Põlemisprotsesside üldised omadused. Suur nafta ja gaasi entsüklopeedia

Põlemine on kütuse ja oksüdeerija interaktsiooni protsess, millega kaasneb soojuse ja mõnikord ka valguse eraldumine. Valdaval enamikul juhtudest mängib oksüdeeriva aine rolli atmosfääri hapnik. Igasugune põlemine eeldab eelkõige tihedat kontakti kütuse ja oksüdeerija molekulide vahel. Seetõttu on põlemise tekkimiseks vaja tagada see kontakt, see tähendab, et on vaja kütust õhuga segada. Järelikult koosneb põlemisprotsess kahest etapist: 1) kütuse segamine õhuga; 2) kütuse põlemine... Teise etapi jooksul toimub esimene süttimine ja seejärel kütuse põlemine,

Põlemisprotsessis moodustub leek, milles toimuvad kütuse komponentide põlemisreaktsioonid ja eraldub soojus.Tehnoloogias kasutatakse gaasiliste, vedelate ja tahkete pulbriliste kütuste põletamisel niinimetatud põletusmeetodit. Põleti on leegi erijuhtum, kui kütus ja õhk sisenevad ahju tööruumi joadena, mis järk -järgult omavahel segunevad. Seetõttu on tõrviku kuju ja pikkus tavaliselt üsna kindlad.

Metallurgia ja masinaehitusseadmete kütuse põletamisel kõige tavalisema protsessi aerodünaamilise aluse moodustavad reaktiivvoolud, mille uurimine põhineb vaba turbulentsi teooria sätete rakendamisel erinevatel juhtudel. Kuna põletuste põletamise ajal võib joa liikumine olla laminaarne ja turbulentne, mängib segamisprotsessides olulist rolli molekulaarne ja turbulentne difusioon. Praktikas kasutatakse kütusepõletusseadmete (põletid, pihustid) loomisel erinevaid projekteerimismeetodeid (suunatakse joad üksteise suhtes nurga alla, tekitatakse düüside keerdumine jne), et korraldada segamist vastavalt vajadusele. kütuse põlemisel.

Eristage homogeenset ja heterogeenset põlemist. Homogeense põlemise korral toimub soojus- ja massiülekanne samas agregaatolekus olevate kehade vahel. Homogeenne põlemine toimub mahu järgi ja on iseloomulik gaaskütustele.

Heterogeense põlemise korral toimub soojus- ja massiülekanne erinevates agregaatolekutes olevate kehade vahel (gaas ja kütuseosakeste pind on vahetusolekus). Selline põlemine on iseloomulik vedel- ja tahkekütustele. Tõsi, vedelate ja tahkete kütuste põlemisel on piiskade aurustumise ja lenduvate ainete eraldumise tõttu homogeense põlemise elemente. Heterogeenses protsessis toimub põlemine aga peamiselt pinnalt.

Homogeenne põlemine võib toimuda kineetilistes ja difusioonipiirkondades.

Kineetilisel põletamisel viiakse kütuse täielik segamine õhuga eelnevalt läbi ja põlemistsooni juhitakse eelnevalt valmistatud kütuse-õhu segu. Sel juhul on peamine roll keemilised protsessid seotud kütuse oksüdatsioonireaktsioonide esinemisega. Difusiooni homogeensel põlemisel ei ole segunemis- ja põlemisprotsessid eraldatud ja toimuvad peaaegu samaaegselt. Sel juhul määratakse põlemisprotsess segamise teel, kuna segamisaeg on palju pikem kui keemilise reaktsiooni toimumiseks vajalik aeg. Seega on põlemisprotsessi koguaeg segu moodustumise aja (τ cm) ja tegeliku keemilise reaktsiooni aja (τ x) summa, s.t.

Kineetilise põlemise korral, kui segu on eelnevalt ette valmistatud

Difusioonpõlemisel on vastupidi segunemisaeg mõõtmatult pikem kui keemilise reaktsiooni aeg

Heterogeense põlemisega tahke kütus eristada ka kineetilisi ja difusioonireaktsiooni piirkondi. Kineetiline piirkond tekib siis, kui difusiooni kiirus kütuse poorides ületab oluliselt keemilise reaktsiooni kiirust; difusioonipiirkond tekib siis, kui hajumis- ja põlemiskiiruste suhe on pöördvõrdeline.

Gaasipõletite abil teostatava segu moodustamise seisukohast saab kütuse põlemise õhuvoolus korraldada kolme põhimõtte alusel: difusioon, kineetiline ja segatud.

