Καύση στερεού καυσίμου: χαρακτηριστικά και χαρακτηριστικά των κύριων τύπων. Μεγάλη εγκυκλοπαίδεια πετρελαίου και φυσικού αερίου

Η διαδικασία καύσης του στερεού καυσίμου μπορεί να αναπαρασταθεί ως μια σειρά διαδοχικών σταδίων. Πρώτον, το καύσιμο θερμαίνεται και η υγρασία εξατμίζεται. Στη συνέχεια, σε θερμοκρασίες άνω των 100 ° C, αρχίζει η πυρογενής αποσύνθεση σύνθετων υψηλών μοριακών οργανικών ενώσεων και η απελευθέρωση πτητικών ενώ η θερμοκρασία της έναρξης της απελευθέρωσης πτητικών εξαρτάται από τον τύπο του καυσίμου και τον βαθμό της εξουδετέρωσης του ηλικία). Εάν η θερμοκρασία περιβάλλοντος υπερβαίνει τη θερμοκρασία ανάφλεξης των πτητικών ουσιών, αναφλέγονται, παρέχοντας έτσι επιπλέον θέρμανση του σωματιδίου οπτάνθρακα πριν αναφλεγεί. Όσο υψηλότερη είναι η απόδοση των πτητικών, τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία της ανάφλεξής τους, ενώ αυξάνεται η απελευθέρωση θερμότητας.

Το σωματίδιο του φούρνου οπτάνθρακα θερμαίνεται λόγω της θερμότητας των γύρω καυσαερίων και της απελευθέρωσης θερμότητας ως αποτέλεσμα της καύσης πτητικών και αναφλέγεται σε θερμοκρασία 800 ÷ 1000 ° C. Όταν καίτε στερεό καύσιμο σε κονιοποιημένη κατάσταση, και τα δύο στάδια (καύση πτητικών και οπτάνθρακα) μπορούν να αλληλεπικαλύπτονται, καθώς η θέρμανση του μικρότερου σωματιδίου άνθρακα συμβαίνει πολύ γρήγορα. Σε πραγματικές συνθήκες, ασχολούμαστε με μια πολυδιάσπαρτη σύνθεση σκόνης άνθρακα, επομένως, σε κάθε στιγμή του χρόνου, ορισμένα σωματίδια αρχίζουν να θερμαίνονται μόνο, άλλα βρίσκονται στο στάδιο της απελευθέρωσης πτητικών και άλλα βρίσκονται στο στάδιο της καύσης του κατάλοιπα κοκ.

Η διαδικασία καύσης ενός σωματιδίου φούρνου οπτάνθρακα παίζει καθοριστικό ρόλο στην εκτίμηση τόσο του συνολικού χρόνου καύσης καυσίμου όσο και της συνολικής απελευθέρωσης θερμότητας. Ακόμη και για καύσιμα με υψηλή απόδοση πτητικών (για παράδειγμα, καφέ άνθρακα κοντά στη Μόσχα), το υπόλειμμα οπτάνθρακα είναι 55% κατά βάρος και η απελευθέρωση θερμότητας είναι 66% του συνόλου. Και για καύσιμο με πολύ χαμηλή πτητική απόδοση (για παράδειγμα, DS), το υπόλειμμα οπτάνθρακα μπορεί να είναι περισσότερο από 96% του βάρους του ξηρού αρχικού σωματιδίου και η απελευθέρωση θερμότητας κατά την καύση του, αντίστοιχα, είναι περίπου 95% του σύνολο.

Μελέτες για την καύση καταλοίπων οπτάνθρακα αποκάλυψαν την πολυπλοκότητα αυτής της διαδικασίας.

Όταν καίγεται άνθρακας, δύο πρωταρχικόςάμεσες ετερογενείς αντιδράσεις οξείδωσης:

C + O 2 = CO 2 + 34 MJ / kg; (δεκατέσσερα)

2C + O 2 = 2CO + 10,2 MJ / kg. (δεκαπέντε)

Ως αποτέλεσμα του σχηματισμού CO 2 και CO, δύο δευτερεύωναντιδράσεις:

οξείδωση του μονοξειδίου του άνθρακα 2CO + O 2 = 2CO2 + 12,7 MJ / kg; (δεκαέξι)

μείωση του διοξειδίου του άνθρακα СО 2 + С = 2СО - 7,25 MJ / kg. (17)

Επιπλέον, παρουσία υδρατμών στην καυτή επιφάνεια του σωματιδίου, δηλ. στην περιοχή υψηλής θερμοκρασίας, η αεριοποίηση συμβαίνει με την απελευθέρωση υδρογόνου:

C + H 2 O = CO + H 2. (δεκαοχτώ)

Οι ετερογενείς αντιδράσεις (14, 15, 17 και 18) υποδεικνύουν άμεση καύση άνθρακα, συνοδευόμενη από απώλεια βάρους του σωματιδίου άνθρακα. Μια ομοιογενής αντίδραση (16) προχωρά κοντά στην επιφάνεια ενός σωματιδίου λόγω του οξυγόνου που διαχέεται από τον περιβάλλοντα όγκο και αντισταθμίζει τη μείωση του επιπέδου θερμοκρασίας της διαδικασίας που προκύπτει ως αποτέλεσμα της ενδοθερμικής αντίδρασης (17).

Η αναλογία μεταξύ CO και CO 2 στην επιφάνεια των σωματιδίων εξαρτάται από τη θερμοκρασία των αερίων σε αυτήν την περιοχή. Έτσι, για παράδειγμα, σύμφωνα με πειραματικές μελέτες, σε θερμοκρασία 1200 ° C, η αντίδραση προχωρά

4C + 3O 2 = 2CO + 2CO 2 (E = 84 ÷ 125 kJ / g-mol),

και σε θερμοκρασίες άνω των 1500 ° C

3C + 2O 2 = 2CO + CO 2 (E = 290 ÷ 375 kJ / g-mol).

Προφανώς, στην πρώτη περίπτωση, τα CO και CO 2 απελευθερώνονται σε περίπου ίσες ποσότητες, ενώ με αύξηση της θερμοκρασίας, ο όγκος του CO που απελευθερώνεται είναι 2 φορές υψηλότερος από το CO 2.

Όπως ήδη αναφέρθηκε, ο ρυθμός καύσης εξαρτάται κυρίως από δύο παράγοντες:

1) ποσοστά χημικής αντίδρασης, η οποία καθορίζεται από τον νόμο του Αρχενίου και αναπτύσσεται γρήγορα με την αύξηση της θερμοκρασίας.

2) ρυθμός τροφής οξειδωτικού(οξυγόνο) στη ζώνη καύσης λόγω διάχυσης (μοριακό ή τυρβώδες).

Στην αρχική περίοδο της διαδικασίας καύσης, όταν η θερμοκρασία εξακολουθεί να μην είναι αρκετά υψηλή, ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης είναι επίσης χαμηλός, και υπάρχει περισσότερο από αρκετό οξειδωτικό στον όγκο που περιβάλλει το σωματίδιο καυσίμου και στην επιφάνειά του, δηλ. υπάρχει τοπική περίσσεια αέρα. Καμία βελτίωση στην αεροδυναμική του κλιβάνου ή του καυστήρα, που οδηγεί στην εντατικοποίηση της παροχής οξυγόνου στο καύσιμο σωματίδιο, δεν θα επηρεάσει τη διαδικασία καύσης, η οποία αναστέλλεται μόνο από το χαμηλό ρυθμό της χημικής αντίδρασης, δηλαδή κινητική. Αυτό - περιοχή κινητικής καύσης.

Καθώς προχωρά η διαδικασία καύσης, η θερμότητα απελευθερώνεται, η θερμοκρασία αυξάνεται και, κατά συνέπεια, ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης, ο οποίος οδηγεί σε ταχεία αύξηση της κατανάλωσης οξυγόνου. Η συγκέντρωσή του στην επιφάνεια των σωματιδίων μειώνεται σταθερά και στο μέλλον ο ρυθμός καύσης θα προσδιορίζεται μόνο από τον ρυθμό διάχυσης οξυγόνου στη ζώνη καύσης, η οποία είναι σχεδόν ανεξάρτητη από τη θερμοκρασία. Αυτό - περιοχή καύσης διάχυσης.

