Opće karakteristike procesa izgaranja. Velika enciklopedija nafte i plina

Izgaranje je proces interakcije goriva s oksidantom, praćen oslobađanjem topline, a ponekad i svjetlosti. U velikoj većini slučajeva ulogu oksidanta ima atmosferski kisik. Svako izgaranje pretpostavlja, prije svega, bliski kontakt između molekula goriva i oksidanta. Stoga je za nastanak izgaranja potrebno osigurati taj kontakt, odnosno potrebno je miješati gorivo sa zrakom. Posljedično, proces izgaranja sastoji se od dvije faze: 1) miješanje goriva sa zrakom; 2) izgaranje goriva... Tijekom druge faze dolazi do prvog paljenja, a zatim do izgaranja goriva,

U procesu izgaranja nastaje plamen u kojem se odvijaju reakcije izgaranja komponenata goriva i oslobađa se toplina.U tehnologiji se pri sagorijevanju plinovitih, tekućih i krutih praškastih goriva koristi tzv. Baklja je poseban slučaj plamena, kada gorivo i zrak ulaze u radni prostor peći u obliku mlazova, koji se postupno miješaju jedan s drugim. Stoga su oblik i duljina baklje obično sasvim određeni.

S najčešćim izgaranjem goriva u metalurgiji i strojarstvu, aerodinamičku osnovu procesa čine mlazni tokovi, čije se proučavanje temelji na primjeni odredbi teorije slobodnih turbulencija na različite slučajeve. Budući da priroda kretanja mlazova tijekom sagorijevanja baklje može biti laminarna i turbulentna, molekularna i turbulentna difuzija igra važnu ulogu u procesima miješanja. U praksi se pri stvaranju uređaja za sagorijevanje goriva (plamenici, mlaznice) koriste različite tehnike projektiranja (usmjerite mlazove pod kutom jedan prema drugom, stvorite vrtloženje mlaznica itd.) Kako biste organizirali miješanje prema potrebi za određeni slučaj izgaranja goriva.

Razlikovati homogeno i heterogeno izgaranje. Kod homogenog izgaranja dolazi do prijenosa topline i mase između tijela u istom agregatnom stanju. Homogeno izgaranje javlja se u volumenu i karakteristično je za plinovita goriva.

Kod heterogenog izgaranja dolazi do prijenosa topline i mase između tijela koja su u različitim agregatnim stanjima (plin i površina čestica goriva su u stanju razmjene). Takvo izgaranje karakteristično je za tekuća i kruta goriva. Istina, tijekom izgaranja tekućih i krutih goriva, uslijed isparavanja kapljica i oslobađanja hlapljivih tvari, postoje elementi homogenog izgaranja. Međutim, u heterogenom procesu izgaranje se uglavnom događa s površine.

Do homogenog izgaranja može doći u kinetičkom i difuzijskom području.

Kod kinetičkog izgaranja unaprijed se provodi potpuno miješanje goriva sa zrakom, a prethodno pripremljena mješavina goriva i zraka dovodi se u zonu izgaranja. U ovom slučaju glavnu ulogu imaju kemijski procesi povezane s tijekom reakcija oksidacije goriva. Kod difuzijskog homogenog izgaranja, miješanje i sagorijevanje nisu odvojeni i odvijaju se gotovo istodobno. U tom se slučaju proces izgaranja određuje miješanjem, budući da je vrijeme miješanja puno duže od vremena potrebnog za nastanak kemijske reakcije. Dakle, ukupno vrijeme procesa izgaranja zbroj je vremena stvaranja smjese (τ cm) i vremena stvarne kemijske reakcije (τ x), tj.

S kinetičkim izgaranjem, kada je smjesa pripremljena prije

U difuzijskom izgaranju, naprotiv, vrijeme miješanja je nemjerljivo duže od vremena kemijske reakcije

S heterogenim izgaranjem čvrsto gorivo također razlikuju područja kinetičke i difuzijske reakcije. Kinetičko područje nastaje kada brzina difuzije u porama goriva znatno premaši brzinu kemijske reakcije; difuzijsko područje nastaje kada je omjer brzina difuzije i izgaranja obrnut.

Sa stajališta stvaranja smjese, provedenog uz pomoć plinskih plamenika, organizacija izgaranja goriva u struji zraka može se provesti na temelju tri načela: difuzijskog, kinetičkog i mješovitog.

