Palamisprosessien yleiset ominaisuudet. Suuri tietosanakirja öljystä ja kaasusta

Palaminen on polttoaineen ja hapettimen vuorovaikutusprosessi, johon liittyy lämmön ja joskus valon vapautumista. Suurimmassa osassa tapauksia hapettimen rooli on ilmakehän hapella. Kaikki palaminen edellyttää ensinnäkin tiivistä kosketusta polttoaineen ja hapettimen molekyylien välillä. Siksi, jotta palaminen tapahtuisi, on tarpeen varmistaa tämä kosketus, toisin sanoen on tarpeen sekoittaa polttoaine ilman kanssa. Näin ollen palamisprosessi koostuu kahdesta vaiheesta: 1) polttoaineen sekoittaminen ilman kanssa; 2) polttoaineen palaminen... Toisen vaiheen aikana tapahtuu ensin sytytys ja sitten polttoaineen palaminen,

Polttoprosessissa muodostuu liekki, jossa polttoainekomponenttien palamisreaktiot tapahtuvat ja lämpöä vapautuu Tekniikassa kaasumaisia, nestemäisiä ja kiinteitä jauhemaisia ​​polttoaineita poltettaessa käytetään ns. soihdutuspolttomenetelmää. Poltin on liekin erikoistapaus, jossa polttoaine ja ilma tulevat uunin työtilaan suihkujen muodossa, jotka sekoittuvat vähitellen keskenään. Siksi taskulampun muoto ja pituus ovat yleensä melko selvät.

Metallurgiassa ja koneenrakennuksessa yleisimmässä polttoaineen soihdutuspolttoprosessissa prosessin aerodynaamisen perustan muodostavat suihkuvirrat, joiden tutkimus perustuu vapaan turbulenssin teorian säännösten soveltamiseen eri tapauksiin. Koska suihkujen liikkeen luonne soihdutuspolton aikana voi olla laminaarista ja turbulenttia, molekyyli- ja turbulenttinen diffuusio on tärkeässä roolissa sekoitusprosesseissa. Käytännössä polttoaineen polttolaitteita (polttimet, suuttimet) luotaessa käytetään erilaisia ​​suunnittelutekniikoita (suihkujen suuntaaminen kulmaan toisiinsa nähden, suihkujen pyörteily jne.) sekoituksen järjestämiseksi tarpeen mukaan. tietyssä polttoaineen palamistapauksessa.

Erottele homogeeninen ja heterogeeninen palaminen. Homogeenisessa palamisessa lämmön ja massan siirto tapahtuu samassa aggregaatiotilassa olevien kappaleiden välillä. Homogeeninen palaminen tapahtuu tilavuudessa ja on ominaista kaasumaisille polttoaineille.

Heterogeenisessa palamisessa lämmön ja massan siirto tapahtuu eri aggregaatiotilassa olevien kappaleiden välillä (kaasu ja polttoainehiukkasten pinta ovat vaihtotilassa). Tällainen palaminen on ominaista nestemäisille ja kiinteille polttoaineille. Totta, nestemäisten ja kiinteiden polttoaineiden palamisen aikana pisaroiden haihtumisen ja haihtuvien aineiden vapautumisen vuoksi on homogeenisen palamisen elementtejä. Heterogeenisessä prosessissa palaminen tapahtuu kuitenkin pääasiassa pinnasta.

Homogeeninen palaminen voi tapahtua kineettisellä ja diffuusioalueella.

Kineettisessä palamisessa polttoaineen täydellinen sekoittuminen ilman kanssa suoritetaan etukäteen ja palamisvyöhykkeelle syötetään aiemmin valmistettu polttoaine-ilmaseos. Tässä tapauksessa päärooli on kemiallisia prosesseja liittyvät polttoaineen hapetusreaktioiden kulumiseen. Diffuusiohomogeenisessa palamisessa sekoitus- ja palamisprosessit eivät ole erillisiä ja tapahtuvat lähes samanaikaisesti. Tässä tapauksessa palamisprosessi määräytyy sekoittamalla, koska sekoitusaika on paljon pidempi kuin aika, joka tarvitaan kemiallisen reaktion tapahtumiseen. Näin ollen palamisprosessin kokonaisaika on seoksen muodostumisajan (τ cm) ja todellisen kemiallisen reaktion ajan (τ x) summa, ts.

Kineettisellä poltolla, kun seos valmistetaan etukäteen

Diffuusiopoltossa sekoitusaika on päinvastoin mittaamattoman pidempi kuin kemiallisen reaktion aika

Heterogeeninen palaminen kiinteä polttoaine myös erottaa kineettiset ja diffuusioreaktioalueet. Kineettinen alue syntyy, kun diffuusionopeus polttoaineen huokosissa ylittää merkittävästi kemiallisen reaktion nopeuden; diffuusioalue syntyy, kun diffuusio- ja palamisnopeuksien suhde on käänteinen.

Kaasupolttimien avulla suoritettavan seoksen muodostuksen kannalta polttoaineen palamisen järjestäminen ilmavirrassa voidaan toteuttaa kolmen periaatteen perusteella: diffuusio, kineettinen ja sekoitettu.