ΣΕ μεταβατική περιοχή καύσηςοι ρυθμοί χημικής αντίδρασης και διάχυσης είναι της ίδιας τάξης μεγέθους.

Σύμφωνα με το νόμο της μοριακής διάχυσης (νόμος του Fick), ο ρυθμός μεταφοράς διάχυσης οξυγόνου από τον όγκο στην επιφάνεια του σωματιδίου

Οπου - συντελεστής μεταφοράς μάζας διάχυσης ·

και - αντίστοιχα, οι μερικές πιέσεις του οξυγόνου στον όγκο και στην επιφάνεια.

Η κατανάλωση οξυγόνου στην επιφάνεια των σωματιδίων καθορίζεται από τον ρυθμό της χημικής αντίδρασης:

, (20)

Οπου κΕίναι ο ρυθμός αντίδρασης σταθερός.

Στη ζώνη μετάβασης σε σταθερή κατάσταση

,

από που
(21)

Αντικαθιστώντας το (21) στο (20), αποκτάμε μια έκφραση για τον ρυθμό καύσης στην περιοχή μετάβασης ως προς την κατανάλωση οξειδωτή (οξυγόνου):

(22)

Οπου
Είναι η πραγματική σταθερά ρυθμού της αντίδρασης καύσης.

Σε μια ζώνη σχετικά χαμηλών θερμοκρασιών (κινητική περιοχή)
, ως εκ τούτου, κ ε.φ. = κκαι η έκφραση (22) έχει τη μορφή:

,

εκείνοι. Οι συγκεντρώσεις οξυγόνου (μερικές πιέσεις) στον όγκο και στην επιφάνεια του σωματιδίου διαφέρουν λίγο μεταξύ τους και ο ρυθμός καύσης καθορίζεται σχεδόν πλήρως από τη χημική αντίδραση.

Με αύξηση της θερμοκρασίας, η σταθερά ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης αυξάνεται σύμφωνα με τον εκθετικό νόμο του Arrhenius (βλ. Εικ. 22), ενώ η μοριακή (διάχυση) μεταφορά μάζας εξαρτάται ασθενώς από τη θερμοκρασία, δηλαδή

.

Σε μια συγκεκριμένη τιμή της θερμοκρασίας T *, ο ρυθμός κατανάλωσης οξυγόνου αρχίζει να υπερβαίνει την ένταση της παροχής του από τον περιβάλλοντα όγκο, τους συντελεστές α ρεκαι κ γίνουν συγκρίσιμες ποσότητες της ίδιας τάξης, η συγκέντρωση οξυγόνου στην επιφάνεια αρχίζει να μειώνεται αισθητά και η καμπύλη ρυθμού καύσης αποκλίνει από τη θεωρητική καμπύλη κινητικής καύσης (νόμος του Arrhenius), αλλά εξακολουθεί να αυξάνεται αισθητά. Μια καμπή εμφανίζεται στην καμπύλη - η διαδικασία πηγαίνει σε μια ενδιάμεση (μεταβατική) περιοχή καύσης. Η σχετικά εντατική παροχή του οξειδωτικού παράγοντα εξηγείται από το γεγονός ότι λόγω της μείωσης της συγκέντρωσης οξυγόνου στην επιφάνεια του σωματιδίου, αυξάνεται η διαφορά στις μερικές πιέσεις του οξυγόνου στο όγκο και στην επιφάνεια.

Κατά τη διαδικασία εντατικοποίησης της καύσης, η συγκέντρωση οξυγόνου στην επιφάνεια γίνεται σχεδόν μηδέν, η παροχή οξυγόνου στην επιφάνεια εξαρτάται ασθενώς από τη θερμοκρασία και γίνεται πρακτικά σταθερή, δηλ. α ρε << κ, και, κατά συνέπεια, η διαδικασία πηγαίνει στην περιοχή διάχυσης

.

Στην περιοχή διάχυσης, επιτυγχάνεται αύξηση του ρυθμού καύσης εντείνοντας τη διαδικασία ανάμιξης καυσίμου με αέρα (βελτίωση καυστήρων) ή αυξάνοντας την ταχύτητα του αέρα που φυσά πάνω από το σωματίδιο (βελτίωση της αεροδυναμικής του κλιβάνου), ως αποτέλεσμα το οποίο μειώνεται το πάχος του οριακού στρώματος στην επιφάνεια και εντείνεται η παροχή οξυγόνου στο σωματίδιο.

Όπως έχει ήδη αναφερθεί, το στερεό καύσιμο καίγεται είτε με τη μορφή μεγάλων (χωρίς ειδική προετοιμασία) σβώλων (σε στρώσεις καύσης), είτε με τη μορφή θρυμματισμένων πετρών (ρευστοποιημένη κλίνη και δίνη χαμηλής θερμοκρασίας), ή με τη μορφή λεπτής σκόνης ( μέθοδος αναλαμπής).

Προφανώς, το καλύτερο σχετική ταχύτηταη εκτόξευση των σωματιδίων καυσίμου θα είναι κατά τη διάρκεια της καύσης στρώματος. Στην καύση στροβιλισμού και φωτοβολίδας, τα σωματίδια καυσίμου βρίσκονται στη ροή καυσαερίων και η σχετική ταχύτητα της εμφύσησής τους είναι πολύ χαμηλότερη από ότι σε μια σταθερή κλίνη. Προχωρώντας από αυτό, φαίνεται ότι η μετάβαση από την κινητική περιοχή στη διάχυση θα πρέπει πρώτα να γίνει για μικρά σωματίδια, δηλ. για σκόνη. Επιπλέον, ορισμένες μελέτες έχουν δείξει ότι ένα σωματίδιο σκόνης άνθρακα που αιωρείται σε ροή μείγματος αερίου-αέρα φυσά τόσο ασθενώς που τα εξελιγμένα προϊόντα καύσης σχηματίζουν ένα σύννεφο γύρω από αυτό, το οποίο αναστέλλει σημαντικά την παροχή οξυγόνου σε αυτό. Και η εντατικοποίηση της ετερογενούς καύσης σκόνης με τη μέθοδο φωτοβολίδας εξηγείται πιθανώς από μια εξαιρετικά σημαντική αύξηση της συνολικής επιφάνειας αντίδρασης. Ωστόσο, το προφανές δεν είναι πάντα αλήθεια. .

Η παροχή οξυγόνου στην επιφάνεια καθορίζεται από τους νόμους της διάχυσης. Οι έρευνες σχετικά με τη μεταφορά θερμότητας ενός μικρού σφαιρικού σωματιδίου σε μια στρωτή ροή αποκάλυψαν μια γενικευμένη εξάρτηση κριτηρίου:

Nu = 2 + 0,33Re 0,5.

Για μικρά σωματίδια οπτάνθρακα (στο Re< 1, что соответствует скорости витания мелких частиц), Nu → 2, т.е.

.

Υπάρχει μια αναλογία μεταξύ των διαδικασιών μεταφοράς θερμότητας και μάζας, καθώς και οι δύο καθορίζονται από την κίνηση των μορίων. Επομένως, οι νόμοι της μεταφοράς θερμότητας (νόμοι Fourier και Newton-Richman) και η μαζική μεταφορά (νόμος Fick) έχουν παρόμοια μαθηματική έκφραση. Η τυπική αναλογία αυτών των νόμων μάς επιτρέπει να γράφουμε σε σχέση με τις διαδικασίες διάχυσης:

,

από που
, (23)

όπου D είναι ο συντελεστής μοριακής διάχυσης (παρόμοιος με τον συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας λ στις θερμικές διεργασίες).

Όπως προκύπτει από τον τύπο (23), ο συντελεστής μεταφοράς μάζας διάχυσης α D είναι αντιστρόφως ανάλογος με την ακτίνα του σωματιδίου. Κατά συνέπεια, με μείωση του μεγέθους των σωματιδίων καυσίμου, η διαδικασία διάχυσης οξυγόνου στην επιφάνεια των σωματιδίων εντείνεται. Έτσι, κατά τη διάρκεια της καύσης της σκόνης άνθρακα, η μετάβαση στην καύση διάχυσης μετατοπίζεται προς υψηλότερες θερμοκρασίες (παρά την προηγουμένως σημειωθείσα μείωση στην ταχύτητα εμφύσησης των σωματιδίων).