Nastanak plamena

Do izbijanja plamena (paljenja goriva) može doći tek nakon što je postignut potreban kontakt molekula goriva i oksidanta. Svaka reakcija oksidacije teče oslobađanjem topline. U početku se oksidacijska reakcija odvija sporo s oslobađanjem male količine topline. Međutim, oslobođena toplina povećava temperaturu i ubrzava reakciju, što zauzvrat dovodi do snažnijeg oslobađanja topline, što opet ima blagotvoran učinak na razvoj reakcije. Dakle, dolazi do postupnog povećanja brzine reakcije do trenutka paljenja, nakon čega reakcija teče vrlo velikom brzinom i ima lavinski karakter. U oksidacijskim reakcijama mehanizam kemijske reakcije i toplinske karakteristike oksidacijskog procesa međusobno su neraskidivo povezane. Primarni faktor je kemijska reakcija, a sekundarni faktor je stvaranje topline. Obje ove pojave usko su povezane i utječu jedna na drugu.

Utvrđeno je da je paljenje moguće i pod izotermnim uvjetima i s povećanjem temperature. U prvom slučaju dolazi do takozvanog lančanog paljenja u kojem se brzina reakcije povećava kao posljedica povećanja broja aktivnih centara koji nastaju samo kao posljedica kemijske interakcije. Najčešće se paljenje događa u neizotermnim uvjetima, kada dolazi do povećanja broja aktivnih centara kao rezultat kemijske interakcije i toplinskog djelovanja. U praktični uvjeti obično pribjegavaju umjetnom paljenju goriva, uvođenjem u zonu izgaranja određena količina topline, što dovodi do naglog ubrzanja trenutka dosezanja paljenja.

Temperatura paljenja nije fizikalno -kemijska konstanta određena samo svojstvima smjese; određena je uvjetima procesa, odnosno prirodom izmjene topline s okolinom (temperatura, oblik posude itd.).

Temperature paljenja različitih goriva prikazane su u tablici 5.

Stol. 5 - Temperature paljenja u zraku pri atmosferi

sferni tlak.

Osim temperature, veliki utjecaj na proces paljenja goriva utječe koncentracija zapaljive komponente u smjesi. Postoje takve minimalne i maksimalne koncentracije zapaljive komponente, ispod i iznad kojih ne može doći do prisilnog paljenja. Ove granice koncentracije nazivaju se donja i gornja granica koncentracije zapaljivosti; njihove vrijednosti za neke plinove date su u tablici 6.

Tablica 6 - Granice zapaljivosti u mješavinama zraka i kisika pri atmosferski pritisak i temperaturom od 20 o S

Za utvrđivanje granica paljenja industrijskih plinova, koji su mješavina različitih zapaljivih komponenti, upotrijebite pravilo Le Chatelier, prema kojem

Glavni uvjeti izgaranja su: prisutnost zapaljive tvari, ulazak oksidanta u zonu kemijske reakcije i kontinuirano oslobađanje topline potrebne za održavanje izgaranja.

Zona izgaranja

Zona zahvaćena toplinom

zona dima prostor uz zonu izgaranja u njega onemogućuje dolazak ljudi bez zaštite dišnog sustava

A - početna faza požar - od pojave nekontroliranog lokalnog izvora izgaranja do potpunog pokrivanja prostorije plamenom. Prosječna sobna temperatura je niska, ali lokalne temperature unutar i oko zone izgaranja mogu doseći značajne razine.

(

C - Faza propadanja požara - intenzitet procesa izgaranja u prostorijama počinje se smanjivati ​​zbog potrošnje najvećeg dijela zapaljivih materijala u prostoriji ili utjecaja sredstava za gašenje.

6. Čimbenici koji karakteriziraju mogući razvoj požara (navesti i objasniti). Požarne zone i pozornice. Faze razvoja požara, njihove značajke.

Zona izgaranja dio prostora u kojem se odvija proces kemijskog razlaganja i isparavanja

Zona zahvaćena toplinom postoji proces izmjene topline između m / d površine i plamena, m / d ograđene konstrukcije i samog zapaljivog materijala

Zona dima prostor uz zonu izgaranja u njega onemogućuje dolazak ljudi bez zaštite dišnog sustava

U procesu razvoja požara razlikuju se 3 faze:

A - početna faza vatra- od pojave nekontroliranog lokalnog izvora izgaranja do potpunog pokrivanja prostorije plamenom. Prosječna sobna temperatura je niska, ali lokalne temperature unutar i oko zone izgaranja mogu doseći značajne razine.

B - Faza potpunog razvoja požara ( ili je požar potpuno zahvatio zgradu). Svi zapaljivi materijali i materijali u prostoriji su u plamenu. Intenzitet oslobađanja topline iz gorućih objekata doseže maksimum, što dovodi do brzog povećanja temperature u prostoriji do maksimuma (do 1100C)

C - Faza propadanja požara - intenzitet procesa izgaranja u prostorijama počinje se smanjivati ​​zbog potrošnje najvećeg dijela zapaljivih materijala u prostoriji ili izloženosti sredstvima za gašenje.