Leek tekib

Leek võib süttida (kütuse süttimine) alles pärast kütuse ja oksüdeerija molekulide vajaliku kokkupuute saavutamist. Igasugune oksüdatsioonireaktsioon toimub soojuse eraldumisel. Esialgu kulgeb oksüdatsioonireaktsioon aeglaselt, eraldades väikese koguse soojust. Kuid eralduv soojus tõstab temperatuuri ja kiirendab reaktsiooni, mis omakorda toob kaasa soojema soojuse vabanemise, mis omakorda avaldab positiivset mõju reaktsiooni arengule. Seega suureneb reaktsioonikiirus järk -järgult kuni süttimismomendini, misjärel reaktsioon kulgeb väga suure kiirusega ja sellel on laviin. Oksüdeerimisreaktsioonides on keemilise reaktsiooni mehhanism ja oksüdatsiooniprotsessi soojusomadused üksteisega lahutamatult seotud. Peamine tegur on keemiline reaktsioon ja sekundaarne tegur on soojuse teke. Mõlemad nähtused on omavahel tihedalt seotud ja mõjutavad üksteist.

On kindlaks tehtud, et süttimine on võimalik nii isotermilistes tingimustes kui ka temperatuuri tõustes. Esimesel juhul toimub nn ahelasüttimine, mille puhul reaktsioonikiirus suureneb ainult keemilise koostoime tagajärjel tekkivate aktiivsete keskuste arvu suurenemise tagajärjel. Kõige sagedamini süttib see mitteisotermilistes tingimustes, kui aktiivsete keskuste arv suureneb nii keemilise koostoime kui ka termilise toime tagajärjel. V praktilised tingimused kasutavad tavaliselt kütuse kunstlikku süttimist, viies selle põlemistsooni teatud summa kuumus, mis viib süüte jõudmise hetke järsu kiirenemiseni.

Süttimistemperatuur ei ole füüsikalis -keemiline konstant, mille määravad ainult segu omadused; selle määravad protsessi tingimused, see tähendab soojusvahetuse olemus keskkonnaga (temperatuur, anuma kuju jne).

Tabelis 5 on näidatud erinevate kütuste süttimistemperatuurid.

Tabel. 5 - Süttimistemperatuur õhus atmosfääris

sfääriline rõhk.

Peale temperatuuri, suur mõju kütuse süttimisprotsessi mõjutab põleva komponendi kontsentratsioon segus. Põlevkomponendi minimaalsed ja maksimaalsed kontsentratsioonid on madalamad ja kõrgemad, millest madalamal ja kõrgemal ei saa tekkida süütamist. Neid kontsentratsioonipiire nimetatakse alam- ja ülemiste tuleohtlike kontsentratsioonide piirväärtusteks; nende väärtused mõnedele gaasidele on toodud tabelis 6.

Tabel 6 - Tuleohtlikkuse piirid õhu ja hapniku segudes atmosfääri rõhk ja temperatuur 20 ° C

Tööstusgaaside, mis on erinevate põlevate komponentide segu, süttimispiiride määramiseks kasutage Le Chatelieri reeglit, mille kohaselt

Peamised põlemistingimused on: põleva aine olemasolu, oksüdeerija sisenemine tsooni keemilised reaktsioonid ja põlemise säilitamiseks vajaliku soojuse pidev eraldumine.

Põlemistsoon

Kuumast mõjutatud tsoon

suitsuala põlemispiirkonnaga külgnevas ruumis on inimestel võimatu ilma hingamiskaitseta kohale jõuda

A - esialgne etapp tulekahju - alates kontrollimatu kohaliku põlemisallika tekkimisest kuni ruumi täieliku katmiseni leegiga. Keskmine toatemperatuur on madal, kuid kohalik temperatuur põlemistsoonis ja selle ümbruses võib ulatuda märkimisväärsele tasemele.

(

C - tulekahju lagunemise etapp - Põlemisprotsesside intensiivsus ruumides hakkab vähenema ruumi põlevate materjalide suurema osa tarbimise või tulekustutusainete mõju tõttu.

6. Tulekahju võimalikku arengut iseloomustavad tegurid (loetlege ja selgitage). Tulekahju tsoonid ja etapid. Tulekahju arengu etapid, nende omadused.

Põlemistsoon osa ruumist, kus toimub keemilise lagunemise ja aurustumise protsess

Kuumast mõjutatud tsoon m / d pinna ja leegi, m / d tarastatud konstruktsiooni ja põleva materjali enda vahel toimub soojusvahetus

Suitsuala põlemispiirkonnaga külgnevas ruumis on inimestel võimatu ilma hingamiskaitseta kohale jõuda

Tulekahju tekkimise protsessis eristatakse 3 etappi:

A - esialgne etapp tuld- alates kontrollimatu kohaliku põlemisallika tekkimisest kuni ruumi täieliku katmiseni leegiga. Keskmine toatemperatuur on madal, kuid kohalik temperatuur põlemistsoonis ja selle ümbruses võib ulatuda märkimisväärsele tasemele.