Σύμφωνα με πολλές πειραματικές μελέτες που πραγματοποιήθηκαν από σοβιετικούς επιστήμονες στα μέσα του εικοστού αιώνα. (G.F. Knorre, L.N. Khitrin, A.S. Predvoditelev, V.V. Pomerantsev και άλλοι), στη ζώνη των συνήθων θερμοκρασιών του κλιβάνου (περίπου 1500 ÷ 1600 ° C), η καύση του σωματιδίου οπτάνθρακα μετατοπίζεται από την ενδιάμεση ζώνη στη διάχυση, όπου εντείνεται Η παροχή οξυγόνου έχει μεγάλη σημασία. Σε αυτήν την περίπτωση, με αύξηση της διάχυσης οξυγόνου στην επιφάνεια, η επιβράδυνση του ρυθμού καύσης ξεκινά σε υψηλότερη θερμοκρασία.

Ο χρόνος καύσης ενός σφαιρικού σωματιδίου άνθρακα στην περιοχή διάχυσης έχει μια τετραγωνική εξάρτηση από το αρχικό μέγεθος σωματιδίων:

,

Οπου ρ ο- αρχικό μέγεθος σωματιδίων ρ η- την πυκνότητα του σωματιδίου άνθρακα · ρε ο , Π ο , Τ ο- αντίστοιχα, οι αρχικές τιμές του συντελεστή διάχυσης, της πίεσης και της θερμοκρασίας ·
- την αρχική συγκέντρωση οξυγόνου στον όγκο του κλιβάνου σε σημαντική απόσταση από το σωματίδιο · β - στοιχειομετρικός συντελεστής, ο οποίος καθορίζει την αντιστοιχία της κατά βάρος κατανάλωσης οξυγόνου ανά μονάδα βάρους του καμένου άνθρακα σε στοιχειομετρικές αναλογίες · Τ Μ- λογαριθμική θερμοκρασία:

Οπου Τ Πκαι Τ ρ- αντίστοιχα, η θερμοκρασία της επιφάνειας των σωματιδίων και των γύρω καυσαερίων.

Σελίδα 1

Η διαδικασία καύσης των στερεών καυσίμων αποτελείται επίσης από μια σειρά διαδοχικών σταδίων. Πρώτα απ 'όλα, πραγματοποιείται σχηματισμός μίγματος και θερμική προετοιμασία καυσίμου, συμπεριλαμβανομένης της ξήρανσης και της απελευθέρωσης πτητικών. Τα προκύπτοντα εύφλεκτα αέρια και κατάλοιπα οπτάνθρακα παρουσία ενός οξειδωτικού παράγοντα καίγονται περαιτέρω με το σχηματισμό καυσαερίων και ένα στερεό μη-καύσιμο υπόλειμμα - τέφρα. Το μακρύτερο είναι το στάδιο καύσης κοκ - άνθρακα, το οποίο είναι το κύριο καύσιμο συστατικό οποιουδήποτε στερεού καυσίμου. Επομένως, ο μηχανισμός καύσης των στερεών καυσίμων καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την καύση του άνθρακα.

Η διαδικασία καύσης στερεού καυσίμου μπορεί να χωριστεί υπό όρους στα ακόλουθα στάδια: θέρμανση και εξάτμιση της υγρασίας, εξάχνωση πτητικών και σχηματισμός οπτάνθρακα, καύση πτητικών και οπτάνθρακα και σχηματισμός σκωρίας. Κατά την καύση υγρού καυσίμου, δεν σχηματίζεται οπτάνθρακας και σκωρία · όταν καίγεται αέριο καύσιμο, υπάρχουν μόνο δύο στάδια - θέρμανση και καύση.

Η διαδικασία καύσης του στερεού καυσίμου μπορεί να χωριστεί σε δύο περιόδους: την περίοδο προετοιμασίας του καυσίμου για καύση και την περίοδο καύσης.

Η διαδικασία καύσης στερεού καυσίμου μπορεί να χωριστεί υπό όρους σε διάφορα στάδια: θέρμανση και εξάτμιση της υγρασίας, εξάχνωση πτητικών και σχηματισμός οπτάνθρακα, καύση πτητικών και καύση οπτάνθρακα.

Η καύση του στερεού καυσίμου σε ένα ρεύμα σε υψηλές πιέσεις οδηγεί σε μείωση των διαστάσεων των θαλάμων καύσης και σε σημαντική αύξηση των θερμικών τάσεων. Οι κλίβανοι που λειτουργούν σε υψηλή πίεση δεν χρησιμοποιούνται ευρέως.

Η διαδικασία καύσης στερεών καυσίμων δεν έχει μελετηθεί αρκετά θεωρητικά. Το πρώτο στάδιο της διαδικασίας καύσης, που οδηγεί στο σχηματισμό μιας ενδιάμεσης ένωσης, καθορίζεται από την πορεία της διαδικασίας αποσύνθεσης του οξειδωτικού στην προσροφημένη κατάσταση. Στη συνέχεια έρχεται ο σχηματισμός ενός συμπλόκου άνθρακα-οξυγόνου και ο διαχωρισμός του μοριακού οξυγόνου σε μια ατομική κατάσταση. Οι μηχανισμοί ετερογενούς κατάλυσης όπως εφαρμόζονται στις αντιδράσεις οξείδωσης ουσιών που περιέχουν άνθρακα βασίζονται επίσης στη διάσπαση του οξειδωτικού.

Η διαδικασία καύσης στερεού καυσίμου μπορεί να χωριστεί υπό όρους σε τρία στάδια, τα οποία διατίθενται διαδοχικά μεταξύ τους.

Η διαδικασία καύσης στερεού καυσίμου μπορεί να θεωρηθεί διαδικασία δύο σταδίων με χαλαρά καθορισμένα όρια μεταξύ δύο σταδίων: πρωτογενής ατελής αεριοποίηση σε ετερογενή διαδικασία, ο ρυθμός της οποίας εξαρτάται κυρίως από την ταχύτητα και τις συνθήκες παροχής αέρα, και δευτερεύουσα - καύση του εξελιγμένου αερίου σε μια ομοιογενή διαδικασία, του οποίου ο ρυθμός εξαρτάται κυρίως από την κινητική των χημικών αντιδράσεων. Όσο περισσότερα πτητικά στο καύσιμο, τόσο περισσότερο ο ρυθμός καύσης του εξαρτάται από τον ρυθμό των συνεχιζόμενων χημικών αντιδράσεων.

Η εντατικοποίηση της διαδικασίας καύσης στερεών καυσίμων και μια σημαντική αύξηση του βαθμού συλλογής τέφρας επιτυγχάνονται σε κλιβάνους κυκλώνα. C, όπου η τέφρα λιώνει και η υγρή σκωρία αφαιρείται μέσω των οπών βρύσης στο κάτω μέρος της συσκευής καύσης.

Η βάση της διαδικασίας καύσης του στερεού καυσίμου είναι η οξείδωση του άνθρακα, η οποία είναι το κύριο συστατικό της καύσιμης μάζας του.

Για την καύση στερεών καυσίμων, οι αντιδράσεις καύσης μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου έχουν απόλυτο ενδιαφέρον. Για στερεά καύσιμα πλούσια σε πτητικές ουσίες, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τα χαρακτηριστικά καύσης των αερίων υδρογονανθράκων σε διάφορες διαδικασίες και τεχνολογικά σχήματα. Ο μηχανισμός και η κινητική των ομοιογενών αντιδράσεων καύσης εξετάζονται στο Ch. Εκτός από τις παραπάνω δευτερεύουσες αντιδράσεις, ο κατάλογος αυτών πρέπει να συνεχιστεί με ετερογενείς αντιδράσεις αποσύνθεσης διοξειδίου του άνθρακα και υδρατμών, την αντίδραση μετατροπής του μονοξειδίου του άνθρακα με υδρατμούς και μια οικογένεια αντιδράσεων σχηματισμού μεθανίου, οι οποίες προχωρούν σε αισθητές ρυθμούς κατά την αεριοποίηση υπό υψηλή πίεση.

Σε σχέση με την αυξανόμενη δημοτικότητα των λέβητων στερεών καυσίμων, ένας τεράστιος αριθμός δυνητικών αγοραστών αυτού του εξοπλισμού ενδιαφέρεται για το ερώτημα ποιο τύπο στερεού καυσίμου θα προτιμήσει ως κύριο, και ανάλογα με την απόφαση που ελήφθη για την παραγγελία αυτού ή αυτός ο τύπος εξοπλισμού θέρμανσης.