7. Pokazatelji opasnosti od požara i eksplozije tvari i materijala (navesti glavne, dati definicije, okarakterizirati njihovu primjenjivost ovisno o agregatnom stanju).

pokazatelji opasnosti od požara i eksplozije tvari i materijala - skup svojstava tvari (materijala) koji karakteriziraju njihovu sposobnost pokretanja i širenja izgaranja. Razlikujte prema agregatnom stanju:

plinovi - tvari čiji tlak zasićene pare pri temperaturi od 25 ° C i tlaku od 101,3 kPa prelazi 101,3 kPa;

tekućine - tvari čiji je tlak zasićene pare pri temperaturi od 25 ° C i tlaku od 101,3 kPa manji od 101,3 kPa; tekućine također uključuju krute tvari za taljenje, čija je točka taljenja ili tačka ispadanja manja od 50 ° C;

krute tvari (materijali) - pojedinačne tvari i njihovi mješoviti sastavi s talištem ili talištem većim od 50 ° C, kao i tvari koje nemaju talište (npr. drvo, tkanine itd.);

prašinom raspršene krute tvari (materijali) s veličinom čestica manjom od 850 mikrona.

8. Definirajte i objasnite sljedeće pojmove: zapaljivost; vatra; nezapaljivi materijali; teško zapaljivi materijali; zapaljivi materijali. Navedite glavne metode za određivanje zapaljivosti čvrstih materijala (bez detaljnog objašnjenja njihove suštine).

Zapaljivo - sposobnost ulaza i materijala da se zapale.

Izgaranje - početak izgaranja pod utjecajem izvora paljenja.

Gorući početak - početak podjele. toplina u jezeru, popraćena luminiscencijom itd.

Sklonost uzvišenom.- sposobnost materijala za samoprevoz, paljenje / tinjanje iz različitih razloga.

U pogledu zapaljivosti, otoci i materijali podijeljeni su u 3 skupine:

nezapaljivo (nezapaljivo)- pod utjecajem požara / visoko. t o se ne zapali, ne tinja i ne zagori (prirodni i umjetni organski materijali koji se koriste u građevinarstvu), w / v i materijali koji ne mogu gorjeti u zraku. Nezapaljivi materijali m / b protuzračna obrana (npr. Oksidi ili w / w, koji ispuštaju zapaljive proizvode pri interakciji s vodom, kisikom, zrakom itd. Itd.);

teško zapaljivo (teško zapaljivo)- pod utjecajem požara / visoko. t o se teško pali, tinja i ugljiči i nastavlja gorjeti / tinjati samo u prisutnosti izvora paljenja (goriva i materijali koji se sastoje od zapaljivih i nezapaljivih: polimernih materijala);

zapaljiv (zapaljiv)-zapaliti, tinjati i nastaviti sa sagorijevanjem nakon uklanjanja izvora paljenja (svi organski materijali koji ne zadovoljavaju zahtjeve nezapaljivih i teško spaljivih materijala); Prilikom definiranja skupine materijala metodom kalorimetrije kao opće pravilo. pok-l zapaljivost, t.j. rel-e količine topline koju uzorak oslobađa tijekom izgaranja do količine topline koju oslobađa izvor paljenja. Nesgor. m. kod mačke. k0.1, teška planina. m. do = 0,1-0,5, izgaranje. m. do = 2,1.

Primjenjuje se s klasifikatorom. in-in i materijali o zapaljivosti; pri određivanju kategorije prostora za zračni prostor i softver u skladu sa zahtjevima normi tehnologa. oblikovati; pri razvoju mjera za osiguranje sigurnosti.

Stupanju izgaranja prethodi stupanj paljenja goriva povezano s njegovim zagrijavanjem. Za ovu fazu nije potreban kisik, a tijekom njezina tijeka samo gorivo je potrošač topline. Što brže raste temperatura goriva, intenzivnije se nastavlja paljenje. Očito su čimbenici koji odgađaju paljenje: visoka vlaga goriva, visoka temperatura paljenja, mala površina goriva koja apsorbira toplinu, niska početna temperatura goriva i dovod nezagrijanog zraka u peć.

Stupanj izgaranja glavni je potrošač zraka. U ovoj fazi se oslobađa najveći dio topline goriva i razvijaju se najviše temperature. Što gorivo ispušta više hlapljivih tvari, izgaranje se intenzivnije odvija i zrak mora biti koncentriraniji. Stupanj nakon izgaranja zahtijeva malo zraka; prema tome, ovdje se stvara malo topline.