Liekki nousemassa

Liekin ilmaantuminen (polttoaineen syttyminen) voi tapahtua vasta, kun polttoainemolekyylien ja hapettimen tarvittava kosketus on saavutettu. Mikä tahansa hapetusreaktio etenee lämmön vapautuessa. Aluksi hapetusreaktio etenee hitaasti vapauttaen pienen määrän lämpöä. Vapautunut lämpö kuitenkin nostaa lämpötilaa ja kiihdyttää reaktiota, mikä puolestaan ​​johtaa voimakkaampaan lämmön vapautumiseen, mikä taas vaikuttaa suotuisasti reaktion kehittymiseen. Siten reaktionopeus kasvaa asteittain syttymishetkeen saakka, minkä jälkeen reaktio etenee erittäin suurella nopeudella ja sillä on lumivyöry. Hapetusreaktioissa kemiallisen reaktion mekanismi ja hapetusprosessin lämpöominaisuudet liittyvät erottamattomasti toisiinsa. Ensisijainen tekijä on kemiallinen reaktio ja toissijainen tekijä on lämmön muodostuminen. Molemmat ilmiöt liittyvät läheisesti toisiinsa ja vaikuttavat toisiinsa.

On todettu, että syttyminen on mahdollista sekä isotermisissa olosuhteissa että lämpötilan noustessa. Ensimmäisessä tapauksessa tapahtuu niin sanottu ketjusytytys, jossa reaktionopeus kasvaa vain kemiallisen vuorovaikutuksen seurauksena syntyvien aktiivisten keskusten lukumäärän lisääntymisen seurauksena. Useimmiten syttyminen tapahtuu ei-isotermisissä olosuhteissa, kun aktiivisten keskusten lukumäärä lisääntyy sekä kemiallisen vuorovaikutuksen että lämpövaikutuksen seurauksena. V käytännön olosuhteet turvautuvat yleensä polttoaineen keinotekoiseen sytytykseen ja johtavat polttoalueelle tietty määrä lämpöä, mikä johtaa sytytyksen saavuttamishetken voimakkaaseen kiihtymiseen.

Syttymislämpötila ei ole fysikaalis-kemiallinen vakio, jonka määräävät vain seoksen ominaisuudet; sen määräävät prosessin olosuhteet, toisin sanoen lämmönvaihdon luonne ympäristön kanssa (lämpötila, astian muoto jne.).

Eri polttoaineiden syttymislämpötilat on esitetty taulukossa 5.

Pöytä. 5 - Syttymislämpötilat ilmassa ilmakehän lämpötilassa

pallopaine.

Lämpötilan lisäksi suuri vaikutus polttoaineen syttymisprosessiin vaikuttaa palavan komponentin pitoisuus seoksessa.On olemassa sellaiset palavan komponentin minimi- ja maksimipitoisuudet, joiden ala- ja yläpuolella ei voi tapahtua pakkosytytystä. Näitä pitoisuusrajoja kutsutaan syttyvien pitoisuusrajojen ala- ja ylärajoiksi; joidenkin kaasujen arvot on annettu taulukossa 6.

Taulukko 6 - Syttymisrajat ilman ja happiseoksissa klo ilmakehän paine ja lämpötila 20 о С

Erilaisten palavien komponenttien seosten teollisuuskaasujen syttymisrajat määritetään käyttämällä Le Chatelier -sääntöä, jonka mukaan

Tärkeimmät palamisolosuhteet ovat: palavan aineen läsnäolo, hapettimen pääsy vyöhykkeelle kemialliset reaktiot ja palamisen ylläpitämiseen vaadittava jatkuva lämmön vapautuminen.

Palamisalue

Lämmön vaikutusalue

savuvyöhyke siinä palamisvyöhykkeen viereiseen tilaan on mahdotonta saapua ilman hengityssuojainta

A - alkuvaihe tulipalo - hallitsemattoman paikallisen palamislähteen syntymisestä huoneen täydelliseen peittämiseen liekillä. Huoneen keskilämpötila on alhainen, mutta paikalliset lämpötilat palamisvyöhykkeen sisällä ja ympärillä voivat nousta merkittäville tasoille.

(

C - Tulipalon sammumisvaihe - huoneiden palamisprosessien intensiteetti alkaa laskea huoneen palavien materiaalien suurimman osan kulutuksen tai sammutusaineiden vaikutuksen vuoksi.

6. Palon mahdollista kehittymistä kuvaavat tekijät (luettelo ja selitys). Paloalueet ja vaiheet. Palon kehitysvaiheet, niiden ominaisuudet.

Palamisvyöhyke osa tilaa, jossa kemiallinen hajoamis- ja haihtumisprosessi tapahtuu

Lämmön vaikutusalue m / d pinnan ja liekin, m / d aidatun rakenteen ja itse palavan materiaalin välillä tapahtuu lämmönvaihtoprosessi

Savuvyöhyke siinä palamisvyöhykkeen viereiseen tilaan ihmisten on mahdotonta saapua ilman hengityssuojainta

Palon kehittämisprosessissa erotetaan 3 vaihetta:

A - alkuvaihe antaa potkut- hallitsemattoman paikallisen palamislähteen syntymisestä huoneen täydelliseen peittämiseen liekillä. Huoneen keskilämpötila on alhainen, mutta paikalliset lämpötilat palamisvyöhykkeen sisällä ja ympärillä voivat nousta merkittäville tasoille.