B - tulekahju täieliku arengu etapp ( või põles hoone täielikult.) Kõik põlevad materjalid ja materjalid ruumis põlevad. Põlevate objektide soojuse eraldumise intensiivsus jõuab maksimumini, mis toob kaasa kiire temperatuuri tõusu ruumis maksimaalseks (kuni 1100C)

C - tulekahju lagunemise etapp - põlemisprotsesside intensiivsus ruumides hakkab vähenema ruumi põlevate materjalide suurema osa tarbimise või tulekustutusainetega kokkupuutumise tõttu.

7. Ainete ja materjalide tule- ja plahvatusohu indikaatorid (loetlege peamised, määratlege, iseloomustage nende rakendatavust olenevalt agregatsiooni olekust).

ainete ja materjalide tule- ja plahvatusohu indikaatorid - ainete (materjalide) omaduste kogum, mis iseloomustab nende võimet käivitada ja levitada põlemist. Eristada agregeerimisoleku järgi:

gaasid - ained, mille küllastunud aururõhk temperatuuril 25 ° C ja rõhul 101,3 kPa ületab 101,3 kPa;

vedelikud - ained, mille küllastunud aururõhk temperatuuril 25 ° C ja rõhul 101,3 kPa on alla 101,3 kPa; vedelike hulka kuuluvad ka tahked sulamisained, mille sulamistemperatuur või kukkumistemperatuur on alla 50 ° C;

tahked ained (materjalid) - üksikud ained ja nende segud, mille sulamis- või kukkumistemperatuur on üle 50 ° C, samuti ained, millel pole sulamistemperatuuri (nt puit, kangad jne);

tolmuga hajutatud tahked ained (materjalid), mille osakeste suurus on alla 850 mikroni.

8. Määratlege ja selgitage järgmisi mõisteid: tuleohtlikkus; tulekahju; mittesüttivad materjalid; raskesti süttivad materjalid; põlevad materjalid. Loetlege peamised meetodid tahkete materjalide süttivuse määramiseks (ilma nende olemuse üksikasjaliku selgituseta).

Süttivus - sisse- ja materjalide võime süttida.

Põlemine - põlemise algus süüteallika mõjul.

Põlemise algus - jagunemise algus. kuumus järves, millega kaasneb luminestsents jne.

Kalduvus ülevale.- materjalide võime ise transportida, süttida / hõõguda erinevatel põhjustel.

Põlevuse osas on saared ja materjalid jagatud 3 rühma:

mittesüttiv (mittesüttiv)- tule mõjul / kõrge. ei tohi süttida, mitte suitseda ega söestuda (ehituses kasutatavad looduslikud ja kunstlikud orgaanilised materjalid), mass / maht ja materjalid, mis ei ole võimelised õhus põlema. Mittesüttivad materjalid m / b õhutõrje (nt oksiidid või mass / mass, mis eraldavad põlevaid tooteid vee, hapniku, õhu jne mõjutamisel);

raskesti süttiv (kergesti süttiv)- tule mõjul / kõrge. t o vaevalt süttib, hõõgub ja süttib ning jätkab põlemist / põlemist ainult süttimisallika juuresolekul (põlevad ja mittesüttivad kütused ja materjalid: polümeermaterjalid);

põlev (põlev)-süttima, hõõguma ja jätkama põlemist pärast süüteallika eemaldamist (kõik orgaanilised materjalid, mis ei vasta mittesüttivate ja raskesti põlevate materjalide nõuetele); Materjalide rühma määramisel kalorimeetria meetodil üldreeglina. pok-l süttivus, s.t. rel-e proovi põlemisel vabaneva soojushulga ja süüteallika poolt eraldatava soojushulga vahel. Nesgor. m., kassi juures. k0,1, raske mägi. m kuni = 0,1-0,5, põlemine. m kuni = 2,1.

Rakendatakse koos klassifikaatoriga. sisse- ja põlevusmaterjalid; õhuruumi ja tarkvara ruumide kategooria määramisel vastavalt tehnoloogi normide nõuetele. disain; ohutuse tagamise meetmete väljatöötamisel.

Põlemisetapile eelneb kütmise süütamise etapp, mis on seotud selle kuumutamisega. See etapp ei vaja hapnikku ja selle käigus on kütus ise soojuse tarbija. Mida kiiremini kütusetemperatuur tõuseb, seda intensiivsemalt süttib. Ilmselgelt on süüdamist viivitavad tegurid: kõrge kütuse niiskus, kõrge süütetemperatuur, väike soojust neelav kütusepind, madal kütuse algtemperatuur ja kuumutamata õhu juurdevool ahju.

Põlemisetapp on peamine õhu tarbija. Selles etapis vabaneb suurem osa kütusesoojusest ja arenevad kõrgeimad temperatuurid. Mida rohkem lenduvaid aineid kütus eraldab, seda intensiivsem on põlemine ja seda kontsentreeritum peab olema õhk. Põlemisjärgne etapp nõuab veidi õhku; vastavalt sellele tekib siin vähe soojust.