Faza izgaranja vodika najduža je u životu zvijezde. Svjetlost fotona zvijezda na glavnom nizu, gdje vodik gori, u pravilu je manja nego u sljedećim fazama evolucije, a njihova svjetlina neutrina znatno je niža, zbog činjenice da središnje temperature ne prelaze - 4 107 K Stoga su zvijezde glavnog niza najčešće zvijezde u Galaksiji i u svemiru (vidi pogl.

Faza izgaranja vodika u jezgri traje većinu života zvijezde, a zvijezde s masom reda Sunca ostaju na glavnom nizu oko 1010 godina. Odgovarajući stupanj za zvijezde s masom od 20 MQ traje samo 106 godina, dok bi zvijezde s masom od 0 ZM0 u ovoj fazi trebale provesti 3 1011 godina, što je 30 puta više od starosti Galaksije.

Stupanj izgaranja plinovitih goriva i koksa popraćen je oslobađanjem topline koja osigurava povećanje temperatura potrebnih za ubrzanje oksidacijskih reakcija koksa.

Tijekom faze izgaranja potroši se većina zraka i oslobađa se većina topline goriva. Temperature u ovoj fazi procesa dosežu najveće vrijednosti... Stoga najbrže izgaranje hlapljivih tvari zahtijeva koncentrirani dovod zraka i veliku pozornost kako bi se osiguralo brzo i potpuno stvaranje smjese.

Stupanj izgaranja uključuje sagorijevanje hlapljivih tvari, koksa na temperaturama iznad 1000 C, popraćeno potrošnjom većine potrebnog zraka i oslobađanjem glavne količine topline. Stupanj izgaranja karakterizira najviša temperatura. Izgaranje hlapivih tvari događa se brzo, stoga je iznimno važno opskrbiti dovoljnu količinu zraka koncentrirano u uvjetima potpunog stvaranja smjese. Koks gori sporije, a reakcija ugljika s kisikom događa se na površini čestica koksa. Što je gorivo finije usitnjeno, to je veća brzina izgaranja koksa. Posljednja faza izgaranja krutog goriva je dogorijevanje koje zahtijeva manje zraka i prati ga manje topline. Razvoj ove faze kasni zbog omotavanja čestica koksa pepelom, što otežava pristup zraka do njih, osobito u gorivima s pepelom s niskim topljenjem.

Drugo, stupanj izgaranja koksnog ostatka je najdulji od svih stupnjeva i može potrajati do 90% ukupnog vremena potrebnog za izgaranje.

Gore navedene faze izgaranja tekućeg goriva - zagrijavanje, isparavanje i pirogenetsko raspadanje čestica raspršenog goriva često se odvijaju nedovoljno učinkovito; štoviše, nedovoljno se mogu kontrolirati, što je uzrokovalo pojavu mlaznica plamenika s prethodnom rasplinjavanjem tekućeg goriva.

Na početku faze izgaranja, odmah nakon trenutka paljenja goriva, temperatura još nije jako visoka. Sukladno tome, i brzina gorenja je niska. Stoga su brzo paljenje goriva i brzi porast temperature procesa vrlo važni. Nadalje, u glavnom dijelu faze izgaranja, razina temperature u kotlovskim pećima već je prilično visoka. Shodno tome, brzina reakcije ugljika s kisikom na površini čestica koksa također je velika. Stoga je brzina izgaranja koksa ograničena u glavnom dijelu stupnja izgaranja koksa ne ovim faktorom, već difuzijskim procesima opskrbe kisika gorućim česticama, koji se odvijaju relativno sporije. Na ispravna organizacija U početnom dijelu faze izgaranja ti su procesi u većini slučajeva glavni čimbenik koji regulira intenzitet izgaranja koksa u kotlovskim pećima.

Izgaranje goriva je proces oksidacije zapaljivih komponenti koji se javlja pri visokim temperaturama i popraćen je oslobađanjem topline. Priroda izgaranja određena je mnogim čimbenicima, uključujući način izgaranja, dizajn peći, koncentraciju kisika itd. Ali uvjeti protoka, trajanje i krajnji rezultati procesi izgaranja uvelike ovise o sastavu, fizikalnim i kemijskim karakteristikama goriva.

Sastav goriva

Čvrsta goriva uključuju ugljen i mrki ugljen, treset, uljne škriljevce i drvo. Ove vrste goriva složeni su organski spojevi sastavljeni uglavnom od pet elemenata - ugljika C, vodika H, ​​kisika O, sumpora S i dušika N. Gorivo također sadrži vlagu i nezapaljivo minerali koji nakon izgaranja tvore pepeo. Vlaga i pepeo vanjski su balast goriva, dok su kisik i dušik unutarnji.