Ο κύριος δείκτης οποιουδήποτε καυσίμου, όχι μόνο στερεού καυσίμου, είναι η μεταφορά θερμότητας, η οποία παρέχεται από την καύση στερεών καυσίμων. Σε αυτήν την περίπτωση, η μεταφορά θερμότητας στερεού καυσίμου σχετίζεται άμεσα με τον τύπο, τις ιδιότητες και τη σύνθεσή του.

Μια μικρή χημεία

Το στερεό καύσιμο περιέχει τις ακόλουθες ουσίες: άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο και μεταλλικές ενώσεις. Όταν καίγεται καύσιμο, ο άνθρακας και το υδρογόνο συνδυάζονται με ατμοσφαιρικό οξυγόνο (ο ισχυρότερος φυσικός οξειδωτής) - λαμβάνει χώρα αντίδραση καύσης με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμικής ενέργειας. Περαιτέρω, τα αέρια προϊόντα καύσης απομακρύνονται μέσω του συστήματος καπνοδόχου και τα στερεά προϊόντα καύσης (τέφρα και σκωρία) πέφτουν ως απόβλητα μέσω της σχάρας.

Κατά συνέπεια, το κύριο καθήκον που αντιμετωπίζει ο σχεδιαστής του εξοπλισμού θέρμανσης στερεών καυσίμων είναι να διασφαλίσει τη μεγαλύτερη καύση ενός κλιβάνου στερεού καυσίμου ή ενός λέβητα στερεών καυσίμων. Σε αυτό το σημείο, έχει σημειωθεί κάποια πρόοδος σε αυτόν τον τομέα - οι λέβητες στερεών καυσίμων για μακρά καύση έχουν διατεθεί προς πώληση, που λειτουργούν βάσει της αρχής της ανώτερης καύσης και της διαδικασίας πυρόλυσης.

Θερμογόνος αξία των κύριων τύπων στερεών καυσίμων

• Καυσόξυλα. Κατά μέσο όρο (ανάλογα με τον τύπο του ξύλου) και υγρασία από 2800 έως 3300 kcal / kg.
• Τύρφη - ανάλογα με την περιεκτικότητα σε υγρασία από 3000 έως 4000 kcal / kg.
• Άνθρακας - ανάλογα με τον τύπο (ανθρακίτης, καφέ ή φλογερός) από 4700 έως 7200 kcal / kg.
• Πιεσμένες μπρικέτες και σφαιρίδια - 4500 kcal / kg.

Με άλλα λόγια, η διαδικασία καύσης στερεών καυσίμων διαφόρων τύπων συνοδεύεται από διαφορετικές ποσότητες θερμικής ενέργειας που εκλύονται, επομένως, η επιλογή του κύριου τύπου καυσίμου πρέπει να είναι πολύ υπεύθυνη - καθοδηγείται σε αυτό το θέμα από τις πληροφορίες που καθορίζονται στο επιχειρησιακό τεκμηρίωση (διαβατήριο ή οδηγίες λειτουργίας) για αυτόν ή για τον εξοπλισμό στερεών καυσίμων.

Σύντομη περιγραφή των κύριων τύπων στερεών καυσίμων

Καυσόξυλα

Ο πιο προσιτός, επομένως, ο πιο κοινός τύπος καυσίμου στη Ρωσία. Όπως αναφέρθηκε ήδη, η ποσότητα θερμότητας που παράγεται κατά την καύση εξαρτάται από τον τύπο του ξύλου και την περιεκτικότητα σε υγρασία. Πρέπει να σημειωθεί ότι όταν χρησιμοποιείτε καυσόξυλα ως καύσιμο για λέβητα πυρόλυσης, υπάρχει περιορισμός στην υγρασία, ο οποίος στην περίπτωση αυτή δεν πρέπει να υπερβαίνει το 15-20%.

Τύρφη

Η τύρφη είναι τα συμπιεσμένα υπολείμματα αποσυντεθειμένων φυτών που βρίσκονται για μεγάλο χρονικό διάστημα στο έδαφος. Η μέθοδος εκχύλισης διακρίνει μεταξύ της υψηλής και της χαμηλής τύρφης. Και σύμφωνα με την κατάσταση της συσσωμάτωσης, η τύρφη μπορεί να είναι: σκαλισμένη, άμορφη και συμπιεσμένη με τη μορφή μπρικετών. Όσον αφορά την ποσότητα θερμικής ενέργειας που απελευθερώνεται, η τύρφη είναι παρόμοια με τα καυσόξυλα.

Κάρβουνο

Ο άνθρακας είναι ο τύπος στερεού καυσίμου με τις περισσότερες θερμίδες, ο οποίος απαιτεί ειδική τεχνολογία ανάφλεξης. Γενικά, για να λιώσετε μια σόμπα ή έναν λέβητα με άνθρακα, πρέπει πρώτα να ανάψετε την εστία με ξύλο και μόνο στη συνέχεια να τοποθετήσετε άνθρακα (καφέ, φλογερό ή ανθρακίτη) σε καλά καμένο ξύλο.

Μπρικέτες και σφαιρίδια

Πρόκειται για έναν νέο τύπο στερεού καυσίμου, που διαφέρει στο μέγεθος των μεμονωμένων στοιχείων. Οι μπρικέτες είναι μεγαλύτερες και τα σφαιρίδια είναι μικρότερα. Το αρχικό υλικό για την κατασκευή μπρικετών και σφαιριδίων μπορεί να είναι οποιαδήποτε "καύσιμη" ουσία: θραύσματα ξύλου, σκόνη ξύλου, άχυρο, φλοιό καρυδιών, τύρφη, φλοιό ηλίανθου, φλοιός, χαρτόνι και άλλες "μαζικές" εύφλεκτες ουσίες που διατίθενται ελεύθερα.

Οφέλη από μπρικέτες και πέλλετ

• Ανανεώσιμα καύσιμα φιλικά προς το περιβάλλον με υψηλή θερμιδική αξία.
• Μεγάλη καύση λόγω της υψηλής πυκνότητας του υλικού.
• Ευκολία και συμπαγής αποθήκευση.
• Η ελάχιστη ποσότητα τέφρας μετά την καύση είναι από 1 έως 3% του όγκου.
• Χαμηλό σχετικό κόστος.
• Η δυνατότητα αυτοματοποίησης της διαδικασίας λειτουργίας του λέβητα.
• Κατάλληλο για όλους τους τύπους λεβήτων στερεών καυσίμων και σόμπες οικιακής θέρμανσης.

Καύσιμα αέρια και ατμοί ρητινών (τα λεγόμενα πτητικά), που εκπέμπονται κατά τη θερμική αποσύνθεση του φυσικού στερεού καυσίμου κατά τη διαδικασία θέρμανσης, ανάμιξης με οξειδωτή (αέρα), σε υψηλές θερμοκρασίες, καίγονται αρκετά έντονα, όπως το συνηθισμένο αέριο καύσιμο. Επομένως, η καύση καυσίμων με υψηλή απόδοση πτητικών (καυσόξυλα, τύρφη, σχιστόλιθο) δεν προκαλεί δυσκολίες, εκτός αν, φυσικά, η περιεκτικότητα σε αυτά (υγρασία συν περιεκτικότητα σε τέφρα) δεν είναι τόσο υψηλή ώστε να γίνει εμπόδιο για τη λήψη της θερμοκρασίας που απαιτείται για την καύση.

Ο χρόνος καύσης των καυσίμων με μέτρια (καφέ και ασφαλτούχα άνθρακα) και χαμηλά (άπαχα άνθρακα και ανθρακίτης) πτητικά καθορίζεται πρακτικά από τον ρυθμό αντίδρασης στην επιφάνεια του υπολείμματος οπτάνθρακα που σχηματίζεται μετά την απελευθέρωση των πτητικών. Η καύση αυτού του υπολείμματος παρέχει επίσης την απελευθέρωση της κύριας ποσότητας θερμότητας.