B - Tulipalon täydellisen kehittymisen vaihe ( tai tulipalo nielaisi rakennuksen kokonaan). Kaikki huoneessa olevat palavat materiaalit ja materiaalit ovat tulessa. Lämmöntuotannon intensiteetti palavista esineistä saavuttaa maksiminsa, mikä johtaa huoneen lämpötilan nopeaan nousuun maksimiin (jopa 1100C)

C - Tulipalon sammumisvaihe - paloprosessien intensiteetti huoneissa alkaa laskea johtuen suuren osan palavien materiaalien kulumisesta huoneessa tai altistumisesta sammutusaineille.

7. Aineiden ja materiaalien palo- ja räjähdysvaaran indikaattorit (luettelo tärkeimmät, antaa määritelmät, luonnehtia niiden soveltuvuutta aggregaatiotilan mukaan).

aineiden ja materiaalien palo- ja räjähdysvaaran indikaattorit - joukko aineiden (materiaalien) ominaisuuksia, jotka kuvaavat niiden kykyä käynnistää ja levittää palamista. Erottele aggregointitilan mukaan:

kaasut - aineet, joiden kylläisen höyryn paine lämpötilassa 25 ° C ja paineessa 101,3 kPa ylittää 101,3 kPa;

nesteet - aineet, joiden kylläisen höyryn paine lämpötilassa 25 ° C ja paineessa 101,3 kPa on alle 101,3 kPa; nesteitä ovat myös kiinteät sulamisaineet, joiden sulamis- tai tippamispiste on alle 50 °C;

kiinteät aineet (materiaalit) - yksittäiset aineet ja niiden sekakoostumukset, joiden sulamis- tai tippamispiste on yli 50 °C, sekä aineet, joilla ei ole sulamispistettä (esim. puu, kankaat jne.);

pöly - dispergoituneet kiinteät aineet (materiaalit), joiden hiukkaskoko on alle 850 mikronia.

8. Määrittele ja selitä seuraavat käsitteet: syttyvyys; antaa potkut; palamattomat materiaalit; tuskin palavat materiaalit; palavia materiaaleja. Luettele tärkeimmät menetelmät kiinteiden aineiden syttyvyyden määrittämiseksi (ilman yksityiskohtaista selitystä niiden olemuksesta).

Syttyvyys - sisään- ja materiaalien syttymiskyky.

Poltto - palamisen alkaminen sytytyslähteen vaikutuksesta.

Poltto aloitus - jaon alku. järven lämpöä, johon liittyy luminesenssi jne.

Taipumus ylevään.- materiaalien kyky kuljettaa itseään, sytyttää / kuumentaa eri syistä.

Palavuuden suhteen saaret ja materiaalit jaetaan kolmeen ryhmään:

palamaton (palamaton)- tulen vaikutuksen alaisena / korkea. t o ei syty, älä kytetä eivätkä hiilty (rakentamisessa käytetyt luonnolliset ja keinotekoiset orgaaniset materiaalit), w/v ja materiaaleja, jotka eivät pysty palamaan ilmassa. Palamattomat materiaalit m / b-ilmapuolustukseen (esim. oksidit tai w / v, jotka vapauttavat palavia tuotteita vuorovaikutuksessa veden, ilman hapen jne. kanssa jne.);

tuskin palava (tuskin palava)- tulen vaikutuksen alaisena / korkea. t tuskin syttyy, höyrystyy ja hiiltyy ja jatkaa polttamista / palamista vain sytytyslähteen läsnä ollessa (polttoaineet ja materiaalit, jotka koostuvat palavista ja palamattomista: polymeerimateriaalit);

palava (palava)- syttyä, kytetä ja jatkaa palamista sytytyslähteen poistamisen jälkeen (kaikki orgaaniset materiaalit, jotka eivät täytä palamattomien ja vaikeasti palavien materiaalien vaatimuksia); Kun määritellään materiaaliryhmä kalorimetrian menetelmällä pääsääntöisesti. pok-l syttyvyys, ts. rel-e näytteen palamisen aikana vapauttamasta lämpömäärästä sytytyslähteen vapauttamaan lämpömäärään. Nesgor. m., kissan luona. k0,1, vaikea vuori. m = 0,1-0,5, palaminen. m = 2,1.

Käytetään luokittelijan kanssa. in-in ja materiaalit syttyvyyteen; määritettäessä tilojen luokkaa ilmatilan ja ohjelmiston mukaan tekniikan normien vaatimusten mukaisesti. design; kun kehitetään toimenpiteitä turvallisuuden varmistamiseksi.

Polttovaihetta edeltää sen lämpenemiseen liittyvä polttoaineen sytytysvaihe. Tämä vaihe ei tarvitse happea ja sen aikana polttoaine itse kuluttaa lämpöä. Mitä nopeammin polttoaineen lämpötila nousee, sitä voimakkaammin sytytys etenee. Ilmeisesti syttymistä hidastavia tekijöitä ovat: korkea polttoaineen kosteus, korkea syttymislämpötila, pieni lämpöä absorboiva polttoainepinta, alhainen polttoaineen alkulämpötila ja lämmittämättömän ilman syöttö tulipesään.

Polttovaihe on ilman pääasiallinen kuluttaja. Tässä vaiheessa suurin osa polttoaineen lämmöstä vapautuu ja korkeimmat lämpötilat kehittyvät. Mitä enemmän haihtuvia aineita polttoaine päästää, sitä voimakkaammin palaminen etenee ja sitä väkevämpää ilmaa on syötettävä. Jälkipolttovaihe vaatii vähän ilmaa; näin ollen täällä syntyy vähän lämpöä.