Glavni element zapaljivog dijela je ugljik, on određuje oslobađanje najveće količine topline. Međutim, što je veći udio ugljika u krutom gorivu, teže se pali. Tijekom izgaranja vodik oslobađa 4,4 puta više topline od ugljika, ali je njegov udio u sastavu krutih goriva mali. Kisik, koji nije element koji stvara toplinu i veže vodik i ugljik, smanjuje toplinu izgaranja, stoga je nepoželjan element. Njegov sadržaj posebno je visok u tresetu i drvu. Količina dušika u krutim gorivima je mala, ali može stvoriti okside koji su štetni za okoliš i ljude. Sumpor je također štetna nečistoća, emitira malo topline, ali nastali oksidi dovode do korozije metala kotlova i onečišćenja atmosfere.

Specifikacije goriva i njihov utjecaj na proces izgaranja

Najvažniji tehničke karakteristike goriva su: toplina izgaranja, prinos hlapljivih tvari, svojstva nehlapnih ostataka (koks), sadržaj pepela i sadržaj vlage.

Toplina izgaranja goriva

Kalorijska vrijednost je količina topline koja se oslobađa tijekom potpunog sagorijevanja jedinice mase (kJ / kg) ili volumena goriva (kJ / m3). Razlikovati veću i nižu toplinu izgaranja. Najveća uključuje toplinu oslobođenu tijekom kondenzacije para sadržanih u proizvodima izgaranja. Prilikom sagorijevanja goriva u kotlovskim pećima, ispušni dimni plinovi imaju temperaturu pri kojoj je vlaga u stanju pare. Stoga se u ovom slučaju koristi manja toplina izgaranja, koja ne uzima u obzir toplinu kondenzacije vodene pare.

Sastav i neto toplinska vrijednost svih poznatih ležišta ugljena određeni su i dati u proračunskim karakteristikama.

Otpuštanje hlapljivih tvari

Pri zagrijavanju krutog goriva bez pristupa zraka pod utjecajem visoka temperatura prvo se oslobađa vodena para, a zatim dolazi do toplinskog razlaganja molekula s oslobađanjem plinovitih tvari, nazvanih hlapljive tvari.

Oslobađanje hlapljivih tvari može se dogoditi u temperaturnom rasponu od 160 do 1100 ° C, ali u prosjeku - u temperaturnom rasponu od 400-800 ° C. Temperatura početka oslobađanja hlapljivih tvari, količina i sastav plinovitih proizvoda ovise o kemijskom sastavu goriva. Što je gorivo kemijski starije, manje je oslobađanje hlapljivih tvari i veća je temperatura njihovog početka oslobađanja.

Hlapljive tvari omogućuju ranije paljenje čestica i imaju značajan učinak na izgaranje goriva. Goriva mlađih godina - treset, mrki ugljen - lako se pale, brzo i gotovo potpuno izgaraju. Nasuprot tome, goriva s niskim hlapljivim tvarima, poput antracita, teže je zapaliti, gore mnogo sporije i ne sagorijevaju u potpunosti (s povećanim gubitkom topline).

Svojstva nehlapljivih ostataka (koksa)

Kruti dio goriva preostao nakon oslobađanja hlapljivih tvari, koji se sastoji uglavnom od ugljika i mineralnog dijela, naziva se koks. Ostaci koksa mogu, ovisno o svojstvima organskih spojeva uključenih u zapaljivu masu: zapečeni, blago zapečeni (razgrađeni nakon izlaganja), praškasti. Antracit, treset, mrki ugljen daju praškasti nehlapljivi ostatak. Većina bitumenskog ugljena je sinterirana, ali ne uvijek jako. Ljepljivi ili praškasti nehlapljivi ostaci daju ugljen s vrlo visokim prinosom hlapljivih tvari (42-45%) i s vrlo niskim prinosom (manje od 17%).

Struktura ostataka koksa važna je pri sagorijevanju ugljena u rešetkama. Prilikom ulijetanja kotlovi na struju karakteristika koksa nije jako važna.

Sadržaj pepela

Kruto gorivo sadrži najveći broj nezapaljive mineralne nečistoće. To su prvenstveno glina, silikati, željezni pirit, ali i željezov oksid, sulfati, karbonati i silikati željeza, oksidi raznih metala, kloridi, lužine itd. Većina njih pada tijekom rudarstva u obliku stijena, između kojih leže ugljeni slojevi, ali postoje i mineralne tvari koje su prešle u gorivo iz tvornica ugljena ili u procesu pretvaranja njegove izvorne mase.

