La combustion est un processus chimique au cours duquel l'oxygène se combine avec différents éléments du carburant. Au cours de cette combinaison, une quantité définie de chaleur est produite par unité de masse d'élément combustible en fonction de l'élément avec lequel l'oxygène se combine. Les éléments qui participent au processus de combustion sont l'oxygène, l'hydrogène, le carbone et le soufre.
Il existe divers autres éléments dans le carburant (charbon) qui participent également au processus de combustion, tels que le fer, le silicium, etc. Ils existent généralement en petite quantité et sont classés comme des impuretés du carburant. Ces impuretés produisent certains déchets lors de la combustion du charbon et restent sous forme de cendres stockées dans le fosse à cendres du fournil de chaudière à vapeur, après la combustion. La combustion du carburant, y compris le charbon, nécessite trois étapes pour être complétée.
L'absorption de chaleur pour augmenter la température du carburant jusqu'au point d'inflammation.
La distillation et la combustion des gaz volatils.
La combustion du carbone fixe.
Lorsque le charbon est alimenté au fournil de chaudière à vapeur sous forme pulvérisée, la température du charbon est d'abord élevée jusqu'à son point d'inflammation. Les matières volatiles du charbon, appelées hydrocarbures, tels que le gaz de marais, la goudron, le bitume, la naphte, sont séparés du charbon et expulsés sous forme gazeuse. Ces gaz se combinent ensuite avec l'oxygène de l'air qui est fourni à travers le lit de carburant (charbon) chaud du fournil de chaudière à vapeur.
Après que les hydrocarbures ont été expulsés du charbon, le carbone solide se combine avec l'oxygène de l'air pour former du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone. Toute substance non combustible du charbon tombe à travers la grille dans le fosse située en dessous du fournil de chaudière à vapeur sous forme de cendres. Pour le processus de combustion, il faut fournir suffisamment d'air dans le four.
Généralement, environ 12 livres d'air sont nécessaires pour achever la combustion d'une livre de charbon. Cependant, en pratique, deux fois ou plus cette quantité d'air est fournie dans le four par tirage forcé, car les conditions idéales de combustion ne peuvent pas être atteintes en pratique. Il est toujours assez difficile de fournir de l'air uniformément à toutes les parties du fournil de chaudière à vapeur.
D'autre part, trop d'air ne doit pas être fourni au four. Si l'air est fourni à un taux beaucoup plus élevé que celui spécifié, il y a un risque de disperser les gaz hydrocarbonés avant que le processus de combustion soit terminé. L'air doit donc être fourni au four à un taux élevé mais contrôlé.
La conception et l'exploitation principales du four de la chaudière visent à obtenir une combustion avec un minimum de fumée. Une combustion sans fumée est préférée principalement pour deux raisons,
La fumée est une cause majeure de pollution de l'air.
La fumée indique une combustion incomplète. Les gaz non brûlés visibles apparaissent sous forme de fumée.
Le principe de la combustion complète est assez simple, mais il n'est pas toujours possible de le mettre en œuvre dans un fournil de chaudière à vapeur. Introduire du charbon dans le four, augmenter la température jusqu'au point de combustion, et fournir suffisamment d'air pour la combustion peut ne pas être suffisant pour une combustion réussie. Il y a un autre facteur à prendre en compte lors de la conception d'un four.
Il est également important de mélanger l'air avec les gaz combustibles de manière homogène et de maintenir ce mélange à une température suffisamment élevée pendant le processus. Lorsqu'un charbon bitumineux frais est allumé sur le lit de combustible du four de la chaudière, les gaz combustibles sont expulsés et une grande partie d'entre eux reste non brûlée et est emportée vers la cheminée si l'air n'est pas correctement mélangé avec eux.
De nombreux procédés de mélange d'air ont été développés pour le four de chaudière à vapeur. L'une des méthodes populaires pour le four de chaudière consiste à fournir une chambre de combustion doublée de briques réfractaires de taille suffisante avec des baffles appropriés pour mélanger correctement les gaz avec l'air, l'introduction d'assez d'air chauffé dans la combustion pour consommer les gaz combustibles avant qu'ils n'atteignent la surface de chauffe de la chaudière.
Pour une combustion réussie, un four de chaudière a certaines parties essentielles dans sa construction, telles que
Une grille pour supporter le carburant (charbon).
Chambre de combustion – où la combustion a lieu Moyens de fournir de l'air frais.
Un fosse à cendres pour recueillir et attraper les résidus du carburant pendant la combustion.
Une grille est fournie dans un four de chaudière à vapeur pour soutenir le carburant solide dans le four. La grille est conçue de telle sorte qu'elle permet également l'admission d'air dans le carburant solide pour la combustion.
Les ouvertures de la grille ne doivent pas être si grandes qu'elles permettent aux particules de carburant non brûlées de tomber à travers, et d'autre part, ces ouvertures ne doivent pas être si étroites qu'elles empêchent une quantité suffisante d'air de passer à travers le carburant.
Le foyer de la chaudière est l'endroit juste au-dessus de la grille et la chambre de combustion est l'extension de celle-ci où la combustion des hydrocarbures volatils a lieu. La chaleur produite par la combustion est absorbée par la surface de la chaudière à vapeur au sommet de la chambre de combustion. Différents murs de briques réfractaires et baffles sont fournis dans la chambre de combustion pour un mélange approprié de l'air avec les gaz combustibles.
La fosse à cendres de la chaudière à vapeur est une chambre située sous la grille pour recueillir les refus (cendres) du feu au-dessus. La fosse à cendres sert également de chambre d'alimentation en air à travers la grille. Il doit y avoir une hauteur suffisante entre le plancher inférieur de la fosse à cendres et la grille pour donner un espace d'air suffisant. Dans la pratique courante, on incline le plancher de la fosse vers l'avant pour faciliter l'élimination des cendres.
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