Vedyn palamisvaihe on pisin tähden elämässä. Tähtien fotonivaloisuus pääsekvenssissä, jossa vety palaa, on pääsääntöisesti pienempi kuin myöhemmissä evoluution vaiheissa, ja niiden neutriinovaloisuus on paljon pienempi, koska keskilämpötilat eivät ylitä -4 107 K Siksi tärkeimmät sekvenssitähdet ovat yleisimpiä tähtiä galaksissa ja koko maailmankaikkeudessa (ks.

Vedyn polttamisen vaihe ytimessä vie suurimman osan tähden elämästä, ja tähdet, joiden massa on suuruusluokkaa aurinkoa, pysyvät pääjärjestyksessä noin 1010 vuoden ajan. Vastaava vaihe tähdille, joiden massa on 20 MQ, kestää vain 106 vuotta, kun taas tähdet, joiden massa on 0 3M0, oletetaan viettävän tässä vaiheessa 3 1011 vuotta, mikä on 30 kertaa galaksin ikä.

Kaasumaisten polttoaineiden ja koksin palamisvaiheeseen liittyy lämmön vapautuminen, mikä saa aikaan lämpötilojen nousun, joka on tarpeen koksin hapetusreaktioiden nopeuttamiseksi.

Palamisvaiheessa suurin osa ilmasta kuluu ja suurin osa polttoaineen lämmöstä vapautuu. Lämpötilat prosessin tässä vaiheessa saavuttavat korkeimmat arvot... Haihtuvien aineiden nopein palaminen vaatii siksi keskitetyn ilmansyötön ja suurta huomiota nopean ja täydellisen seoksen muodostumisen varmistamiseen.

Polttovaihe sisältää haihtuvien aineiden, koksin polton yli 1000 C lämpötiloissa, johon liittyy suurimman osan tarvittavasta ilmasta kuluminen ja päälämmön vapautuminen. Palamisvaiheelle on ominaista korkein lämpötila. Haihtuvien aineiden palaminen tapahtuu nopeasti, joten on äärimmäisen tärkeää syöttää riittävä määrä ilmaa tiivistetyllä tavalla täydellisen seoksen muodostumisen olosuhteissa. Koksi palaa hitaammin ja hiili ja happi reagoivat koksipartikkeleiden pinnalle. Mitä hienommaksi murskattu polttoaine, sitä korkeampi koksin palamisnopeus. Kiinteän polttoaineen palamisen viimeinen vaihe on jälkipoltto, joka vaatii vähemmän ilmaa ja johon liittyy vähemmän lämpöä. Tämän vaiheen kehitys viivästyy, koska koksihiukkaset peittyvät tuhkaan, mikä vaikeuttaa ilman pääsyä niihin, erityisesti polttoaineissa, joissa on alhaalla sulava tuhka.

Toiseksi koksijäännöksen palamisvaihe osoittautuu pisimmäksi kaikista vaiheista ja voi kestää jopa 90% koko palamisajasta.

Yllä tarkastelut nestemäisen polttoaineen palamisen vaiheet - sumutettujen polttoainehiukkasten kuumennus, haihtuminen ja pyrogeneettinen hajoaminen etenevät usein riittämättömästi, lisäksi ne ovat riittämättömästi hallittavissa, mikä aiheutti polttimen suuttimien ilmaantumisen nestemäisen polttoaineen alustavalla kaasutuksella.

Palamisvaiheen alussa, heti polttoaineen syttymishetken jälkeen, lämpötila ei ole vielä kovin korkea. Näin ollen myös palamisnopeus on alhainen. Siksi polttoaineen nopea syttyminen ja nopea prosessilämpötilan nousu ovat erittäin tärkeitä. Lisäksi palamisvaiheen pääosassa lämpötilataso kattilan uuneissa on jo melko korkea. Vastaavasti myös hiilen ja hapen välisen reaktionopeus koksipartikkeleiden pinnalla on suuri. Siksi koksin palamisnopeutta ei rajoita koksin polttovaiheen pääosassa tämä tekijä, vaan diffuusioprosessit, joissa hapen syöttö palaviin hiukkasiin etenee suhteellisen hitaammin. klo oikea organisaatio Polttovaiheen alkuvaiheessa nämä prosessit ovat useimmissa tapauksissa päätekijä, joka säätelee koksin palamisen intensiteettiä kattilan uuneissa.

Polttoaineen palaminen on palavien komponenttien hapetusprosessi, joka tapahtuu korkeissa lämpötiloissa ja johon liittyy lämmön vapautumista. Palamisen luonteen määräävät monet tekijät, mukaan lukien polttomenetelmä, uunin suunnittelu, happipitoisuus jne. Mutta virtausolosuhteet, kesto ja lopputuloksia palamisprosessit riippuvat suurelta osin polttoaineen koostumuksesta, fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista.

Polttoaineen koostumus

Kiinteitä polttoaineita ovat hiili ja ruskohiili, turve, öljyliuske ja puu. Nämä polttoaineet ovat monimutkaisia ​​orgaanisia yhdisteitä, jotka muodostuvat pääasiassa viidestä alkuaineesta - hiili C, vety H, happi O, rikki S ja typpi N. Polttoaine sisältää myös kosteutta ja palamatonta mineraaleja jotka muodostavat tuhkaa palamisen jälkeen. Kosteus ja tuhka ovat polttoaineen ulkoinen painolasti, kun taas happi ja typpi ovat sisäisiä.