Prilikom sagorijevanja goriva mineralne nečistoće prolaze kroz niz reakcija, uslijed čega nastaje kruti nezapaljivi ostatak zvan pepeo. Težina i sastav pepela nisu identični težini i sastavu mineralnih nečistoća goriva.

Svojstva pepela imaju važnu ulogu u organizaciji rada kotla i peći. Njegove čestice, koje odnose produkti izgaranja, pri velikim brzinama abraziraju grijaće površine, a pri malim se talože na njih, što dovodi do pogoršanja prijenosa topline. Ash je odnio u dimnjak, sposoban nanijeti štetu okoliš, kako bi se to izbjeglo, potrebna je ugradnja sakupljača pepela.

Važno svojstvo pepela je njegova topljivost; razlikuju vatrostalni (iznad 1425 ° C), srednje topljivi (1200-1425 ° C) i slabo topljivi (manje od 1200 ° C) pepeo. Pepeo koji je prošao fazu taljenja i pretvorio se u sinteriranu ili stopljenu masu naziva se troska. Temperaturna karakteristika topljivosti pepela ima veliku važnost kako bi se osigurao pouzdan rad površina peći i kotlova, pravi izbor temperatura plinova u blizini ovih površina eliminirat će šljaku.

Vlaga je nepoželjna komponenta goriva, ona je, zajedno s mineralnim nečistoćama, balastna i smanjuje sadržaj zapaljivog dijela. Osim toga, smanjuje toplinsku vrijednost jer je za njegovo isparavanje potrebna dodatna energija.

Vlaga u gorivu može biti unutarnja ili vanjska. Vanjska vlaga se nalazi u kapilarama ili se zadržava na površini. S kemijskom dobi, količina kapilarne vlage se smanjuje. Što su manji komadi goriva, veća je površinska vlaga. Unutarnja vlaga ulazi u organsku tvar.

Načini sagorijevanja goriva ovisno o vrsti peći

Glavne vrste uređaja za izgaranje:

• slojevit,
• komora.

Slojne peći su dizajnirane za sagorijevanje grudvastog krutog goriva. Mogu biti guste i fluidizirane. Pri gorenju u gustom sloju zrak za izgaranje prolazi kroz sloj bez utjecaja na njegovu stabilnost, odnosno gravitacija gorućih čestica premašuje dinamički tlak zraka. Pri gorenju u fluidiziranom sloju zbog povećana brzinačestice zraka prelaze u stanje "vrenja". U tom slučaju dolazi do aktivnog miješanja oksidanta i goriva, zbog čega se sagorijevanje goriva pojačava.

U komornim pećima se sagorijeva kruto praškasto gorivo, kao i tekuće i plinovito. Komorske peći dijele se na ciklonske i baklje. Tijekom sagorijevanja baklje čestice ugljena ne smiju biti veće od 100 mikrona, izgaraju u volumenu komore za izgaranje. Ciklonsko sagorijevanje dopušta veće veličinečestice, pod utjecajem centrifugalnih sila, bacaju se na stijenke peći i potpuno izgaraju u vrtložnom toku u zoni visokih temperatura.

Izgaranje goriva. Glavne faze procesa

U procesu sagorijevanja krutog goriva mogu se razlikovati određene faze: zagrijavanje i isparavanje vlage, sublimacija hlapljivih tvari i stvaranje ostataka koksa, izgaranje hlapljivih tvari i koksa te stvaranje troske. Ova podjela procesa izgaranja relativno je proizvoljna, jer iako se ove faze odvijaju uzastopno, one se djelomično preklapaju. Dakle, sublimacija hlapljivih tvari započinje prije konačnog isparavanja sve vlage, do stvaranja hlapljivih tvari dolazi istodobno s procesom njihovog izgaranja, baš kao što početak oksidacije koksnog ostatka prethodi završetku izgaranja hlapljivih tvari, a dogorijevanje koksa može se nastaviti i nakon stvaranja troske.

Vrijeme protoka svake faze procesa izgaranja uvelike je određeno svojstvima goriva. Stupanj izgaranja koksa traje najduže, čak i za goriva s visokim isparljivim prinosom. Razni čimbenici rada i značajke dizajna peći.

1. Priprema goriva prije paljenja

Gorivo koje ulazi u peć zagrijava se, uslijed čega, u prisutnosti vlage, isparava i gorivo se suši. Vrijeme potrebno za zagrijavanje i sušenje ovisi o količini vlage i temperaturi pri kojoj se gorivo dovodi do uređaja za izgaranje. Za goriva s visokim udjelom vlage (treset, vlažni smeđi ugljen) faza zagrijavanja i sušenja relativno je duga.

