Температура горения каменного угля: свойства, процесс возгорания в котле и печи

свойства, процесс возгорания в котле и печи

10 марта 2019  |  Просмотров: 4502

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

Эффективность и экономичность отопительной системы с твердотопливным котлом напрямую зависит от вида топлива. Помимо дров и отходов деревообработки в качестве энергоносителя активно используется уголь различных видов. Температура горения угля — один из важных показателей, но следует ли его учитывать при выборе топлива для печи или котла?

Уголь в печи

Уголь: разновидности и характеристики

Угли в первую очередь различаются по происхождению. В качестве энергоносителя используют древесный уголь, который получают путем пережигания древесины, а также ископаемое топливо.

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

Бурые угли

Среди ископаемых углей наиболее молодые — бурые угли. Свое название топливо получило за бурый цвет. Данный вид топлива характеризуется большим количеством летучих примесей и высоким содержанием влаги — до 40%. При этом количество чистого углерода может достигать 70%.

Из-за повышенной влажности у бурого угля низкая температура горения и невысокая теплоотдача. Воспламеняется топливо при 250°С, а температура горения бурых углей достигает 1900 °С. Теплота сгорания составляет приблизительно 3600 ккал/кг.

Как энергоноситель бурый уголь в естественном виде уступает дровам, поэтому его редко применяют для печей и твердотопливных агрегатов в частных домах. Но устойчивым спросом пользуется брикетированное топливо.

Бурые угли

Бурый уголь в брикетах — это топливо, прошедшее специальную подготовку. За счет снижения влажности повышается его энергоэффективность. Теплоотдача брикетированного топлива достигает 5000 ккал/кг.

Каменные угли

Каменные угли старше бурых, их залежи располагаются на глубине до 3 км. В этом виде топлива содержание чистого углерода может достигать 95%, а летучих примесей — до 30%. Влаги этот энергоноситель содержит не более 12%, что положительно влияет на теплоэффективность полезного ископаемого.

Температура горения каменного угля в идеальных условиях достигает 2100°С, но в отопительной печи топливо сжигается максимум при 1000°С. Теплоотдача каменноугольного топлива составляет 7000 ккал/кг. Его сложнее разжечь — для воспламенения требуется нагрев до 400°С.

Каменноугольный энергоноситель чаще остальных применяется для обогрева жилых домов и зданий иного назначения.

Каменный уоль

Антрацит

Самое древнее твердое ископаемое топливо, которое практически не содержит влаги и летучих примесей. Содержание углерода в антраците превышает 95%.

Удельная теплоотдача топлива достигает 8500 ккал/кг — это высший показатель среди углей. В идеальных условиях антрацит сгорает при 2250°С. Воспламеняется он при температуре не менее 600°С — это показатель для самых низкокалорийных видов. Для розжига требуется использовать дрова, чтобы создать необходимый нагрев.

Характеристики антрацита

Антрацит в первую очередь промышленное топливо. Его использование в печи или котле нерационально и дорого. Помимо высокой теплоотдачи к преимуществам антрацита относится низкая зольность и малодымность.

Свойства древесного угля

Древесный уголь выделяют в отдельную категорию, поскольку это не ископаемое топливо, а продукт производства. Для его получения древесину обрабатывают особым образом, чтобы изменить структуру и удалить излишки влаги. Технология получения эффективного и удобного в использовании энергоносителя известна с давних времен – раньше древесину пережигали в глубоких ямах, перекрыв доступ кислороду, а сегодня применяются особые углевыжигательные печи.

Сжигание древесины в углевыжегательной печи

При нормальных условиях хранения влажность древесного угля составляет около 15%. Воспламеняется топливо уже при нагреве до 200°С. Удельная теплотворная способность энергоносителя высока — она достигает 7400 ккал/кг.

Температура горения древесного угля варьируется в зависимости от сорта древесины и условий сжигания. К примеру, березовые угли можно использовать для разогрева кузнечного горна и ковки металла — при интенсивной подаче воздуха гореть они будут при 1200-1300°С. В печке или отопительном котле температура в процессе горения достигнет 800-900°С, а при использовании угля в мангале на улице — 700°С.