Palavan osan pääelementti on hiili, se määrittää suurimman lämmön vapautumisen. Kuitenkin, mitä suurempi hiilen osuus kiinteässä polttoaineessa on, sitä vaikeampi se on syttyä. Palamisen aikana vedystä vapautuu 4,4 kertaa enemmän lämpöä kuin hiiltä, ​​mutta sen osuus kiinteiden polttoaineiden koostumuksesta on pieni. Happi, joka ei ole lämpöä tuottava alkuaine ja sitoo vetyä ja hiiltä, ​​vähentää palamislämpöä, joten se on ei-toivottu alkuaine. Sen pitoisuus on erityisen korkea turpeessa ja puussa. Typen määrä kiinteissä polttoaineissa on pieni, mutta se pystyy muodostamaan ympäristölle ja ihmiselle haitallisia oksideja. Rikki on myös haitallinen epäpuhtaus, se päästää vähän lämpöä, mutta syntyneet oksidit johtavat kattiloiden metallin korroosioon ja ilmakehän saastumiseen.

Polttoainetiedot ja niiden vaikutus palamisprosessiin

Tärkein tekniset ominaisuudet polttoaineita ovat: palamislämpö, ​​haihtuvien aineiden saanto, haihtumattoman jäännöksen (koksin) ominaisuudet, tuhkapitoisuus ja kosteuspitoisuus.

Polttoaineen palamislämpö

Lämpöarvo on lämmön määrä, joka vapautuu massayksikön (kJ / kg) tai polttoaineen tilavuuden (kJ / m3) täydellisen palamisen aikana. Erota korkeampi ja matalampi palolämpö. Suurin sisältää palamistuotteiden sisältämien höyryjen kondensoitumisen aikana vapautuvan lämmön. Poltettaessa polttoainetta kattilan uuneissa on savukaasujen lämpötila, jossa kosteus on höyrymäisessä tilassa. Siksi tässä tapauksessa käytetään pienempää palamislämpöä, joka ei ota huomioon vesihöyryn kondensaatiolämpöä.

Kaikkien tunnettujen hiiliesiintymien koostumus ja lämpöarvo on määritetty ja annettu lasketuissa ominaisuuksissa.

Haihtuvien aineiden vapautuminen

Kun lämmitetään kiinteää polttoainetta ilman ilman pääsyä vaikutuksen alaisena korkea lämpötila ensin vapautuu vesihöyryä, ja sitten tapahtuu molekyylien lämpöhajoaminen kaasumaisten aineiden, joita kutsutaan haihtuviksi aineiksi, vapautuessa.

Haihtuvien aineiden vapautuminen voi tapahtua lämpötila-alueella 160-1100 ° C, mutta keskimäärin - lämpötila-alueella 400-800 ° C. Haihtuvien aineiden vapautumisen alkamislämpötila, kaasumaisten tuotteiden määrä ja koostumus riippuvat polttoaineen kemiallisesta koostumuksesta. Mitä kemiallisesti vanhempi polttoaine on, sitä vähemmän haihtuvia aineita vapautuu ja sitä korkeammassa lämpötilassa ne alkavat kehittyä.

Haihtuvat aineet sytyttävät hiukkaset nopeammin ja vaikuttavat merkittävästi polttoaineen palamiseen. Polttoaineet nuorena - turve, ruskohiili - syttyvät helposti, palavat nopeasti ja lähes kokonaan. Sitä vastoin vähän haihtuvia polttoaineita, kuten antrasiittia, on vaikeampi sytyttää, ne palavat paljon hitaammin eivätkä pala kokonaan (suurempi lämpöhäviö).

Haihtumattomien jäämien (koksin) ominaisuudet

Polttoaineen kiinteää osaa, joka jää jäljelle haihtuvien aineiden vapautumisen jälkeen ja joka koostuu pääasiassa hiilestä ja mineraaliosasta, kutsutaan koksiksi. Koksijäännös voi olla palavaan massaan sisältyvien orgaanisten yhdisteiden ominaisuuksista riippuen: paakkuuntunut, lievästi paakkuuntunut (hajoaa altistuessaan), jauhemainen. Antrasiitti, turve, ruskohiili antavat jauhemaisen haihtumattoman jäännöksen. Useimmat bitumihiilet ovat sintrattuja, mutta eivät aina voimakkaasti. Tahmeasta tai jauhemaisesta haihtumattomasta jäännöksestä saadaan bitumipitoisia hiilejä, joiden haihtuvien aineiden saanto on erittäin korkea (42-45 %) ja erittäin pieni saanto (alle 17 %).

Koksijäännöksen rakenne on tärkeä poltettaessa hiiltä arinauuneissa. Kun leimahtaa sisään tehokattilat koksin ominaisuudet eivät ole kovin tärkeitä.

Tuhkasisältö

Kiinteä polttoaine sisältää suurin määrä palamattomia mineraaliepäpuhtauksia. Tämä on pääasiassa savea, silikaatteja, rikkikiisua, mutta myös rautaoksidia, sulfaatteja, karbonaatteja ja raudan silikaatteja, oksideja erilaisia ​​metalleja, kloridit, alkalit jne. Suurin osa niistä putoaa kaivostoiminnan aikana kivien muodossa, joiden välissä on kivisaumat, mutta on myös kivennäisaineita, jotka ovat siirtyneet polttoaineeseen hiilenmuodostajista tai muuntamalla sen alkuperäistä massaa.