Gorivo se dovodi u složene peći na temperaturi blizu temperature okoline. Samo u zimsko vrijeme u slučaju smrzavanja ugljena njegova je temperatura niža nego u kotlovnici. Za izgaranje u pećima za bušenje i vrtloženje, gorivo se podvrgava drobljenju i mljevenju, uz sušenje vrućim zrakom ili dimnim plinovima. Što je temperatura dolaznog goriva viša, potrebno je manje vremena i topline za zagrijavanje do temperature paljenja.

Sušenje goriva u peći nastaje zbog dva izvora topline: konvektivne topline produkata izgaranja i topline zračenja baklje, obloge i troske.

U komornim pećima zagrijavanje se provodi uglavnom zbog prvog izvora, odnosno miješanja proizvoda izgaranja u gorivo na mjestu njegova ulaska. Stoga je jedan od važnih zahtjeva za projektiranje uređaja za uvođenje goriva u peć pećnica osigurati intenzivno usisavanje produkata izgaranja. Viša temperatura u ložištu također doprinosi kraćem vremenu zagrijavanja i sušenja. U tu svrhu, pri sagorijevanju goriva s početkom oslobađanja hlapljivih tvari na visokim temperaturama (više od 400 ° C), u komornim pećima izrađuju se zapaljivi pojasevi, odnosno zaštitne cijevi zatvaraju se vatrostalnim termoizolacijski materijal kako bi im se smanjila toplinska percepcija.

Prilikom sagorijevanja goriva u sloju, uloga svake vrste izvora topline određena je dizajnom peći. U pećima s lančanim rešetkama zagrijavanje i sušenje uglavnom se vrši toplinom plamenika. U pećima s fiksnom rešetkom i dovodom goriva odozgo dolazi do zagrijavanja i sušenja zbog produkata izgaranja koji se kreću kroz sloj odozdo prema gore.

U procesu zagrijavanja na temperaturama iznad 110 ° C počinje toplinsko razlaganje organskih tvari koje sačinjavaju goriva. Najmanje jaki spojevi su oni koji sadrže značajnu količinu kisika. Ti se spojevi raspadaju na relativno niskim temperaturama stvaranjem hlapljivih tvari i krutog ostatka, koji se sastoji uglavnom od ugljika.

Mlada po kemijski sastav goriva koja sadrže puno kisika imaju nisku temperaturu početka oslobađanja plinovitih tvari i daju ih veći postotak. Goriva s niskim udjelom kisikovih spojeva imaju nisko isparavanje i veće plamište.

Utječe i sadržaj molekula u krutim gorivima, koja se pri zagrijavanju lako raspadaju reaktivnost nehlapljivi ostaci. Prvo, raspadanje zapaljive mase događa se uglavnom na vanjskoj površini goriva. S daljnjim zagrijavanjem, unutar čestica goriva počinju se događati pirogenetske reakcije, u njima raste tlak i puca vanjski omotač. Pri sagorijevanju goriva s visokim prinosom hlapljivih tvari koksni ostatak postaje porozan i ima veću površinu u odnosu na gusti kruti ostatak.

2. Proces izgaranja plinovitih spojeva i koksa

Stvarno izgaranje goriva počinje paljenjem hlapljivih tvari. Tijekom razdoblja pripreme goriva događaju se razgranate lančane reakcije oksidacije plinovitih tvari, u početku se te reakcije odvijaju niskim brzinama. Otpuštenu toplinu percipiraju površine peći i djelomično se akumuliraju u obliku energije pokretnih molekula. Ovo posljednje dovodi do povećanja stope lančanih reakcija. Na određena temperatura oksidacijske reakcije odvijaju se takvom brzinom da oslobođena toplina potpuno pokriva apsorpciju topline. Ova temperatura je točka paljenja.

Temperatura paljenja nije konstanta, ovisi i o svojstvima goriva i o uvjetima u zoni paljenja, u prosjeku je 400-600 ° C. Nakon paljenja plinovite smjese, daljnje samo-ubrzanje oksidacijskih reakcija uzrokuje povećanje temperature. Za održavanje izgaranja potrebna je stalna opskrba oksidantom i zapaljivim tvarima.

Paljenjem plinovitih tvari dolazi do omotavanja čestica koksa u požarnu ovojnicu. Sagorijevanje koksa počinje kada se sagorijevanje hlapivih tvari završi. Čvrsta čestica zagrijava se do visoke temperature, a kako se smanjuje količina hlapivih tvari, smanjuje se debljina graničnog gorućeg sloja, kisik doseže vrelu površinu ugljika.

