peuvent être brûlés. Où:

Le carburant gazeux ne nécessite aucune préparation préalable ;

Le combustible solide doit d'abord être broyé en une poudre fine dans des installations spéciales de préparation de poussière, dont l'élément principal est constitué de broyeurs à charbon ;

Le carburant liquide doit être pulvérisé en très fines gouttelettes dans des buses spéciales.

Les combustibles liquides et gazeux sont brûlés dans des chaudières de toute capacité de vapeur, et le combustible pulvérisé est brûlé dans des chaudières d'une capacité de vapeur allant de 35 à 50 t/h et plus.

La combustion de chacun des trois types de combustibles dans un procédé de torchage présente des caractéristiques spécifiques, mais principes généraux la méthode de combustion par torchère reste la même pour tous les carburants.

Le foyer de torche (Fig. 4) est une chambre rectangulaire 1, en brique réfractaire, dans laquelle le combustible et l'air nécessaire à sa combustion, c'est-à-dire un mélange air-carburant, sont introduits en contact étroit à travers les brûleurs 2. Ce mélange s'enflamme et brûle dans la torche résultante. Les gaz de combustion sortent du four par sa partie supérieure. Lorsque du combustible pulvérisé est brûlé avec ces produits de combustion, une partie importante des cendres de combustible est entraînée dans les carneaux de la chaudière et le reste des cendres tombe dans la partie inférieure (entonnoir à scories) du four sous forme de scories.

Riz. 4. : a - chambre de combustion à chambre unique pour combustible pulvérisé avec élimination des scories solides ; b - four à chambre unique pour combustible pulvérisé avec élimination des scories liquides ; c - foyer pour combustible liquide et gazeux ; g - foyer avec chambre de combustion semi-ouverte pour brûler du combustible pulvérisé

Les parois de la chambre de combustion sont recouvertes de l'intérieur d'un système de tuyaux refroidis par eau - écrans d'eau de combustion. Ces écrans sont destinés à protéger la maçonnerie de la chambre de combustion de l'usure et de la destruction sous l'influence de la température élevée de la torche et des scories en fusion, mais surtout, ils représentent une surface chauffante efficace qui absorbe une grande quantité de chaleur émise par la torche. Ces écrans de combustion deviennent donc un moyen très efficace de refroidir les gaz de combustion dans la chambre de combustion.

Les fours torchères pour combustible pulvérisé sont divisés en deux classes selon la méthode d'élimination des scories : a) les fours avec élimination des scories à l'état solide ; b) fours avec élimination des scories liquides.

La chambre 1 du four avec évacuation des scories à l'état solide (Fig. 4, a) est limitée par le bas par un entonnoir à scories 3 dont les parois sont protégées par des tuyaux grillagés. Cet entonnoir est appelé entonnoir « froid ». Les gouttes de scories tombant de la torche, tombant dans cet entonnoir, en raison de la température relativement basse de l'environnement, durcissent et se granulent en grains individuels. Depuis l'entonnoir froid, les granules de laitier à travers le col 4 pénètrent dans le dispositif de réception des scories 5, d'où ils sont évacués par un mécanisme spécial dans le système d'élimination des scories et des cendres.

La chambre 1 du four à élimination des scories liquides (Fig. 4, b) est limitée par le bas par un fond 3 horizontal ou légèrement incliné, à proximité duquel, grâce à l'isolation thermique de la partie inférieure des écrans de combustion, une température est maintenu au-dessus du point de fusion des cendres. En conséquence, les scories tombées de la torche sur cet étage restent à l'état fondu et s'écoulent du four par le trou de coulée 4 dans le bain de réception des scories 5 rempli d'eau, où elles durcissent et se fissurent en petites particules vitreuses.

Les fours avec élimination des scories liquides sont divisés en une chambre (Fig. 4, b) et en deux chambres pour les grandes chaudières (Fig. 4, d). Dans ce dernier, la chambre de combustion est divisée en deux chambres :

1 - chambre de combustion dans laquelle se produit la combustion du carburant ;

2 - chambre de refroidissement dans laquelle les produits de combustion sont refroidis.

Les grilles de la chambre de combustion sont recouvertes d'une isolation thermique pour

augmenter la température de combustion autant que possible afin d'obtenir de manière plus fiable des scories liquides et maintenir les grilles de la chambre de refroidissement ouvertes afin qu'elles puissent réduire davantage la température des produits de combustion.

Les fours torchères pour combustibles liquides et gazeux (Fig. 4, c) sont réalisés avec un fond horizontal ou légèrement incliné.

Dans les très grandes chaudières, outre les chambres de combustion de forme prismatique, il existe des chambres dites semi-ouvertes, caractérisées par la présence d'un étranglement spécial qui divise le four en deux zones : la combustion et le refroidissement. Les chambres semi-ouvertes sont utilisées pour brûler des combustibles poussiéreux (Fig. 4, d), liquides et gazeux.

Les fours torchères peuvent également être classés selon le type de brûleurs, à flux direct ou à tourbillon, et selon l'emplacement des brûleurs dans la chambre de combustion. Les brûleurs sont placés sur les parois frontales (Fig. 4) et latérales ainsi que dans les coins de la chambre de combustion (Fig. 4). Dans les grandes chaudières, il est également possible d'utiliser un placement opposé des brûleurs sur les parois avant et arrière du foyer (Fig. 4, d).

Dans les fours à vortex (cyclone), vous pouvez brûler des combustibles solides à haute teneur en matières volatiles, broyés jusqu'à l'état de poussière ou à une granulométrie de 4 à 6 mm, ainsi que (encore rarement) du fioul.