Горючее из пережженной древесины характеризуется экономичностью — его расход значительно ниже по сравнению с использованием дров. Помимо высокой теплоотдачи оно характеризуется низкой зольностью.

За счет того, что древесный уголь сгорает с малым количеством золы и выделяет ровный жар без открытого пламени, он идеально подходит для приготовления мяса и других продуктов на открытом огне. Также его можно использовать для каминного отопления или приготовления еды на варочной печи.

Особенности сжигания углей

Рассматривая, при какой температуре горит тот или иной вид топлива, следует учитывать, что приводятся цифры, достижимые только в идеальных условиях. В домашней печи или твердотопливном котле такие условия создать невозможно, да и не нужно. Кирпичный или металлический теплогенератор не рассчитан на такой уровень нагрева, а теплоноситель в контуре быстро закипит.

Поэтому температура сгорания топлива определяется режимом его сжигания, то есть, от количества воздуха, подаваемого в топочную камеру. Ископаемый и древесный энергоноситель лучше всего горит, если подача воздуха достигает 100%. Для ограничения воздушного потока используется задвижка или заслонка, благодаря чему поддерживается оптимальная для печи температура сгорания топлива — около 800-900°С.

Сжигание углей в котле

При сжигании энергоносителя в котле нельзя допускать вскипание теплоносителя в водяной рубашке — если предохранительный клапан не сработает, произойдет взрыв. Кроме того, смесь пара и воды губительно действует на циркуляционный насос в системе отопления.

Чтобы контролировать процесс горения, используются следующие способы:

• энергоноситель загружается в топку и регулируется подача воздуха;
• угольная крошка или топливо кусочками подается дозировано (по той же схеме, что и в пеллетных котлах).

Особенности горения

Угли различаются по виду пламени. У горящего каменного и бурого угля языки пламени длинные, антрацит и древесный уголь относятся к короткопламенным энергоносителям. Короткопламенное топливо сгорает практически без остатка, выделяя большое количество тепловой энергии.

Сгорание длиннопламенных энергоносителей происходит в два этапа. Первым делом выделяются летучие фракции — горючий газ, который сгорает, поднявшись к верхней части топочной камеры. В процессе выделения газов уголь коксуется, и после выгорания летучих веществ начинает гореть образовавшийся кокс, образуя короткое пламя. Углерод выгорает, шлаки и зола остаются.

Заключение

Выбирая, какой энергоноситель лучше использовать для твердотопливного котла или печи, стоит обратить внимание на ископаемое топливо и древесный уголь. Температура горения не принципиальна, поскольку ее в любом случае придется ограничивать, чтобы соблюсти оптимальный режим эксплуатации теплогенератора.

Важно оценить доступность энергоносителя и его стоимость, теплоэффективность, удобство использования. Для котельных агрегатов чаще всего используют каменный или бурый уголь. Сжигание каменного угля в пиролизной печи — оптимальный вариант, который позволяет использовать максимум тепловой энергии, снизив расход топлива и уменьшив количество вредных выбросов.

Пиролизная печь для сжигания каменного угля

Печь или котельный агрегат должны быть рассчитаны на работу с высокотемпературным энергоносителем.

Утилизация угля | Летучие вещества и химия

использование угля , сжигание угля или его превращение в полезные твердые, газообразные и жидкие продукты. 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 серией 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 вещество 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 угля выполняются 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

МЕХАНИЗМЫ И ОПТИМИЗАЦИЯ СЖИГАНИЯ УГЛЯ (Технический отчет)