Vesiniku põletamise etapp on tähe elus pikim. Põhijada, kus vesinik põleb, footonite heledus on reeglina väiksem kui järgnevatel arenguetappidel ja nende neutriinoheledus on palju väiksem, kuna keskmised temperatuurid ei ületa - 4 107 K Seetõttu on põhijärjestuse tähed galaktikas ja kogu universumis kõige levinumad tähed (vt ptk.

Vesiniku põletamise etapp tuumas võtab suurema osa tähe elust ja tähed, mille mass on päikese suurusjärgus, jäävad põhijada umbes 1010 aastaks. 20 MQ massiga tähtede vastav etapp kestab vaid 106 aastat, samas kui tähed massiga 0 ЗМ0 peaksid selles staadiumis veetma 3 1011 aastat, mis on 30 korda galaktika vanus.

Gaaskütuste ja koksi põlemisetapiga kaasneb soojuse eraldumine, mis suurendab koksi oksüdatsioonireaktsioonide kiirendamiseks vajalikke temperatuure.

Põlemisetapis tarbitakse suurem osa õhust ja eraldub suurem osa kütuse soojusest. Protsessi selles etapis saavutavad temperatuurid kõrgeimad väärtused... Lenduvate ainete kiireim põlemine nõuab seetõttu kontsentreeritud õhu juurdevoolu ja suurt tähelepanu segu kiire ja täieliku moodustumise tagamisele.

Põlemisetapp hõlmab lenduvate ainete, koksi põletamist temperatuuril üle 1000 C, millega kaasneb enamiku vajaliku õhu tarbimine ja põhilise soojuskoguse eraldumine. Põlemisetappi iseloomustab kõrgeim temperatuur. Lenduvate ainete põlemine toimub kiiresti, seetõttu on äärmiselt oluline tarnida piisava koguse õhku kontsentreeritud viisil segu täieliku moodustumise tingimustes. Koks põleb aeglasemalt ja süsiniku reaktsioon hapnikuga toimub koksiosakeste pinnal. Mida peenemaks purustatud kütus, seda suurem on koksipõletus. Tahkekütuse põletamise viimane etapp on järelpõlemine, mis nõuab vähem õhku ja millega kaasneb vähem soojust. Selle etapi väljatöötamine viibib koksiosakeste tuhaga ümbritsemise tõttu, mis takistab õhu juurdepääsu neile, eriti madala sulamistuhuga kütuste puhul.

Teiseks osutub koksijääkide põlemisetapp kõigist etappidest kõige pikemaks ja võib võtta kuni 90% kogu põlemiseks vajalikust ajast.

Eespool käsitletud vedelkütuse põletamise etapid - pihustatud kütuseosakeste kuumutamine, aurustamine ja pürogeneetiline lagunemine kulgevad sageli ebapiisavalt tõhusalt; pealegi on need ebapiisavalt juhitavad, mistõttu tekkisid põletiotsakud koos vedelkütuse eelneva gaasistamisega.

Põlemisetapi alguses, vahetult pärast kütuse süttimise hetke, pole temperatuur veel väga kõrge. Sellest tulenevalt on ka põlemiskiirus madal. Seetõttu on kütuse kiire süttimine ja protsessi temperatuuri kiire tõus väga olulised. Lisaks on põlemisetapi põhiosas katlaahjude temperatuuritase juba üsna kõrge. Vastavalt on ka süsiniku ja hapniku reageerimise kiirus koksiosakeste pinnal kõrge. Seetõttu piiravad koksipõlemise kiirust koksipõletusetapi põhiosas mitte see tegur, vaid põlevate osakeste hapnikuga varustamise difusiooniprotsessid, mis kulgevad suhteliselt aeglasemalt. Kell õige korraldus Põlemisetapi algfaasis on need protsessid enamikul juhtudel peamine tegur, mis reguleerib koksi põletamise intensiivsust katlaahjudes.

Kütuse põletamine on põlevate komponentide oksüdeerumisprotsess, mis toimub kõrgel temperatuuril ja millega kaasneb soojuse eraldumine. Põlemise olemuse määravad paljud tegurid, sealhulgas põlemismeetod, ahju konstruktsioon, hapniku kontsentratsioon jne. Kuid voolutingimused, kestus ja lõpptulemused põlemisprotsessid sõltuvad suuresti kütuse koostisest, füüsikalistest ja keemilistest omadustest.

Kütuse koostis

Tahkete kütuste hulka kuuluvad kivisüsi ja pruunsüsi, turvas, põlevkivi ja puit. Seda tüüpi kütused on keerulised orgaanilised ühendid, mis koosnevad peamiselt viiest elemendist - süsinik C, vesinik H, hapnik O, väävel S ja lämmastik N. Kütus sisaldab ka niiskust ja mittesüttivat ainet mineraalid mis pärast põlemist moodustavad tuhka. Niiskus ja tuhk on kütuse välimine liiteseade, hapnik ja lämmastik aga sisemine.