Le principe de fonctionnement d'un four cyclone est que dans un pré-four cylindrique presque horizontal (Fig. 5, a) ou vertical 1 de petit diamètre, un vortex gaz-air est créé dans lequel des particules de combustible en combustion circulent à plusieurs reprises jusqu'à ce qu'elles brûlent. presque complètement en suspension.

Riz. 5. : a - foyer avec pré-fours cycloniques horizontaux ; b - foyer avec pré-fours cycloniques verticaux

Les produits de combustion provenant des chambres de pré-four lors de la combustion de combustible solide pénètrent dans la chambre de post-combustion 2, et de celle-ci dans la chambre de refroidissement 3 puis dans les carneaux de la chaudière. Les scories des chambres du pré-four sont éliminées sous forme liquide à travers les trous de coulée 5, et pour augmenter la quantité de scories capturées, un faisceau de tuyaux de collecte des scories 4 est installé entre la chambre de post-combustion et la chambre de refroidissement ou entre les chambres du pré-four à cyclone et Lors de la combustion de fioul et parfois de combustible solide broyé, aucune chambre de postcombustion n'est installée et les produits de combustion sont évacués directement des chambres de pré-four dans la chambre de refroidissement. Les fours cyclones sont utilisés dans les chaudières à production de vapeur relativement élevée.

En plus des trois méthodes principales de combustion de carburant énumérées ci-dessus, il existe quelques méthodes intermédiaires.

En raison de la popularité croissante des chaudières à combustible solide, un grand nombre d'acheteurs potentiels de cet équipement s'intéressent à la question de savoir quel type de combustible solide privilégier comme principal et, en fonction de décision prise commander un type ou un autre équipement de chauffage.

Le principal indicateur de tout combustible, pas seulement du combustible solide, est son transfert de chaleur, qui est assuré par la combustion du combustible solide. Dans ce cas, le transfert de chaleur du combustible solide est directement lié à son type, ses propriétés et sa composition.

Un peu de chimie

La composition du combustible solide comprend les substances suivantes : carbone, hydrogène, oxygène et composés minéraux. Lorsque le carburant est brûlé, le carbone et l'hydrogène se combinent avec l'oxygène de l'air (l'agent oxydant naturel le plus puissant) - une réaction de combustion se produit, libérant une grande quantité d'énergie thermique. De plus, les produits de combustion gazeux sont éliminés par le système d'évacuation des fumées et les produits de combustion solides (cendres et scories) tombent sous forme de déchets par la grille.

En conséquence, la tâche principale du concepteur d'équipements de chauffage fonctionnant au combustible solide est d'assurer la combustion la plus longue d'un poêle à combustible solide ou d'une chaudière à combustible solide. À l'heure actuelle, certains progrès ont été réalisés dans ce domaine : des chaudières à combustible solide à combustion longue fonctionnant selon le principe de la combustion par le haut et le procédé de pyrolyse sont apparues sur le marché.

Pouvoir calorifique des principaux types de combustibles solides

• Bois de chauffage. En moyenne (selon le type de bois) et humidité de 2800 à 3300 kcal/kg.
• Tourbe – selon l'humidité de 3 000 à 4 000 kcal/kg.
• Charbon - selon le type (anthracite, brun ou flamboyant) de 4 700 à 7 200 kcal/kg.
• Briquettes et pellets pressés – 4500 kcal/kg.

En d'autres termes, le processus de combustion de différents types de combustible solide s'accompagne de différentes quantités d'énergie thermique libérée, de sorte que le choix du type principal de combustible doit être fait de manière très responsable - dans ce cas, soyez guidé dans cette affaire par les informations spécifié dans la documentation opérationnelle (passeport ou mode d'emploi) de tel ou tel équipement à combustible solide.

Brève description des principaux types de combustibles solides

Bois de chauffage

Le type de carburant le plus accessible et donc le plus répandu en Russie. Comme déjà mentionné, la quantité de chaleur générée lors du processus de combustion dépend du type de bois et de sa teneur en humidité. Il convient de noter que lors de l'utilisation de bois de chauffage comme combustible pour une chaudière à pyrolyse, il existe une limitation de l'humidité, qui dans ce cas ne doit pas dépasser 15 à 20 %.

Tourbe

La tourbe est constituée de restes comprimés de plantes pourries qui restent longtemps dans le sol. Selon la méthode d'extraction, on distingue la tourbe élevée et la tourbe faible. Et selon son état d'agrégation, la tourbe peut être : taillée, en morceaux et pressée sous forme de briquettes. En termes de quantité d’énergie thermique libérée, la tourbe est similaire au bois de chauffage.

Charbon

Le charbon est le type de combustible solide le plus calorique et nécessite une technologie d'allumage spéciale. En général, pour allumer un poêle ou une chaudière à charbon, vous devez d'abord allumer le foyer avec du bois et ensuite seulement charger du charbon (brun, flamboyant ou anthracite) sur le bois de chauffage bien éclairé.

Briquettes et pellets

Ce le nouveau genre combustible solide, différant par la taille des éléments individuels. Les briquettes sont plus grosses et les pellets sont plus petits. La matière première pour la production de briquettes et de pellets peut être n'importe quelle substance « combustible » : copeaux de bois, poussière de bois, paille, coques de noix, tourbe, coques de tournesol, écorce, carton et autres substances combustibles « en vrac » disponibles gratuitement.

Avantages des briquettes et des pellets

• Carburant renouvelable respectueux de l’environnement à haut pouvoir calorifique.
• Combustion longue grâce à la haute densité du matériau.
• Rangement pratique et compact.
• La quantité minimale de cendres après combustion est de 1 à 3 % du volume.
• Faible coût relatif.
• Possibilité d'automatiser le processus de fonctionnement de la chaudière.
• Convient à tous les types de chaudières à combustible solide et de poêles domestiques.