Αντίδραση στη διεπαφή μεταξύ δύο φάσεων(στην περίπτωση αυτή, στην επιφάνεια ενός κοκ κομμάτι) που ονομάζεταιετερογενής. Αποτελείται από τουλάχιστον δύο διαδοχικές διεργασίες: διάχυση οξυγόνου στην επιφάνεια και χημική αντίδραση με καύσιμο (σχεδόν καθαρός άνθρακας που απομένει μετά την απελευθέρωση πτητικών) στην επιφάνεια. Αυξάνοντας σύμφωνα με το νόμο του Arrhenius, ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης σε υψηλές θερμοκρασίες γίνεται τόσο μεγάλος που όλο το οξυγόνο που παρέχεται στην επιφάνεια αντιδρά αμέσως. Ως αποτέλεσμα, ο ρυθμός καύσης αποδεικνύεται ότι εξαρτάται μόνο από την ένταση της παροχής οξυγόνου στην επιφάνεια του καυστικού σωματιδίου μέσω μεταφοράς μάζας και διάχυσης. Πρακτικά παύει να επηρεάζεται τόσο από τη θερμοκρασία επεξεργασίας όσο και από τις ιδιότητες αντίδρασης του υπολείμματος οπτάνθρακα. Αυτός ο τρόπος ετερογενούς αντίδρασης ονομάζεται διάχυση. Η καύση σε αυτόν τον τρόπο μπορεί να εντατικοποιηθεί μόνο με την εντατικοποίηση της παροχής του αντιδραστηρίου στην επιφάνεια του σωματιδίου καυσίμου. Αυτό επιτυγχάνεται σε διαφορετικούς κλιβάνους με διαφορετικές μεθόδους.

Κάμινοι στρώματος.Το στερεό καύσιμο, φορτωμένο με ένα στρώμα συγκεκριμένου πάχους στο πλέγμα διανομής, αναφλέγεται και διοχετεύεται (συνήθως από κάτω προς τα πάνω) με αέρα (Εικ. 28, α). Φιλτράρεται μεταξύ τεμαχίων καυσίμου, χάνει οξυγόνο και εμπλουτίζεται με οξείδια του άνθρακα (CO 2, CO) λόγω της καύσης άνθρακα, της μείωσης των υδρατμών και του διοξειδίου του άνθρακα από τον άνθρακα.

Σύκο. 28. Διαγράμματα οργάνωσης διαδικασιών καύσης:

αλλά- σε ένα πυκνό στρώμα. β -σε σκόνη · _σε -σε ένα φούρνο κυκλώνα?

r -σε ρευστοποιημένη κλίνη · ΣΕ- αέρας; Τ, Β -καύσιμο, αέρας; ZhSh -υγρή σκωρία

Η ζώνη στην οποία το οξυγόνο σχεδόν εξαφανίζεται ονομάζεται οξυγόνο. το ύψος του είναι δύο έως τρεις διαμέτρους τεμαχίων καυσίμου. Τα αέρια που το αφήνουν περιέχουν όχι μόνο CO 2, H 2 O και N 2, αλλά και εύφλεκτα αέρια CO και H 2, που σχηματίζονται τόσο λόγω της μείωσης των CO 2 και H 2 O από τον άνθρακα, όσο και από τα πτητικά που εκπέμπονται από τον άνθρακα. Εάν το ύψος του στρώματος είναι μεγαλύτερο από αυτό της ζώνης οξυγόνου, τότε η ζώνη οξυγόνου ακολουθείται από μια ζώνη αναγωγής, στην οποία λαμβάνουν χώρα μόνο οι αντιδράσεις CO 2 + C = 2CO και H 2 O + C = CO + H2 . Ως αποτέλεσμα, η συγκέντρωση των εύφλεκτων αερίων που αφήνουν το στρώμα αυξάνεται καθώς αυξάνεται το ύψος του.

Σε κλιβάνους με στρώσεις, το ύψος του στρώματος προσπαθεί να διατηρηθεί ίσο ή μεγαλύτερο από το ύψος της ζώνης οξυγόνου. Για μετά την καύση τα προϊόντα ατελούς καύσης (H2, CO) που βγαίνουν από το στρώμα, καθώς και για την καύση της σκόνης που αφαιρείται από αυτό, παρέχεται επιπλέον αέρας στον όγκο του κλιβάνου πάνω από το στρώμα.

Η ποσότητα καυσίμου που καίγεται είναι ανάλογη με την ποσότητα του παρεχόμενου αέρα, ωστόσο, μια αύξηση της ταχύτητας του αέρα πέρα ​​από ένα ορισμένο όριο παραβιάζει τη σταθερότητα του πυκνού στρώματος, καθώς ο αέρας που διαπερνά το στρώμα σε ορισμένα σημεία σχηματίζει κρατήρες. Δεδομένου ότι το πολυδιασπαρμένο καύσιμο φορτώνεται πάντα στο κρεβάτι, η μεταφορά των προστίμων αυξάνεται. Όσο μεγαλύτερα είναι τα σωματίδια, τόσο πιο γρήγορα μπορεί να διογκωθεί ο αέρας μέσω του στρώματος χωρίς να διαταραχθεί η σταθερότητά του. Αν πάρουμε για σκληρές εκτιμήσεις, η θερμότητα της "καύσης" 1 m 3 αέρα υπό κανονικές συνθήκες σε α σε = 1 ισούται με 3,8 MJ και μέση τιμή w νμειωμένη σε κανονικές συνθήκες κατανάλωση αέρα ανά μονάδα εμβαδού της σχάρας (m / s), τότε η τάση θερμότητας του καθρέφτη καύσης (MW / m 2) θα είναι

q R = 3,8W n / α σε(105)

Οι συσκευές κλιβάνου για στρώσεις καύσης ταξινομούνται ανάλογα με τη μέθοδο τροφοδοσίας, κίνησης και αποκοπής του στρώματος καυσίμου στη σχάρα. Σε μη μηχανοποιημένους κλιβάνους, στους οποίους και οι τρεις εργασίες εκτελούνται χειροκίνητα, δεν μπορούν να καούν περισσότερα από 300 - 400 kg / h άνθρακα. Οι πιο διαδεδομένοι στη βιομηχανία είναι πλήρως μηχανοποιημένοι φούρνοι με στρώσεις με πνευματικούς μηχανικούς τροχούς και σχάρα αντίστροφης αλυσίδας (Εικ. 29). Το χαρακτηριστικό τους είναι η καύση καυσίμου σε μια σχάρα που κινείται συνεχώς με ταχύτητα 1-15 m / h, σχεδιασμένη με τη μορφή μεταφορικού ιμάντα, που οδηγείται από έναν ηλεκτροκινητήρα. Το ύφασμα σχάρας αποτελείται από μεμονωμένα στοιχεία σχάρας στερεωμένα σε ατελείωτες αλυσίδες μεντεσέ, που οδηγούνται από "αστέρια". Ο αέρας που απαιτείται για την καύση παρέχεται κάτω από τη σχάρα μέσω των κενών μεταξύ των στοιχείων σχάρας.

Σύκο. 29. Διάγραμμα πυρκαγιάς με πνευματικό-μηχανικό πετάλι και σχάρα αλυσίδας επιστροφής:

1 - πανί σχάρας · 2 - οδηγήστε "αστέρια"; 3 - στρώμα καυσίμου και σκωρίας · 4 – 5 - ρότορας διανομής 6 - τροφοδότης ζώνης 7 - αποθήκη καυσίμων; 8 - όγκος κλιβάνου 9 - σωλήνες οθόνης 10 - 11 - επένδυση κλιβάνου 12 - πίσω σφραγίδα 13 - παράθυρα για παροχή αέρα κάτω από το στρώμα

Φούρνοι φλόγας... Τον τελευταίο αιώνα, μόνο καύση άνθρακα που δεν περιείχε πρόστιμα (συνήθως κλάσμα 6 - 25 mm) χρησιμοποιήθηκε για καύση σε κλιβάνους με στρώσεις (και δεν υπήρχαν άλλοι εκείνη την εποχή). Κλάσμα λεπτότερο από 6 mm - δόρυ (από τη γερμανική staub - σκόνη) ήταν ένα απόβλητο. Στις αρχές αυτού του αιώνα, αναπτύχθηκε μια κονιοποιημένη μέθοδος για την καύση του, στην οποία τα κάρβουνα θρυμματίστηκαν στα 0,1 mm, και οι σκληροί καύσιμοι ανθρακίτες ήταν ακόμη μικρότεροι. Τέτοιοι κόκκοι σκόνης παρασύρονται από τη ροή αερίου, η σχετική ταχύτητα μεταξύ τους είναι πολύ χαμηλή. Αλλά ο χρόνος καύσης τους είναι εξαιρετικά μικρός - δευτερόλεπτα και κλάσματα δευτερολέπτων. Επομένως, με κατακόρυφη ταχύτητα αερίου μικρότερη από 10 m / s και επαρκές ύψος φούρνου (δεκάδες μέτρα σε μοντέρνους λέβητες), η σκόνη έχει χρόνο να καεί πλήρως εν κινήσει ενώ κινείται μαζί με το αέριο από τον καυστήρα στον έξοδος από τον κλίβανο.