Polttoainetta poltettaessa mineraaliepäpuhtaudet käyvät läpi sarjan reaktioita, joiden seurauksena muodostuu kiinteää palamatonta jäännöstä, jota kutsutaan tuhkaksi. Tuhkan paino ja koostumus eivät ole samat kuin polttoaineen mineraalisten epäpuhtauksien paino ja koostumus.

Tuhkan ominaisuuksilla on tärkeä rooli kattilan ja uunin toiminnan organisoinnissa. Sen palamistuotteiden mukana kuljettamat hiukkaset hankaavat suurilla nopeuksilla lämmityspintoja ja pienillä nopeuksilla ne kerrostuvat niille, mikä johtaa lämmönsiirron heikkenemiseen. Ash vietiin pois savupiippu, joka voi aiheuttaa vahinkoa ympäristöön Tämän välttämiseksi on asennettava tuhkankeräimet.

Tuhkan tärkeä ominaisuus on sen sulavuus; ne erottavat tulenkestävän (yli 1425 °C), keskisulavan (1200-1425 °C) ja matalassa sulavan (alle 1200 °C) tuhkan. Tuhkaa, joka on läpäissyt sulamisvaiheen ja muuttunut sintratuksi tai sulautuneeksi massaksi, kutsutaan kuonaksi. Tuhkasulavuuden lämpötilaominaisuus on hyvin tärkeä uunin ja kattilan pintojen luotettavan toiminnan varmistamiseksi, oikea valinta Kaasujen lämpötila näiden pintojen lähellä poistaa kuonan.

Kosteus on polttoaineen ei-toivottu komponentti, se on mineraaliepäpuhtauksien ohella painolastia ja vähentää palavan osan pitoisuutta. Lisäksi se vähentää lämpöarvoa, koska sen haihtuminen vaatii lisäenergiaa.

Polttoaineen kosteus voi olla sisäistä tai ulkoista. Ulkoinen kosteus on kapillaareissa tai jää kiinni pintaan. Kemiallisen iän myötä kapillaarikosteuden määrä vähenee. Mitä pienempiä polttoaineen palasia, sitä suurempi pintakosteus. Sisäinen kosteus pääsee orgaaniseen aineeseen.

Polttoaineen polttomenetelmät uunin tyypistä riippuen

Polttolaitteiden päätyypit:

• kerrostettu,
• kammio.

Kerrosuunit on suunniteltu kiinteän polttoaineen palamiseen. Ne voivat olla tiheitä ja juoksevia. Kun poltetaan tiheässä kerroksessa, palamisilma kulkee kerroksen läpi vaikuttamatta sen vakauteen eli palavien hiukkasten painovoima ylittää ilman dynaamisen paineen. Kun poltetaan leijukerroksessa johtuen lisääntynyt nopeus ilmahiukkaset menevät "kiehumistilaan". Tässä tapauksessa tapahtuu hapettimen ja polttoaineen aktiivinen sekoittuminen, minkä vuoksi polttoaineen palaminen tehostuu.

Kammiouuneissa poltetaan kiinteää jauhettua polttoainetta sekä nestemäisiä ja kaasumaisia. Kammiouunit on jaettu sykloni- ja soihdutusuuniin. Soihdutuspolton aikana hiilihiukkasten tulee olla enintään 100 mikronia, ne palavat polttokammion tilavuudessa. Sykloninen palaminen mahdollistaa suurempi koko hiukkaset, keskipakovoimien vaikutuksesta, heitetään uunin seinille ja palavat kokonaan pyörteisessä virtauksessa korkeiden lämpötilojen vyöhykkeellä.

Polttoaineen palaminen. Prosessin päävaiheet

Kiinteän polttoaineen polttoprosessissa voidaan erottaa tietyt vaiheet: kosteuden kuumennus ja haihduttaminen, haihtuvien aineiden sublimoituminen ja koksijäännöksen muodostuminen, haihtuvien aineiden ja koksin palaminen sekä kuonan muodostuminen. Tämä polttoprosessin jako on suhteellisen mielivaltainen, koska vaikka nämä vaiheet etenevät peräkkäin, ne menevät osittain päällekkäin. Joten haihtuvien aineiden sublimoituminen alkaa ennen kaiken kosteuden lopullista haihtumista, haihtuvien aineiden muodostuminen tapahtuu samanaikaisesti niiden palamisprosessin kanssa, aivan kuten koksijäännöksen hapettumisen alkaminen edeltää haihtuvien aineiden palamisen päättymistä, ja koksin jälkipoltto voi jatkua myös kuonan muodostumisen jälkeen.

Polttoaineen kunkin vaiheen virtausaika määräytyy suurelta osin polttoaineen ominaisuuksien mukaan. Koksin palamisvaihe kestää pisimpään, jopa korkean haihtuvan saanton polttoaineilla. Erilaiset toimintatekijät ja suunnitteluominaisuuksia uuneihin.

1. Polttoaineen valmistelu ennen sytytystä

Uuniin tuleva polttoaine kuumennetaan, minkä seurauksena se haihtuu kosteuden läsnä ollessa ja polttoaine kuivuu. Lämmitykseen ja kuivaukseen tarvittava aika riippuu kosteuden määrästä ja lämpötilasta, jossa polttoaine syötetään polttolaitteeseen. Korkean kosteuspitoisuuden omaavilla polttoaineilla (turve, märät ruskeahiilet) lämmitys- ja kuivausvaihe on suhteellisen pitkä.

