연소는 산소와 연료의 다양한 원소가 결합하는 화학적 과정입니다. 이 결합 과정에서 산소와 결합하는 원소에 따라 단위 질량당 일정량의 열이 생성됩니다. 연소 과정에 참여하는 원소는 산소, 수소, 탄소 및 유황입니다.
연료(석탄)에는 철, 실리콘 등 연소 과정에 참여하는 다양한 다른 원소들이 포함되어 있습니다. 이러한 원소들은 일반적으로 소량 존재하며 연료의 불순물로 분류됩니다. 이러한 불순물은 석탄의 연소 과정에서 특정 폐기물을 생성하고, 연소 후 증기 보일러 가마의 재함에 저장되는 형태의 재로 남습니다. 석탄을 포함한 연료의 연소는 세 단계를 거쳐 완성됩니다.
연료의 온도를 점화점까지 높이기 위한 열 흡수.
휘발성 가스의 증류 및 연소.
고정 탄소의 연소.
석탄이 분쇄된 형태로 보일러 가마에 공급될 때, 석탄의 온도는 먼저 점화점까지 상승합니다. 석탄의 휘발성 물질인 메탄, 타르, 피치, 낫파 등의 하이드로카본이 석탄으로부터 분리되어 기체 형태로 배출됩니다. 이러한 기체는 증기 보일러 가마의 뜨거운 연료층을 통해 공급되는 공기의 산소와 결합합니다.
하이드로카본이 석탄에서 배출된 후, 고체 탄소는 공기의 산소와 결합하여 일산화탄소와 이산화탄소를 형성합니다. 석탄 중 연소되지 않는 물질은 보일러 가마 아래의 재함으로 떨어져 재로 남습니다. 연소 과정을 위해서는 가마에 충분한 공기가 공급되어야 합니다.
일반적으로 석탄 1파운드를 완전히 연소시키려면 대략 12파운드의 공기가 필요하지만, 실제에서는 이상적인 연소 조건을 달성하기 어렵기 때문에 이 양의 두 배나 그 이상의 공기가 강제 통풍을 통해 가마에 공급됩니다. 증기 보일러 가마의 모든 부분에 공기를 균등하게 공급하는 것은 항상 매우 어려운 작업입니다.
반면에 너무 많은 공기를 가마에 공급해서는 안 됩니다. 지정된 비율보다 훨씬 높은 속도로 공기를 공급하면 연소 과정이 완료되기 전에 하이드로카본 기체가 날아갈 수 있습니다. 따라서 공기는 높지만 제어된 비율로 가마에 공급되어야 합니다.
보일러 가마의 주요 설계 및 운영 목표는 최소한의 연기를 발생시키는 연소입니다. 연기 없는 연소는 주로 다음과 같은 두 가지 이유로 선호됩니다,
연기는 대기 오염의 주요 원인입니다.
연기는 불완전 연소의 징후입니다. 연소되지 않은 가시적인 가스가 연기 형태로 나타납니다.
완전 연소의 원리는 매우 간단하지만, 증기 보일러 가마에서 항상 수행하기는 쉽지 않습니다. 석탄을 보일러 가마에 도입하고, 온도를 점화점까지 상승시키고, 연소를 위한 충분한 공기를 공급하는 것만으로 성공적인 연소를 달성하기는 충분하지 않습니다. 가마 설계 시 고려해야 할 또 다른 요소가 있습니다.
연소 가능한 가스와 공기를 철저히 혼합하고, 이 과정 동안 충분히 높은 온도를 유지하는 것이 중요합니다. 신선한 비트루미노스 석탄이 보일러 가마의 연료층에 불탔을 때, 연소 가능한 가스가 분리되고, 공기가 적절히 혼합되지 않으면 대부분의 가스가 연소되지 않고 굴뚝으로 배출됩니다.
증기 보일러 가마를 위한 다양한 공기 혼합 방법이 개발되었습니다. 보일러 가마의 인기 있는 방법 중 하나는 적절한 크기의 방화벽으로 덮인 연소실을 제공하고, 공기와 가스를 적절히 혼합할 수 있는 장치를 설치하며, 보일러의 가열 표면에 도달하기 전에 연소 가능한 가스를 소비하기 위해 충분히 가열된 공기를 도입하는 것입니다.
성공적인 연소를 위해 보일러 가마는 다음과 같은 필수 구성 요소를 가지고 있습니다:
연료(석탄)를 지지하는 격자.
연소가 이루어지는 연소실 - 신선한 공기를 공급하는 수단.
연소 중에 연료로부터 발생하는 폐기물을 수집하고 잡아내는 재함.
증기 보일러 가마에는 연료를 지지하고 연소를 위한 공기를 공급할 수 있도록 설계된 격자가 설치되어 있습니다.
격자의 구멍은 연소되지 않은 연료 파편이 떨어지지 않도록 너무 크게 되어서는 안 되며, 동시에 충분한 공기가 연료를 통과하도록 너무 좁아서도 안 됩니다.
화실은 격자 바로 위의 공간이며, 연소실은 여기에서 연속되며, 여기서 휘발성 하이드로카본의 연소가 이루어집니다. 연소로 발생한 열은 연소실 상부의 증기 보일러 표면에 흡수됩니다. 연소실 내부에는 다양한 방화벽과 벽돌이 설치되어 있어 공기와 연소 가능한 가스가 적절히 혼합되도록 합니다.
재함은 증기 보일러 가마의 격자 아래에 위치하며, 위의 화실에서 발생하는 재를 받는 공간입니다. 재함은 또한 격자를 통해 공기를 공급하는 역할을 합니다. 재함 바닥과 격자 사이에는 충분한 공기 공간을 확보하기 위해 충분한 높이가 있어야 합니다. 일반적으로 재의 제거를 용이하게 하기 위해 재함 바닥을 앞쪽으로 경사지게 합니다.
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