Izgaranje koksa počinje pri temperaturi od 1000 ° C i najduži je proces. Razlog je to što se, prvo, smanjuje koncentracija kisika, a drugo, heterogene reakcije teku sporije od homogenih. Zbog toga je trajanje izgaranja čestica krutog goriva uglavnom određeno vremenom sagorijevanja koksnog ostatka (oko 2/3 ukupnog vremena). Za goriva s visokim prinosom hlapljivih tvari, kruti ostatak je manji od ½ početne mase čestica, pa se njihovo sagorijevanje događa brzo, a mogućnost podgorijevanja je mala. Kemijski stara goriva imaju gustu česticu čije izgaranje traje gotovo cijelo vrijeme provedeno u peći.

Koksni ostaci većine krutih goriva uglavnom su, a za neke vrste, u potpunosti sastavljeni od ugljika. Do izgaranja krutog ugljika dolazi stvaranjem ugljičnog monoksida i ugljičnog dioksida.

Optimalni uvjeti za odvođenje topline

Stvaranje optimalni uvjeti za izgaranje ugljika - osnova za ispravnu konstrukciju tehnološke metode izgaranja krutih goriva u kotlovskim jedinicama. Sljedeći čimbenici mogu utjecati na postizanje najvećeg oslobađanja topline u peći: temperatura, višak zraka, stvaranje primarne i sekundarne smjese.

Temperatura. Oslobađanje topline tijekom izgaranja goriva značajno ovisi temperaturni režim peći. Uz relativno niske temperature dolazi do nepotpunog izgaranja zapaljivih tvari u jezgri plamenika, ugljikov monoksid, vodik, ugljikovodici ostaju u proizvodima izgaranja. Na temperaturama od 1000 do 1800-2000 ° C moguće je potpuno izgaranje goriva.

Višak zraka. Specifična proizvodnja topline dostiže svoju najveću vrijednost s potpunim izgaranjem i omjerom viška zraka od jedinice. S smanjenjem omjera viška zraka, oslobađanje topline se smanjuje, jer nedostatak kisika dovodi do oksidacije manje goriva. Razina temperature se smanjuje, brzine reakcije se smanjuju, što dovodi do naglog smanjenja oslobađanja topline.

Povećanje omjera viška zraka veće od jedinice smanjuje stvaranje topline čak i više od nedostatka zraka. U stvarnim uvjetima izgaranja goriva u kotlovskim pećima granične vrijednosti oslobađanja topline nisu dosegnute jer postoji nepotpuno izgaranje. To uvelike ovisi o tome kako su organizirani procesi stvaranja smjese.

Postupci miješanja. U komornim pećima primarno miješanje postiže se sušenjem i miješanjem goriva sa zrakom, opskrbom dijela zraka (primarnog) do zone pripreme, stvaranjem široko otvorene baklje sa širokom površinom i velikom turbulizacijom, korištenjem zagrijanog zraka.

U slojevitim pećima primarni zadatak miješanja je opskrba potrebne količine zraka različite zone gori na rešetki.

Kako bi se osiguralo naknadno izgaranje plinovitih produkata nepotpunog izgaranja i koksa, organizirani su procesi sekundarne smjese. Ti su procesi olakšani: dovodom sekundarnog zraka velikom brzinom, stvaranjem takve aerodinamike, u kojoj se postiže ravnomjerno punjenje cijele peći bakljom i, posljedično, vrijeme zadržavanja plinova i čestica koksa u peći. povećava.

3. Formiranje troske

U procesu oksidacije zapaljive mase krutog goriva dolazi do značajnih promjena i u mineralnim nečistoćama. Tvari s niskim taljenjem i legure s niskim talištem otapaju vatrostalne spojeve.

Preduvjet za normalan rad kotlova je neprekidno uklanjanje produkata izgaranja i nastale troske.

Tijekom sagorijevanja sloja, stvaranje troske može dovesti do mehaničkog podgorijevanja - mineralne nečistoće obavijaju nesagorjele čestice koksa, ili viskozna troska može blokirati zračne prolaze, blokirajući pristup kisika gorućem koksu. Kako bi se smanjilo podgorijevanje, koriste se različite mjere - u pećima s lančanim rešetkama povećava se vrijeme provedeno na rešetki troske i često se vrši šuranje.

U slojevitim pećima troska se uklanja u suhom obliku. U komornim pećima uklanjanje troske može biti suho ili tekuće.

Dakle, izgaranje goriva je složen fizikalno -kemijski proces na koji utječe veliki broj različitih čimbenika, no svi se oni moraju uzeti u obzir pri projektiranju kotlova i peći.