Polttoaine syötetään pinottuuneihin lämpötilassa, joka on lähellä ympäristön lämpötilaa. Vain sisään talviaika hiilen jäätyessä sen lämpötila on alhaisempi kuin kattilahuoneessa. Polttoa varten soihdutus- ja pyörreuuneissa polttoaine murskataan ja jauhataan, minkä lisäksi se kuivataan kuumalla ilmalla tai savukaasuilla. Mitä korkeampi polttoaineen lämpötila on, sitä vähemmän aikaa ja lämpöä tarvitaan sen lämmittämiseen syttymislämpötilaan.

Polttoaineen kuivuminen uunissa tapahtuu kahdesta lämmönlähteestä johtuen: palamistuotteiden konvektiivisesta lämmöstä ja polttimen, vuorauksen ja kuonan säteilylämmöstä.

Kammiouuneissa lämmitys tapahtuu pääasiassa ensimmäisellä lähteellä eli palamistuotteiden lisäämisellä polttoaineeseen sen sisääntulokohdassa. Siksi yksi tärkeistä vaatimuksista polttoaineen uuniin syöttävien laitteiden suunnittelussa on varmistaa palamistuotteiden intensiivinen imu. Uunin korkeampi lämpötila vähentää myös lämmitys- ja esikuivausaikaa. Tätä varten poltettaessa polttoaineita haihtuvien aineiden vapautumisen alkaessa korkeissa lämpötiloissa (yli 400 ° C), kammiouuneihin valmistetaan sytytyshihnat, eli ne sulkevat seulaputket tulenkestävällä aineella. lämmöneristysmateriaali heikentääkseen heidän lämmön havaitsemistaan.

Poltettaessa polttoainetta pedissä kunkin lämmönlähteen roolin määrää uunin rakenne. Ketjuritilillä varustetuissa uuneissa lämmitys ja kuivaus tapahtuu pääasiassa polttimen säteilylämmöllä. Uuneissa, joissa on kiinteä arina ja polttoaineen syöttö ylhäältä, kuumennus ja kuivaus tapahtuvat, koska palamistuotteet liikkuvat kerroksen läpi alhaalta ylöspäin.

Kuumennusprosessissa yli 110 ° C:n lämpötiloissa alkaa polttoaineiden muodostavien orgaanisten aineiden lämpöhajoaminen. Vähiten vahvoja yhdisteitä ovat ne, jotka sisältävät huomattavan määrän happea. Nämä yhdisteet hajoavat suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa, jolloin muodostuu haihtuvia aineita ja kiinteää jäännöstä, joka koostuu pääasiassa hiilestä.

Nuorena kemiallinen koostumus paljon happea sisältävillä polttoaineilla on kaasumaisten aineiden vapautumisen alkamislämpötila alhainen ja niistä saadaan suurempi prosenttiosuus. Polttoaineilla, joissa on vähän happiyhdisteitä, on alhainen haihtuvuussaanto ja korkeampi leimahduspiste.

Myös kiinteiden polttoaineiden molekyylien pitoisuus, joka hajoaa helposti kuumennettaessa, vaikuttaa myös reaktiivisuus haihtumaton jäännös. Ensinnäkin palavan massan hajoaminen tapahtuu pääasiassa polttoaineen ulkopinnalla. Kuumennettaessa edelleen, pyrogeenisiä reaktioita alkaa tapahtua polttoainehiukkasten sisällä, paine nousee niissä ja ulkokuori rikkoutuu. Kun polttoaineita, joilla on korkea haihtuvien aineiden saanto, poltetaan, koksijäännöksestä tulee huokoista ja sillä on suurempi pinta verrattuna tiheään kiinteään jäännökseen.

2. Kaasumaisten yhdisteiden ja koksin palamisprosessi

Polttoaineen varsinainen palaminen alkaa haihtuvien aineiden syttymisestä. Polttoaineen valmistusvaiheessa tapahtuu kaasumaisten aineiden haaroittuneita ketjureaktioita, jotka aluksi etenevät alhaisilla nopeuksilla. Vapautunut lämpö havaitaan uunin pinnoilla ja kertyy osittain liikkuvien molekyylien energian muodossa. Jälkimmäinen johtaa ketjureaktioiden nopeuden lisääntymiseen. klo tietty lämpötila hapetusreaktiot etenevät sellaisella nopeudella, että vapautuva lämpö peittää kokonaan lämmön absorption. Tämä lämpötila on leimahduspiste.

Syttymislämpötila ei ole vakio, se riippuu sekä polttoaineen ominaisuuksista että sytytysalueen olosuhteista, keskimäärin se on 400-600 ° C. Kaasumaisen seoksen syttymisen jälkeen hapetusreaktioiden itsekiihtyminen lisää lämpötilaa. Palamisen ylläpitämiseksi tarvitaan jatkuvaa hapettimien ja palavien aineiden saantia.

Kaasumaisten aineiden syttyminen johtaa koksihiukkasen ympäröimiseen palokuoressa. Koksin palaminen alkaa, kun haihtuvien aineiden palaminen päättyy. Kiinteä hiukkanen kuumenee korkeaan lämpötilaan, ja kun haihtuvien aineiden määrä pienenee, rajapolttokerroksen paksuus pienenee ja happi saavuttaa kuuman hiilen pinnan.

