La combustione è un processo chimico durante il quale l'ossigeno si combina con diversi elementi del combustibile. Durante questa combinazione, viene prodotta una quantità definita di calore per unità di massa dell'elemento combustibile, a seconda dell'elemento con cui si combina l'ossigeno. Gli elementi che partecipano al processo di combustione sono ossigeno, idrogeno, carbonio e zolfo.
Ci sono vari altri elementi nel carbone che partecipano al processo di combustione, come ferro, silicio, ecc. Essi esistono solitamente in piccole quantità e vengono classificati come impurità del combustibile. Queste impurità producono certi rifiuti durante la combustione del carbone e rimangono sotto forma di cenere e vengono immagazzinate nella fossa della cenere del forno a caldaia a vapore, dopo la combustione. La combustione del combustibile, compreso il carbone, richiede tre fasi per essere completata.
L'assorbimento di calore per aumentare la temperatura del combustibile fino al punto di accensione.
La distillazione e la combustione dei gas volatili.
Combustione del carbonio fisso.
Quando il carbone viene alimentato al forno della caldaia in forma polverizzata, la temperatura del carbone viene prima elevata al suo punto di accensione, le materie volatili del carbone, chiamate idrocarburi, come il metano delle paludi, la pece, il catrame, la nafta, vengono separati dal carbone e rilasciati in forma gassosa. Questi gas si combinano quindi con l'ossigeno dell'aria che viene fornita attraverso il letto del carbone caldo del forno della caldaia a vapore.
Dopo che gli idrocarburi sono stati estratti dal carbone, il carbonio solido si unisce all'ossigeno dell'aria e forma monossido e biossido di carbonio. Le sostanze non combustibili del carbone cadono attraverso la grata nella fossa sottostante il forno della caldaia sotto forma di cenere.
Per il processo di combustione, deve essere fornita aria sufficiente nel forno.
Generalmente, circa 12 libbre di aria sono necessarie per completare la combustione di una libbra di carbone. Ma in pratica, due o più volte questa quantità di aria viene fornita nel forno con spinta forzata, poiché le condizioni ideali di combustione non possono essere raggiunte praticamente. È sempre molto difficile fornire aria uniformemente a tutte le parti del forno della caldaia a vapore.
D'altra parte, non dovrebbe essere fornita troppa aria al forno. Se l'aria viene fornita ad un tasso molto superiore a quello specificato, potrebbe esserci la possibilità di soffiare via i gas idrocarburici prima che il processo di combustione sia completato. Quindi, l'aria dovrebbe essere fornita al forno ad un tasso alto ma controllato.
Il principale disegno e funzionamento del forno della caldaia mirano a ottenere la combustione con minimo fumo. La combustione senza fumo è preferita principalmente per due motivi,
Il fumo è la principale causa dell'inquinamento atmosferico.
Il fumo è un segno di combustione incompleta. I gas visibili non bruciati appaiono sotto forma di fumo.
Il principio della combustione completa è piuttosto semplice, ma non è sempre possibile realizzarlo nel forno della caldaia a vapore. Introdurre il carbone nel forno della caldaia, alzare la temperatura al punto di accensione e fornire aria sufficiente per la combustione potrebbe non essere sufficiente per una combustione riuscita. C'è un altro fattore da tenere a mente durante la progettazione di un forno.
È altrettanto importante mescolare l'aria con i gas combustibili in modo completo e mantenere tale miscela a una temperatura sufficientemente alta durante il processo. Quando viene bruciato carbone bituminoso fresco sul letto del combustibile del forno della caldaia, i gas combustibili vengono rilasciati e una grande parte di essi rimane incombusta e viene portata nel camino se l'aria non viene mescolata correttamente con essi.
Sono stati sviluppati molti processi di miscelazione dell'aria per il forno della caldaia a vapore. Uno dei metodi popolari per il forno della caldaia è la fornitura di una camera di combustione rivestita di mattoni refrattari di dimensioni adeguate con opportune barriere per la corretta miscelazione dei gas con l'aria, l'introduzione di aria sufficientemente riscaldata nella combustione per consumare i gas combustibili prima che raggiungano la superficie di scambio termico della caldaia.
Per una combustione riuscita, un forno della caldaia ha alcune parti essenziali nella sua costruzione, come
Una grata per supportare il combustibile (carbone).
Camera di combustione – dove avviene la combustione Mezzi per fornire aria fresca.
Una fossa della cenere per raccogliere e catturare i rifiuti del combustibile durante la combustione.
Una grata del forno è fornita in un forno della caldaia a vapore per supportare il combustibile solido nel forno. La grata è progettata in modo da permettere anche l'ammissione di aria nel combustibile solido per la combustione.
Le aperture della grata non devono essere così grandi da permettere ai particolari di combustibile non bruciato di cadere attraverso e, d'altra parte, queste aperture non devono essere così strette da ostruire una quantità sufficiente di aria per passare attraverso il combustibile.
Il camino della caldaia è il luogo proprio sopra la grata e la camera di combustione è l'estensione di questo dove avviene la combustione degli idrocarburi volatili. Il calore prodotto dalla combustione viene assorbito dalla superficie della caldaia a vapore in cima alla camera di combustione. Diverse pareti in mattoni refrattari e barriere sono fornite nella camera di combustione per una corretta miscelazione dell'aria con i gas combustibili.
La fossa della cenere della caldaia a vapore è una camera fornita sotto la grata per catturare i rifiuti (cenere) dal fuoco sopra. La fossa della cenere funge anche da camera di fornitura di aria attraverso la grata. Deve esserci un'altezza sufficiente tra il pavimento inferiore della fossa della cenere e la grata per dare spazio a sufficienza di aria. Nella pratica comune, il pavimento della fossa viene inclinato verso il fronte, per facilitare la rimozione delle ceneri.
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