МЕХАНИЗМЫ И ОПТИМИЗАЦИЯ СЖИГАНИЯ УГЛЯ (Технический отчет) | ОСТИ.GOV

перейти к основному содержанию

• Полная запись
• Другое связанное исследование

Завершенный исследовательский проект внес значительный вклад, который поможет нам решить проблемы, изложенные в предыдущем разделе. Одно из главных нововведений нашего экспериментального подхода заключается в применении видеомикроскопии и анализа цифровых изображений для изучения важных переходных явлений (таких как набухание частиц и возгорание), происходящих во время пиролиза и горения угля. Анализ изображения также использовался для анализа макропористой структуры полукокса, доминирующего фактора в определении реакционной способности полукокса и воспламенения при высоких температурах, в которых работают все промышленные процессы. Объединив передовые экспериментальные методы с математическим моделированием, мы смогли достичь основных целей нашего проекта. Более конкретно: (1) Мы точно определили влияние нескольких важных условий процесса (таких как скорость нагревания при пиролизе, размер частиц, температура термообработки и время выдержки) на поведение полукокса при горении. Эти измерения проливают новый свет на фундаментальные механизмы важных переходных процессов, таких как распухание частиц и воспламенение. (2) Мы разработали и протестировали теоретические модели, которые могут предсказать поведение частиц полукокса и время их выгорания при воспламенении при высоких температурах, когда очень важны диффузионные ограничения внутри частиц.

Авторов:

Зигуракис, Кириакос

Дата публикации:

2000-10-31

Исследовательская организация:

Национальная лаборатория энергетических технологий (NETL), Питтсбург, Пенсильвания, Моргантаун, Западная Вирджиния, и Олбани, Орегон (США)

Организация-спонсор:

Министерство энергетики США (США)

Идентификатор ОСТИ:

789667

Номер(а) отчета:

FG22-96PC96214-07
РНН: US200201%%492

Номер контракта с Министерством энергетики:  

ФГ22-96ПК96214

Тип ресурса:

Технический отчет

Отношение ресурсов:

Прочая информация: PBD: 31 октября 2000 г.

Страна публикации:

США

Язык:

Английский

Тема:

01 УГОЛЬ, ЛИГНИТ И ТОРФ; СИМВОЛЫ; УГОЛЬ; ГОРЕНИЕ; ТЕРМООБРАБОТКА; СТЕПЕНЬ НАГРЕВА; ЗАЖИГАНИЕ; МИКРОСКОПИЯ; ОПТИМИЗАЦИЯ; РАЗМЕР ЧАСТИЦЫ; ПИРОЛИЗ; ПРИПУХЛОСТЬ; ПЕРЕХОДНЫЕ

Форматы цитирования

• MLA
• АПА
• Чикаго
• БибТекс


Зигуракис, Кириакос. МЕХАНИЗМЫ И ОПТИМИЗАЦИЯ СЖИГАНИЯ УГЛЯ . США: Н. П., 2000.
Веб. дои: 10.2172/789667.

Копировать в буфер обмена


Зигуракис, Кириакос. МЕХАНИЗМЫ И ОПТИМИЗАЦИЯ СЖИГАНИЯ УГЛЯ . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/789667

Копировать в буфер обмена


Зигуракис, Кириакос. 2000.
"МЕХАНИЗМЫ И ОПТИМИЗАЦИЯ СГОРАНИЯ УГЛЯ". Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/789667. https://www.osti.gov/servlets/purl/789667.

Копировать в буфер обмена

@статья{osti_789667,
title = {МЕХАНИЗМЫ И ОПТИМИЗАЦИЯ СЖИГАНИЯ УГЛЯ},
автор = {Зигуракис, Кириакос},
abstractNote = {Завершенный исследовательский проект внес существенный вклад, который поможет нам решить проблемы, изложенные в предыдущем разделе. Одно из главных нововведений нашего экспериментального подхода заключается в применении видеомикроскопии и анализа цифровых изображений для изучения важных переходных явлений (таких как набухание частиц и возгорание), происходящих во время пиролиза и горения угля. Анализ изображения также использовался для анализа макропористой структуры полукокса, доминирующего фактора в определении реакционной способности полукокса и воспламенения при высоких температурах, в которых работают все промышленные процессы. Объединив передовые экспериментальные методы с математическим моделированием, мы смогли достичь основных целей нашего проекта. Более конкретно: (1) Мы точно определили влияние нескольких важных условий процесса (таких как скорость нагревания при пиролизе, размер частиц, температура термообработки и время выдержки) на поведение полукокса при горении. Эти измерения проливают новый свет на фундаментальные механизмы важных переходных процессов, таких как распухание частиц и воспламенение. (2) Мы разработали и протестировали теоретические модели, которые могут предсказать воспламенение обугленных частиц и время их выгорания при высоких температурах, когда очень важны ограничения диффузии внутри частиц.},
дои = {10,2172/789667},
URL-адрес = {https://www.