Αυτή η αρχή είναι η βάση των φούρνων φλόγας (θάλαμος), στους οποίους διοχετεύεται λεπτή αλεσμένη καύση σκόνης μέσω των καυστήρων μαζί με τον αέρα που απαιτείται για την καύση (βλέπε Εικ. 28, ) παρόμοιο με το πώς καίγονται αέρια ή υγρά καύσιμα. Έτσι, οι κάμινοι θαλάμου είναι κατάλληλοι για την καύση οποιωνδήποτε καυσίμων, που είναι το μεγάλο τους πλεονέκτημα έναντι των στρωμάτων. Το δεύτερο πλεονέκτημα είναι η ικανότητα δημιουργίας φούρνου για οποιαδήποτε σχεδόν αυθαίρετα υψηλή ισχύ. Επομένως, οι κάμινοι θαλάμου κατέχουν πλέον δεσπόζουσα θέση στον ενεργειακό τομέα. Ταυτόχρονα, η σκόνη δεν μπορεί να καεί σταθερά σε μικρούς κλιβάνους, ειδικά με μεταβλητούς τρόπους λειτουργίας, επομένως δεν κατασκευάζονται φούρνοι άνθρακα κονιοποιημένου με θερμική ισχύ κάτω των 20 MW.

Το καύσιμο συνθλίβεται σε συσκευές μύλου και διοχετεύεται στον θάλαμο καύσης μέσω καυστήρων κονιοποιημένου άνθρακα. Ο αέρας μεταφοράς που διοχετεύεται μαζί με τη σκόνη ονομάζεται πρωταρχικός αέρας.

Στον θάλαμο η καύση στερεών καυσίμων με τη μορφή σκόνης, πτητικών ουσιών, που απελευθερώνονται κατά τη θέρμανση του, καίγεται στον πυρσό ως αέριο καύσιμο, το οποίο συμβάλλει στη θέρμανση στερεών σωματιδίων στη θερμοκρασία ανάφλεξης και διευκολύνει τη σταθεροποίηση του φακού. Η ποσότητα πρωτογενούς αέρα πρέπει να είναι επαρκής για την καύση πτητικών. Κυμαίνεται από 15 - 25% της συνολικής ποσότητας αέρα για κάρβουνα με χαμηλή απόδοση πτητικών (για παράδειγμα, ανθρακίτες) έως 20 - 55% για καύσιμα με μεγάλη απόδοση (καφέ κάρβουνα). Ο υπόλοιπος αέρας που απαιτείται για την καύση (ονομάζεται δευτερεύων) τροφοδοτείται στον κλίβανο ξεχωριστά και αναμιγνύεται με σκόνη κατά τη διάρκεια της διαδικασίας καύσης.

Για να πάρει φωτιά η σκόνη, πρέπει πρώτα να θερμανθεί σε αρκετά υψηλή θερμοκρασία. Μαζί με αυτό, φυσικά, είναι απαραίτητη η θέρμανση και η μεταφορά του (δηλαδή, πρωτεύοντος) αέρα. Αυτό καταφέρνει να γίνει μόνο με ανάμιξη προϊόντων πυρακτώσεως στη ροή του αιωρήματος σκόνης.

Μια καλή οργάνωση της καύσης στερεών καυσίμων (ειδικά σκληρής καύσης, με χαμηλή έκλυση πτητικών) εξασφαλίζεται με τη χρήση των λεγόμενων καυστήρων σαλιγκαριών (Εικ. 30).

Σύκο. 30. Καυστήρας πηνίου για στερεά κονιοποιημένα καύσιμα: ΣΕ- αέρας; Τ, Β -καύσιμο, αέρα

Η σκόνη άνθρακα με πρωτογενή αέρα τροφοδοτείται μέσω ενός κεντρικού σωλήνα και, λόγω της παρουσίας ενός διαχωριστικού, εισέρχεται στον κλίβανο με τη μορφή ενός λεπτού δακτυλιοειδούς πίδακα. Ο δευτερεύων αέρας τροφοδοτείται μέσω του «σαλιγκαριού», στροβιλίζεται έντονα μέσα του και, μπαίνοντας στην εστία, δημιουργεί έναν ισχυρό στροβιλισμένο φακό στροβιλισμού, ο οποίος εξασφαλίζει την αναρρόφηση μεγάλων ποσοτήτων αερίων πυρακτώσεως από τον πυρήνα του πυρσού στο στόμα του καυστήρα. Αυτό επιταχύνει τη θέρμανση του μείγματος καυσίμου με πρωτογενή αέρα και την ανάφλεξή του, δηλ. Δημιουργεί μια καλή σταθεροποίηση της φλόγας. Ο δευτερεύων αέρας αναμιγνύεται καλά με την ήδη αναφλεγμένη σκόνη λόγω της έντονης αναταραχής του. Οι μεγαλύτεροι κόκκοι σκόνης καίγονται κατά τη διάρκεια της πτήσης τους στη ροή αερίου εντός του όγκου του κλιβάνου.

Όταν εκπέμπεται σκόνη άνθρακα, κάθε στιγμή του χρόνου, υπάρχει ασήμαντη παροχή καυσίμου στον κλίβανο - όχι περισσότερο από αρκετές δεκάδες κιλά. Αυτό καθιστά τη διαδικασία αναλαμπής πολύ ευαίσθητη στις αλλαγές στην κατανάλωση καυσίμου και αέρα και επιτρέπει, εάν είναι απαραίτητο, να αλλάξει σχεδόν αμέσως τη χωρητικότητα του κλιβάνου, όπως κατά την καύση μαζούτ ή φυσικού αερίου. Ταυτόχρονα, αυτό αυξάνει τις απαιτήσεις για την αξιοπιστία της παροχής σκόνης στον κλίβανο, επειδή η παραμικρή (σε λίγα δευτερόλεπτα!) Η διακοπή θα οδηγήσει στην κατάσβεση του φακού, η οποία σχετίζεται με τον κίνδυνο έκρηξης όταν η σκόνη παρέχεται ξανά. Επομένως, σε φούρνους κονιοποιημένου άνθρακα, κατά κανόνα, εγκαθίστανται αρκετοί καυστήρες.

Κατά τη διάρκεια της κονιοποιημένης καύσης καυσίμων στον πυρήνα του φανού που βρίσκεται κοντά στο στόμιο του καυστήρα, αναπτύσσονται υψηλές θερμοκρασίες (έως 1400-1500 ° C), όπου η τέφρα γίνεται υγρή ή πάστα. Η πρόσφυση αυτής της τέφρας στα τοιχώματα του κλιβάνου μπορεί να οδηγήσει στην υπερανάπτυξή τους με σκωρία. Επομένως, η καύση κονιοποιημένου καυσίμου χρησιμοποιείται συχνότερα σε λέβητες όπου τα τοιχώματα του κλιβάνου είναι κλειστά με υδρόψυκτους σωλήνες (σίτες), γύρω από τους οποίους ψύχεται το αέριο και τα σωματίδια τέφρας που έχουν αιωρηθεί έχουν χρόνο να στερεοποιηθούν πριν έρθουν σε επαφή με τον τοίχο . Η κονιοποιημένη καύση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε φούρνους απομάκρυνσης υγρής τέφρας, στους οποίους τα τοιχώματα καλύπτονται με λεπτό υμένιο σκωρίας υγρού και τετηγμένα σωματίδια τέφρας ρέουν προς τα κάτω σε αυτό το φιλμ.

Η τάση θερμότητας του όγκου σε κονιορτοποιημένους φούρνους άνθρακα είναι συνήθως 150-175 kW / m 3, αυξάνοντας σε μικρούς κλιβάνους έως 250 kW / m3. Με καλή ανάμιξη αέρα με καύσιμο, α σε= 1,2 ÷ 1,25; q γούνα= 0,5 ÷ 6% (μεγάλοι αριθμοί - κατά την καύση του ανθρακίτη σε μικρούς κλιβάνους) q χημ= 0 ÷ 1%.