Põleva osa põhielement on süsinik, see määrab suurima soojushulga eraldumise. Kuid mida suurem on süsiniku osakaal tahkes kütuses, seda raskem on seda süttida. Põlemisel eraldab vesinik 4,4 korda rohkem soojust kui süsinik, kuid selle osa tahke kütuse koostises on väike. Hapnik, mis ei ole soojust tekitav element ja seob vesinikku ja süsinikku, vähendab põlemissoojust, seega on see ebasoovitav element. Selle sisaldus on eriti suur turvas ja puidus. Tahkekütuste lämmastiku kogus on väike, kuid see on võimeline moodustama keskkonnale ja inimestele kahjulikke oksiide. Väävel on ka kahjulik lisand, see eraldab vähe soojust, kuid tekkivad oksiidid põhjustavad katelde metalli korrosiooni ja atmosfääri saastumist.

Kütuse spetsifikatsioonid ja nende mõju põlemisprotsessile

Kõige tähtsam tehnilised omadused kütused on: põlemissoojus, lenduvate ainete saagis, mittelenduvate jääkide (koks) omadused, tuhasisaldus ja niiskusesisaldus.

Kütuse põlemissoojus

Kütteväärtus on soojushulk, mis eraldub massiühiku (kJ / kg) või kütuse mahu (kJ / m3) täieliku põlemise ajal. Eristada kõrgemat ja madalamat põlemissoojust. Kõrgeim hõlmab põlemisproduktides sisalduvate aurude kondenseerumisel eralduvat soojust. Kütuse põletamisel katlaahjudes on heitgaaside temperatuur, mille juures niiskus on aurus. Seetõttu kasutatakse sel juhul madalamat põlemissoojust, mis ei võta arvesse veeauru kondenseerumise soojust.

Kõigi teadaolevate kivisöelademete koostis ja kütteväärtus on kindlaks määratud ja esitatud arvutatud omadustes.

Lenduvate ainete eraldumine

Tahkekütuse kuumutamisel ilma õhu juurdepääsuta mõju all kõrge temperatuur esiteks eraldub veeaur ja seejärel toimub molekulide termiline lagunemine gaasiliste ainete, mida nimetatakse lenduvateks aineteks, vabanemisel.

Lenduvate ainete eraldumine võib toimuda temperatuurivahemikus 160–1100 ° C, kuid keskmiselt - temperatuurivahemikus 400–800 ° C. Lenduvate ainete eraldumise alguse temperatuur, gaasiliste toodete kogus ja koostis sõltuvad kütuse keemilisest koostisest. Mida keemiliselt vanem kütus, seda väiksem on lenduvate ainete eraldumine ja kõrgem temperatuur, mille juures neid vabastama hakatakse.

Lenduvad osakesed süttivad varem ja mõjutavad oluliselt kütuse põlemist. Kütused noorelt - turvas, pruunsüsi - süttivad kergesti, põlevad kiiresti ja peaaegu täielikult. Seevastu madala lenduvusastmega kütuseid, näiteks antratsiiti, on raskem süttida, need põlevad palju aeglasemalt ja ei põle täielikult (suurenenud soojuskadudega).

Mittelenduvate jääkide (koks) omadused

Kütuse tahket osa, mis jääb alles pärast lenduvate ainete eraldumist, mis koosneb peamiselt süsinikust ja mineraalsest osast, nimetatakse koksiks. Koksi jäägid võivad sõltuvalt põlevasse massi kuuluvate orgaaniliste ühendite omadustest olla paakunud, nõrgalt paakunud (kokkupuutel hävitatud), pulbrilised. Antratsiit, turvas, pruunsüsi annavad pulbrilise mittelenduva jäägi. Enamik bituumensütt on paagutatud, kuid mitte alati tugevalt. Kleepuv või pulbriline mittelenduv jääk annab söe, mille lenduvate ainete saagis on väga kõrge (42–45%) ja väga madal (alla 17%).

Koksi jääkide struktuur on oluline söe põletamisel rest -ahjudes. Süütamisel elektrikatlad koksi omadused pole eriti olulised.

Tuha sisaldus

Tahke kütus sisaldab suurim arv mittesüttivad mineraalsed lisandid. Need on peamiselt savi, silikaadid, raudpüriit, aga ka raudoksiid, sulfaadid, raua karbonaadid ja silikaadid, oksiidid mitmesugused metallid, kloriidid, leelised jne. Enamik neist langeb kaevandamise käigus kivimite kujul, mille vahel asuvad söeõmblused, kuid leidub ka mineraalaineid, mis on kivisöe tekitajatest kütusesse sattunud või selle algse massi teisendamise käigus.