Koksin palaminen alkaa 1000 °C:n lämpötilassa ja on pisin prosessi. Syynä on, että ensinnäkin happipitoisuus laskee, ja toiseksi heterogeeniset reaktiot etenevät hitaammin kuin homogeeniset. Tämän seurauksena kiinteän polttoaineen hiukkasen palamisaika määräytyy pääasiassa koksijäännöksen palamisajan mukaan (noin 2/3 kokonaisajasta). Polttoaineissa, joilla on korkea haihtuvien aineiden saanto, kiinteä jäännös on alle ½ alkuperäisestä hiukkasmassasta, joten niiden palaminen tapahtuu nopeasti ja alipalamisen mahdollisuus on pieni. Kemiallisesti vanhoissa polttoaineissa on tiheä hiukkanen, jonka palaminen vie lähes koko uunissa vietetyn ajan.

Useimpien kiinteiden polttoaineiden koksijäännös koostuu pääosin ja joidenkin lajien osalta kokonaan hiilestä. Kiinteän hiilen palaminen tapahtuu hiilimonoksidin ja hiilidioksidin muodostuessa.

Optimaaliset olosuhteet lämmönpoistolle

Luominen optimaaliset olosuhteet hiilen polttamiseen - perusta kiinteiden polttoaineiden polttomenetelmän oikealle rakentamiselle kattilayksiköissä. Seuraavat tekijät voivat vaikuttaa korkeimman lämmön vapautumisen saavuttamiseen uunissa: lämpötila, ylimääräinen ilma, primääri- ja sekundääriseoksen muodostuminen.

Lämpötila. Lämmön vapautuminen polttoaineen palamisen aikana riippuu merkittävästi lämpötilajärjestelmä uuneihin. Suhteellisen kanssa matalat lämpötilat palavien aineiden epätäydellinen palaminen tapahtuu polttimen ytimessä, hiilimonoksidi, vety, hiilivedyt jäävät palamistuotteisiin. 1000-1800-2000 °C lämpötiloissa polttoaineen täydellinen palaminen on saavutettavissa.

Ylimääräinen ilma. Erityinen lämmöntuotanto saavuttaa maksimiarvonsa täydellä palamisella ja ylikuormituksella. Ylimääräisen ilman suhteen pienentyessä lämmön vapautuminen vähenee, koska hapen puute johtaa vähemmän polttoaineen hapettumiseen. Lämpötilataso laskee, reaktionopeudet laskevat, mikä johtaa lämmön vapautumisen jyrkkään vähenemiseen.

Ylimääräisen ilmasuhteen lisäys yksikköä suurempi vähentää lämmöntuotantoa jopa enemmän kuin ilman puute. Polttoaineen todellisissa polttoolosuhteissa kattilan uuneissa lämmön vapautumisen raja-arvoja ei saavuteta, koska palaminen on epätäydellistä. Se riippuu pitkälti siitä, kuinka seoksen muodostusprosessit on järjestetty.

Sekoitusprosessit. Kammiouuneissa primäärisekoitus saavutetaan kuivaamalla ja sekoittamalla polttoainetta ilman kanssa, syöttämällä osa ilmasta (primäärinen) valmisteluvyöhykkeelle, luomalla laajapintainen poltin, jolla on leveä pinta ja korkea turbulisaatio, käyttämällä lämmitettyä ilmaa.

Kerrosuuneissa ensisijainen sekoitustehtävä on syöttää tarvittava määrä ilmaa eri vyöhykkeitä palaa arinalla.

Epätäydellisen palamisen kaasumaisten tuotteiden ja koksin jälkipolton varmistamiseksi järjestetään sekundaariseoksen muodostumisprosesseja. Näitä prosesseja helpottaa: sekundaarisen ilman syöttö suurella nopeudella, sellaisen aerodynamiikan luominen, jossa saavutetaan tasainen koko uunin täyttäminen polttimella ja siten kaasujen ja koksipartikkeleiden viipymisaika uunissa lisääntyy.

3. Kuonan muodostuminen

Kiinteän polttoaineen palavan massan hapetusprosessissa tapahtuu merkittäviä muutoksia myös mineraaliepäpuhtauksissa. Matalasti sulavat aineet ja seokset, joilla on alhainen sulamispiste, liuottavat tulenkestäviä yhdisteitä.

Kattiloiden normaalin toiminnan edellytyksenä on palamistuotteiden ja niistä syntyvän kuonan keskeytymätön poisto.

Kerrospolton aikana kuonan muodostuminen voi johtaa mekaaniseen alipolttoon - mineraaliepäpuhtaudet peittävät palamattomia koksihiukkasia tai viskoosi kuona voi tukkia ilmakulkuja ja estää hapen pääsyn palavaan koksiin. Alipolton vähentämiseksi käytetään erilaisia ​​toimenpiteitä - ketjuritilillä varustetuissa uuneissa kuona-arinaan käytettyä aikaa pidennetään ja suoritetaan usein shuraing.

Kerrostetuissa uuneissa kuona poistetaan kuivassa muodossa. Kammiouuneissa kuonanpoisto voi olla kuivaa tai nestemäistä.

Polttoaineen palaminen on siis monimutkainen fysikaalis-kemiallinen prosessi, johon vaikuttavat monet erilaiset tekijät, mutta ne kaikki on otettava huomioon kattiloita ja uuneja suunniteltaessa.