Σε κλιβάνους θαλάμου, μετά από πρόσθετη λείανση, είναι δυνατό να καίγονται απόβλητα άνθρακα που παράγονται κατά τον εμπλουτισμό τους σε μονάδες οπτάνθρακα (βιομηχανικό προϊόν), κοσκίνισμα κοκ και ακόμη και λεπτότερη λάσπη οπτάνθρακα.

Κυκλωνικοί φούρνοι.Μια ειδική μέθοδος καύσης πραγματοποιείται σε κλιβάνους κυκλώνα. Χρησιμοποιούν μάλλον μικρά σωματίδια άνθρακα (συνήθως μικρότερα από 5 mm), και ο αέρας που είναι απαραίτητος για την καύση τροφοδοτείται με τεράστιες ταχύτητες (έως 100 m / s) εφαπτομενικά στην γεννήτρια κυκλώνα. Ένας ισχυρός στροβιλισμός δημιουργείται στην εστία, η οποία παρασύρει τα σωματίδια σε μια κίνηση κυκλοφορίας, στην οποία διοχετεύονται εντατικά από τη ροή. Ως αποτέλεσμα της εντατικής καύσης στον κλίβανο, οι θερμοκρασίες αναπτύσσονται κοντά στους αδιαβατικούς (έως 2000 ° C). Η τέφρα άνθρακα λιώνει, η υγρή σκωρία ρέει κάτω από τους τοίχους. Για διάφορους λόγους, εγκαταλείφθηκε η χρήση τέτοιων κλιβάνων στη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας, και τώρα χρησιμοποιούνται ως τεχνολογικές - για την καύση θείου για την απόκτηση SO 2 στην παραγωγή H2S04, ψήσιμο μεταλλευμάτων κ.λπ. Μερικές φορές σε κλιβάνους κυκλώνων, πραγματοποιείται εξουδετέρωση πυρκαγιάς λυμάτων, δηλαδή εξουδετερώνεται η βλάβη που περιέχεται σε αυτά λόγω της παροχής επιπλέον (συνήθως αέριου ή υγρού) καυσίμου.

Φούρνοι ρευστού κρεβατιού.Η σταθερή καύση ενός κονιοποιημένου φακού άνθρακα είναι δυνατή μόνο σε υψηλή θερμοκρασία στον πυρήνα του - όχι χαμηλότερη από 1300-1500 ° C. Σε αυτές τις θερμοκρασίες, το άζωτο στον αέρα αρχίζει να οξειδώνεται αισθητά σύμφωνα με την αντίδραση N2 + O2 = 2NO. Μία ορισμένη ποσότητα ΝΟ σχηματίζεται επίσης από το άζωτο που περιέχεται στο καύσιμο. Το μονοξείδιο του αζώτου, που εκπέμπεται μαζί με καυσαέρια στην ατμόσφαιρα, οξειδώνεται περαιτέρω σε αυτό στο εξαιρετικά τοξικό διοξείδιο ΝΟ2. Στην ΕΣΣΔ, η μέγιστη επιτρεπόμενη συγκέντρωση NO 2 (MPC), ασφαλής για την ανθρώπινη υγεία, στον αέρα των οικισμών είναι 0,085 mg / m3. Για να το διασφαλίσετε, σε μεγάλους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς είναι απαραίτητο να κατασκευάσετε ψηλές καμινάδες, διασκορπίζοντας καυσαέρια στην μεγαλύτερη δυνατή περιοχή. Ωστόσο, όταν συγκεντρώνεται ένας μεγάλος αριθμός σταθμών μεταξύ τους, αυτό δεν βοηθά.

Σε ορισμένες χώρες, δεν ρυθμίζεται το MPC, αλλά το ποσό των επιβλαβών εκπομπών ανά μονάδα θερμότητας που απελευθερώνεται κατά την καύση καυσίμου. Για παράδειγμα, στις ΗΠΑ, για μεγάλες επιχειρήσεις, επιτρέπονται εκπομπές 28 mg οξειδίων του αζώτου ανά 1 MJ θερμιδικής αξίας. Στην ΕΣΣΔ, τα πρότυπα εκπομπών για διαφορετικά καύσιμα κυμαίνονται από 125 έως 480 mg / m 3.

Όταν καίγονται καύσιμα που περιέχουν θείο, σχηματίζεται τοξικό SO2, το αποτέλεσμα του οποίου στον άνθρωπο προστίθεται επίσης στην επίδραση του ΝΟ 2.

Αυτές οι εκπομπές ευθύνονται για το σχηματισμό φωτοχημικής αιθαλομίχλης και όξινης βροχής, οι οποίες επηρεάζουν δυσμενώς όχι μόνο τους ανθρώπους και τα ζώα, αλλά και τη βλάστηση. Στη Δυτική Ευρώπη, για παράδειγμα, ένα σημαντικό μέρος των κωνοφόρων δασών εξαφανίζεται από τέτοιες βροχές.

Εάν στην τέφρα του καυσίμου το ασβέστιο και τα οξείδια του μαγνησίου δεν επαρκούν για τη δέσμευση όλων των SO2 (συνήθως απαιτείται διπλή ή τριπλάσια περίσσεια σε σύγκριση με τη στοιχειομετρία της αντίδρασης), προστίθεται ασβεστόλιθος CaCO 3 στο καύσιμα. Ο ασβεστόλιθος σε θερμοκρασίες 850-950 ° C αποσυντίθεται εντατικά σε CaO και CO 2, και ο γύψος CaSO 4 δεν αποσυντίθεται, δηλαδή, η αντίδραση δεν πηγαίνει από δεξιά προς αριστερά. Έτσι, το τοξικό SO2 δεσμεύεται σε ακίνδυνο, πρακτικά αδιάλυτο στο νερό γύψο, το οποίο αφαιρείται μαζί με την τέφρα.

Από την άλλη πλευρά, κατά τη διαδικασία της ανθρώπινης δραστηριότητας, παράγεται μια μεγάλη ποσότητα εύφλεκτων αποβλήτων, η οποία δεν θεωρείται καύσιμο με την γενικά αποδεκτή έννοια: "ουρές" προετοιμασίας άνθρακα, απορρίψεις κατά την εξόρυξη άνθρακα, πολλά απόβλητα από τον πολτό και βιομηχανία χαρτιού και άλλοι τομείς της εθνικής οικονομίας. Είναι παράδοξο, για παράδειγμα, ότι ο "βράχος", που συσσωρεύεται σε τεράστιους σωρούς αποβλήτων κοντά σε ανθρακωρυχεία, συχνά αναφλέγεται αυθόρμητα και μολύνει τον περιβάλλοντα χώρο με καπνό και σκόνη για μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά δεν μπορεί να καεί ούτε σε στρώσεις ούτε σε θάλαμο φούρνοι λόγω της υψηλής περιεκτικότητας σε τέφρα. Σε κλιβάνους με στρώσεις, η τέφρα, η σύντηξη κατά τη διάρκεια της καύσης, εμποδίζει τη διείσδυση οξυγόνου στα σωματίδια καυσίμου · σε κλιβάνους θαλάμου, δεν είναι δυνατή η απόκτηση της υψηλής θερμοκρασίας που απαιτείται για σταθερή καύση σε αυτά.

Η επείγουσα ανάγκη για την ανάπτυξη τεχνολογιών χωρίς απόβλητα που προέκυψε πριν από την ανθρωπότητα έθεσε το ζήτημα της δημιουργίας συσκευών φούρνων για την καύση τέτοιων υλικών. Είναι κάμινοι ρευστοποιημένου κρεβατιού.

Λέγεται ρευστό (ή βράζει) ένα στρώμα λεπτόκοκκου υλικού που διοχετεύεται από κάτω προς τα πάνω με αέριο με ρυθμό που υπερβαίνει το όριο σταθερότητας ενός πυκνού στρώματος, αλλά δεν επαρκεί για τη μεταφορά σωματιδίων από το στρώμα.Η έντονη κυκλοφορία των σωματιδίων σε περιορισμένο όγκο του θαλάμου δημιουργεί την εντύπωση ενός υγρού που βράζει γρήγορα, το οποίο εξηγεί την προέλευση του ονόματος.