Kütuse põletamisel läbivad mineraalsed lisandid rea reaktsioone, mille tulemusena moodustub tahke mittesüttiv jääk, mida nimetatakse tuhaks. Tuha mass ja koostis ei ole identsed kütuse mineraalsete lisandite massi ja koostisega.

Tuha omadused mängivad olulist rolli katla ja ahju töö korraldamisel. Selle osakesed, mida põlemisproduktid ära viivad, hõõruvad suurel kiirusel küttepindu ja madalal kiirusel ladestuvad need, mis põhjustab soojusülekande halvenemist. Ash viidi minema korsten, mis võib kahjustada keskkonda, selle vältimiseks on vaja paigaldada tuhakogujad.

Tuha oluline omadus on selle sulamine; need eristavad tulekindlat (üle 1425 ° C), keskmise sulamistemperatuuriga (1200–1425 ° C) ja madala sulamistemperatuuriga (alla 1200 ° C) tuhka. Tuhka, mis on sulamistapi läbinud ja muutunud paagutatud või sulatatud massiks, nimetatakse räbuks. Tuha sulamist iseloomustaval temperatuuril on suur tähtsus ahju ja katla pindade usaldusväärse töö tagamiseks, õige valik gaaside temperatuur nende pindade lähedal kõrvaldab räbu.

Niiskus on kütuse ebasoovitav komponent, see on koos mineraalsete lisanditega ballast ja vähendab põleva osa sisaldust. Lisaks vähendab see soojusväärtust, kuna selle aurustamiseks on vaja lisaenergiat.

Kütuse niiskus võib olla nii sees kui väljas. Väline niiskus sisaldub kapillaarides või jääb pinnale kinni. Keemilise vanusega väheneb kapillaarniiskuse hulk. Mida väiksemad on kütusetükid, seda suurem on pinna niiskus. Sisemine niiskus siseneb orgaanilistesse ainetesse.

Kütuse põletamise meetodid sõltuvalt ahju tüübist

Põletusseadmete peamised tüübid:

• kihiline,
• kamber.

Kihiahjud on ette nähtud tükilise tahke kütuse põletamiseks. Need võivad olla tihedad ja vedeldatud. Tihedas kihis põlemisel läbib põlemisõhk kihti, mõjutamata selle stabiilsust, see tähendab, et põlevate osakeste raskusaste ületab õhu dünaamilist rõhku. Keevkihis põletamisel tõttu suurenenud kiirusõhuosakesed lähevad "keemise" olekusse. Sellisel juhul toimub oksüdeerija ja kütuse aktiivne segunemine, mille tõttu kütuse põlemine intensiivistub.

Kaminahjudes põletatakse tahket pulbrilist kütust, samuti vedelaid ja gaasilisi kütuseid. Kambriahjud jagunevad tsüklonilisteks ja põletuslikeks. Põletamise ajal ei tohiks söeosakesed olla üle 100 mikroni, need põlevad põlemiskambri ruumalas. Tsükloniline põlemine võimaldab suurem suurus osakesed, tsentrifugaaljõudude mõjul visatakse need ahju seintele ja põlevad kõrge temperatuuriga tsoonis keerlevas voolus täielikult läbi.

Kütuse põletamine. Protsessi peamised etapid

Tahkekütuse põletamise protsessis saab eristada teatud etappe: niiskuse kuumutamine ja aurustamine, lenduvate ainete sublimatsioon ja koksijääkide moodustumine, lenduvate ja koksi põletamine ning räbu tekkimine. See põlemisprotsessi jaotus on suhteliselt meelevaldne, sest kuigi need etapid kulgevad järjestikku, kattuvad need osaliselt. Niisiis, lenduvate ainete sublimatsioon algab enne kogu niiskuse lõplikku aurustumist, lenduvate ainete moodustumine toimub samaaegselt nende põlemisprotsessiga, nii nagu koksijääkide oksüdeerumine algab enne lenduvate ainete põlemise lõppu ja koksi järelpõletamine võib jätkuda ka pärast räbu tekkimist.

Põlemisprotsessi iga etapi vooluaja määravad suuresti kütuse omadused. Koksi põlemisetapp kestab kõige kauem isegi kõrge lenduva saagisega kütuste puhul. Erinevad töötegurid ja disainifunktsioonid ahjud.

1. Kütuse ettevalmistamine enne süütamist

Ahju sisenev kütus kuumutatakse, mille tagajärjel see niiskuse juuresolekul aurustub ja kütus kuivab. Kuumutamiseks ja kuivatamiseks kuluv aeg sõltub niiskuse kogusest ja temperatuurist, millega kütust põletusseadmesse tarnitakse. Suure niiskusesisaldusega kütuste (turvas, märg pruunsüsi) puhul on kütte- ja kuivatamisetapp suhteliselt pikk.

Kütust tarnitakse virnastatud ahjudesse ümbritseva õhu temperatuurile lähedasel temperatuuril. Ainult sees talveaeg söe külmutamise korral on selle temperatuur madalam kui katlaruumis. Põlemis- ja keeriseahjudes põletatakse kütust purustades ja jahvatades, kuivatades kuuma õhu või suitsugaasidega. Mida kõrgem on sissetuleva kütuse temperatuur, seda vähem aega ja soojust kulub selle soojendamiseks süütetemperatuurini.

Kütuse kuivatamine ahjus toimub kahe soojusallika tõttu: põlemisproduktide konvektiivne soojus ja põleti, voodri ja räbu kiirgussoojus.

Kaminahjudes toimub kuumutamine peamiselt esimese allika tõttu, see tähendab põlemisproduktide segamist kütusele selle sisenemiskohas. Seetõttu on üks olulisi nõudeid kütuse ahju juhtimise seadmete projekteerimisel põlemisproduktide intensiivse imemise tagamine. Kõrgem temperatuur kaminas aitab kaasa ka lühemale kuumutamisele ja kuivamisele. Sel eesmärgil tehakse kütuste põletamisel lenduvate ainete eraldumise algusega kõrgel temperatuuril (üle 400 ° C) süütevööd kaminahjudes, see tähendab, et kaitsetorud suletakse tulekindlate materjalidega soojusisolatsioonimaterjal nende termilise taju vähendamiseks.

Kütuse põletamisel voodis määratakse iga soojusallika tüübi roll ahju konstruktsiooni järgi. Ketirestidega ahjudes kuumutatakse ja kuivatatakse peamiselt põleti kiirgussoojusega. Ahjudes, millel on fikseeritud rest ja kütusevarustus ülalt, toimub kuumutamine ja kuivatamine põlemissaaduste tõttu, mis liiguvad läbi kihi alt üles.

Kuumutamisel temperatuuril üle 110 ° C algab kütuseid moodustavate orgaaniliste ainete termiline lagunemine. Kõige vähem tugevad ühendid on need, mis sisaldavad märkimisväärses koguses hapnikku. Need ühendid lagunevad suhteliselt madalatel temperatuuridel, moodustades lenduvaid aineid ja tahke jäägi, mis koosneb peamiselt süsinikust.

Noored poolt keemiline koostis palju hapnikku sisaldavatel kütustel on gaasiliste ainete eraldumise alguses madal temperatuur ja see annab neist suurema protsendi. Madala hapnikuühendite sisaldusega kütustel on madal lenduvus ja kõrgem leekpunkt.

Samuti mõjutab tahkete kütuste molekulide sisaldus, mis kuumutamisel kergesti lagunevad reaktiivsus mittelenduv jääk. Esiteks toimub põleva massi lagunemine peamiselt kütuse välispinnal. Edasisel kuumutamisel hakkavad kütuseosakeste sees toimuma pürogeneetilised reaktsioonid, rõhk neis tõuseb ja väliskest puruneb. Kõrge lenduvate ainete saagisega kütuste põletamisel muutub koksijääk poorseks ja selle pind on tiheda tahke jäägiga võrreldes suurem.

2. Gaasiliste ühendite ja koksi põlemisprotsess

Kütuse tegelik põlemine algab lenduvate ainete süttimisest. Kütuse valmistamise perioodil toimuvad gaasiliste ainete oksüdeerumise hargnenud ahelaga reaktsioonid, algul toimuvad need reaktsioonid madalal kiirusel. Vabanenud soojust tajuvad ahju pinnad ja see koguneb osaliselt liikuvate molekulide energia kujul. Viimane toob kaasa ahelreaktsioonide kiiruse suurenemise. Kell teatud temperatuur oksüdatsioonireaktsioonid kulgevad sellise kiirusega, et eralduv soojus katab täielikult soojusenergia neeldumise. See temperatuur on leekpunkt.

Süttimistemperatuur ei ole konstantne, see sõltub nii kütuse omadustest kui ka süütepiirkonna tingimustest, keskmiselt on see 400–600 ° C. Pärast gaasilise segu süttimist põhjustab oksüdatsioonireaktsioonide edasine isekiirendus temperatuuri tõusu. Põlemise säilitamiseks on vajalik pidev oksüdeerija ja põlevate ainete tarnimine.

Gaasiliste ainete süttimine viib koksiosakeste tulekahjuümbrikusse. Koksi põlemine algab siis, kui lenduvate ainete põlemine lõpeb. Tahke osake kuumeneb kõrgele temperatuurile ja lenduvate ainete koguse vähenedes väheneb piiripõletuskihi paksus, hapnik jõuab kuuma süsiniku pinnale.

Koksi põlemine algab temperatuuril 1000 ° C ja see on pikim protsess. Põhjus on selles, et esiteks väheneb hapniku kontsentratsioon ja teiseks kulgevad heterogeensed reaktsioonid aeglasemalt kui homogeensed. Selle tulemusena määratakse tahkekütuseosakeste põlemise kestus peamiselt koksijääkide põlemisaja järgi (umbes 2/3 kogu ajast). Kütuste puhul, mille lenduvate ainete saagis on suur, on tahke jääk väiksem kui ½ osakeste esialgsest massist, mistõttu nende põlemine toimub kiiresti ja põlemisvõimalus on väike. Keemiliselt vanadel kütustel on tihe osake, mille põlemine võtab peaaegu kogu ahjus veedetud aja.

Enamiku tahkekütuste koksijäägid koosnevad peamiselt ja mõnede liikide puhul täielikult süsinikust. Tahke süsiniku põlemine toimub süsinikmonooksiidi ja süsinikdioksiidi moodustumisel.

Optimaalsed tingimused soojuse hajumiseks

Loomine optimaalsed tingimused süsiniku põletamiseks - aluseks tahkekütuste põletamise tehnoloogilise meetodi korrektsele ehitamisele katlaüksustes. Järgmised tegurid võivad mõjutada kõrgeima soojuseralduse saavutamist ahjus: temperatuur, õhu liig, esmane ja sekundaarne segu moodustumine.

Temperatuur. Soojuse eraldumine kütuse põlemisel sõltub oluliselt temperatuuri režiim ahjud. Koos suhteliselt madalad temperatuurid põleti ainete mittetäielik põlemine toimub põleti südamikus, põlemisproduktidesse jääb süsinikmonooksiid, vesinik, süsivesinikud. Temperatuuril 1000–1800–2000 ° C on võimalik kütuse täielik põlemine.

Liigne õhk. Spetsiifiline soojusenergia saavutab maksimaalse väärtuse täieliku põlemise ja ühtse õhu suhtega. Liigse õhu suhte vähenemisega väheneb soojuse eraldumine, kuna hapniku puudus põhjustab vähem kütust oksüdeerumist. Temperatuur langeb, reaktsioonikiirused vähenevad, mis viib soojuse eraldumise järsu vähenemiseni.

Liigse õhu suhte suurenemine ühtsusest suurem vähendab soojuse teket isegi rohkem kui õhupuudus. Kütuse põletamise tegelikes tingimustes katlaahjudes ei saavutata soojuse eraldumise piirväärtusi, kuna põlemine on mittetäielik. See sõltub suuresti sellest, kuidas segu moodustamise protsessid on korraldatud.

Segamisprotsessid. Kambriahjudes saavutatakse esmane segamine kütuse kuivatamise ja segamisega õhuga, osa õhu (esmase) tarnimisega ettevalmistustsooni, luues laia pinnaga ja kõrge turbulassiga laia avatud põleti, kasutades kuumutatud õhku.

Kihilise ahju puhul on esmane segamisülesanne vajaliku koguse õhu juurdevool erinevad tsoonid põleb restil.

Mittetäieliku põlemise ja koksi gaasiliste saaduste järelpõlemise tagamiseks korraldatakse sekundaarse segu moodustamise protsessid. Neid protsesse hõlbustab: sekundaarse õhu juurdevool suurel kiirusel, sellise aerodünaamika loomine, mille korral saavutatakse kogu ahju ühtlane täitmine põletiga ja sellest tulenevalt gaaside ja koksiosakeste viibimisaeg ahjus. suureneb.

3. Räbu moodustumine

Tahkekütuse põleva massi oksüdeerimisprotsessis toimuvad olulised muutused ka mineraalsetes lisandites. Madala sulamistemperatuuriga ained ja madala sulamistemperatuuriga sulamid lahustavad tulekindlaid ühendeid.

Katelde normaalse töö eelduseks on põlemisproduktide ja sellest tekkinud räbu katkematu eemaldamine.

Kihi põlemisel võib räbu tekkimine põhjustada mehaanilist alapõlemist - mineraalsed lisandid ümbritsevad põlemata koksiosakesi või viskoosne räbu võib blokeerida õhukanalid, blokeerides hapniku juurdepääsu põlevale koksile. Põlemispõletuse vähendamiseks kasutatakse mitmesuguseid meetmeid - ketirestidega ahjudes suurendatakse räbuvõrele kuluvat aega ja tehakse sagedast katmist.

Kihiliste ahjude puhul eemaldatakse räbu kuiva kujul. Kambriahjudes võib räbu eemaldada kuiv või vedel.

Seega on kütuse põletamine keeruline füüsikalis -keemiline protsess, mida mõjutab suur hulk erinevaid tegureid, kuid neid kõiki tuleb katelde ja ahjude projekteerimisel arvesse võtta.