Ένα πυκνό στρώμα σωματιδίων που φυσάται από κάτω χάνει τη σταθερότητά του επειδή η αντίσταση στο φιλτράρισμα αερίου μέσω αυτού γίνεται ίση με το βάρος μίας στήλης υλικού ανά μονάδα επιφάνειας του πλέγματος στήριξης. Δεδομένου ότι η αεροδυναμική έλξη είναι η δύναμη με την οποία το αέριο δρα στα σωματίδια (και, κατά συνέπεια, σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, τα σωματίδια στο αέριο), όταν η αντίσταση και το βάρος του στρώματος είναι ίσα, τα σωματίδια (αν λάβουμε υπόψη η ιδανική θήκη) δεν βασίζεστε στο πλέγμα, αλλά στο αέριο.

Το μέσο μέγεθος σωματιδίων σε κλιβάνους ρευστοποιημένης κλίνης είναι συνήθως 2-3 mm. Αντιστοιχούν στην ταχύτητα λειτουργίας της ρευστοποίησης (λαμβάνεται 2-3 φορές περισσότερο από με να) 1,5 ÷ 4 m / s. Αυτό καθορίζεται σύμφωνα με την περιοχή της σχάρας διανομής αερίου σε δεδομένη έξοδο θερμότητας του κλιβάνου. Όγκο θερμότητας q νπάρτε περίπου το ίδιο με τους κλιβάνους με στρώσεις.

Ο απλούστερος φούρνος ρευστοποιημένης κλίνης (Εικ. 31) μοιάζει με πολυστρωματική με πολλούς τρόπους και έχει πολλά κοινά δομικά στοιχεία. Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ τους έγκειται στο γεγονός ότι η εντατική ανάμιξη των σωματιδίων εξασφαλίζει σταθερή θερμοκρασία σε όλο τον όγκο της ρευστοποιημένης κλίνης.

Σύκο. 31. Σχέδιο κλιβάνου ρευστοποιημένης κλίνης: 1 - απόρριψη τέφρας 2 - παροχή αέρα κάτω από το στρώμα? 3 - ρευστοποιημένη κλίνη τέφρας και καυσίμου · 4 - παροχή αέρα στον διασκορπιστή · 5 - ρότορας διανομής 6 - τροφοδότης ζώνης 7 - αποθήκη καυσίμων · 8 - όγκος κλιβάνου 9 - σωλήνες οθόνης 10 - απότομη ανατίναξη και επιστροφή ψυχαγωγίας · 11- επένδυση κλιβάνου 12 - σωλήνες απορρόφησης θερμότητας σε ρευστοποιημένη κλίνη · ΣΕ -νερό; Π- ατμός.

Η διατήρηση της θερμοκρασίας της ρευστοποιημένης κλίνης εντός του απαιτούμενου εύρους (850 - 950 ° C) παρέχεται με δύο διαφορετικούς τρόπους. Σε μικρούς βιομηχανικούς κλιβάνους που καίνε απόβλητα ή φθηνό καύσιμο, τροφοδοτείται σημαντικά περισσότερος αέρας στο κρεβάτι από ό, τι είναι απαραίτητος για πλήρη καύση, ρύθμιση α σε ≥ 2.

Με την ίδια ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται, η θερμοκρασία του αερίου μειώνεται α σε,για την ίδια θερμότητα δαπανάται για τη θέρμανση μεγάλης ποσότητας αερίων.

Σε μεγάλες μονάδες ισχύος, αυτή η μέθοδος μείωσης της θερμοκρασίας καύσης δεν είναι οικονομική, επειδή ο "επιπλέον" αέρας, αφήνοντας τη μονάδα, μεταφέρει επίσης τη θερμότητα που δαπανάται για τη θέρμανσή της (απώλειες με την αύξηση των εξερχόμενων αερίων - δείτε παρακάτω). Επομένως, οι σωλήνες τοποθετούνται σε κλιβάνους με ρευστοποιημένη κλίνη μεγάλων λεβήτων 9 και 12 δευτερόλεπτατο υγρό εργασίας που κυκλοφορεί σε αυτά (νερό ή ατμός), το οποίο αντιλαμβάνεται την απαιτούμενη ποσότητα θερμότητας. Το εντατικό "πλύσιμο" αυτών των σωλήνων με σωματίδια παρέχει υψηλό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας από το στρώμα στους σωλήνες, γεγονός που σε ορισμένες περιπτώσεις καθιστά δυνατή τη μείωση της κατανάλωσης μετάλλων του λέβητα σε σύγκριση με τον παραδοσιακό. Το καύσιμο καίγεται σταθερά όταν το περιεχόμενό του στην ρευστοποιημένη κλίνη είναι 1% ή λιγότερο. το υπόλοιπο 99% απόπεριττή - τέφρα. Ακόμη και υπό τέτοιες δυσμενείς συνθήκες, η εντατική ανάμιξη δεν επιτρέπει στα σωματίδια τέφρας να μπλοκάρουν την καύση από την πρόσβαση στο οξυγόνο (σε αντίθεση με ένα πυκνό στρώμα). Σε αυτήν την περίπτωση, η συγκέντρωση καυσίμων είναι η ίδια σε όλο τον όγκο της ρευστοποιημένης κλίνης. Για την απομάκρυνση της τέφρας που εισάγεται με καύσιμο, μέρος του υλικού της κλίνης αφαιρείται συνεχώς από αυτό με τη μορφή λεπτόκοκκου σκωρίας - πιο συχνά απλώς αποστραγγίζεται μέσω των οπών στην εστία, καθώς η ρευστοποιημένη κλίνη μπορεί να ρέει σαν υγρό.

Κυλινδρικοί κάμινοι ρευστοποιημένης κλίνης.Πρόσφατα, εμφανίστηκαν φούρνοι δεύτερης γενιάς με το λεγόμενο κυκλοφορούμενο ρευστοποιημένο κρεβάτι. Ένας κυκλώνας εγκαθίσταται πίσω από αυτούς τους κλιβάνους, στον οποίο όλα τα άκαυστα σωματίδια συλλαμβάνονται και επιστρέφονται στον κλίβανο. Έτσι, τα σωματίδια «παγιδεύονται» στο σύστημα φούρνου καυστήρα-κυκλώνα έως ότου καούν εντελώς. Αυτοί οι κλίβανοι έχουν υψηλή απόδοση, η οποία δεν είναι κατώτερη από τη μέθοδο καύσης του θαλάμου, διατηρώντας παράλληλα όλα τα περιβαλλοντικά οφέλη.

Οι κάμινοι ρευστοποιημένης κλίνης χρησιμοποιούνται ευρέως όχι μόνο στον ενεργειακό τομέα, αλλά και σε άλλες βιομηχανίες, για παράδειγμα, για την καύση του πυρίτη για την απόκτηση SO 2,ψήσιμο διαφόρων μεταλλευμάτων και των συμπυκνωμάτων τους (ψευδάργυρος, χαλκός, νικέλιο, ρουλεμάν) κ.λπ. (Από την άποψη της θεωρίας της καύσης, το ψήσιμο, για παράδειγμα, μετάλλευμα ψευδαργύρου σύμφωνα με την αντίδραση 2ZnS + 3O 2 = 2ZnO Το +2SO 2 είναι η καύση αυτού του συγκεκριμένου "καυσίμου", προχωρώντας, όπως όλες οι αντιδράσεις καύσης, με την απελευθέρωση μεγάλων ποσοτήτων θερμότητας.) Ευρέως διαδεδομένοι, ειδικά στο εξωτερικό, οι κάμινοι ρευστοποιημένης κλίνης έχουν βρει για εξουδετέρωση πυρκαγιάς (δηλαδή, αποτέφρωση) διαφόρων επικίνδυνα απόβλητα παραγωγής (στερεά, υγρά και αέρια) - λάσπη αποχέτευσης λυμάτων, σκουπίδια κ.λπ.

Θέμα 12. Φούρνοι της χημικής βιομηχανίας. Σχηματικό διάγραμμα ενός κλιβάνου καυσίμου. Ταξινόμηση των κλιβάνων στη χημική βιομηχανία. Οι κύριοι τύποι κλιβάνων, χαρακτηριστικά του σχεδιασμού τους. Ισορροπία θερμότητας των φούρνων

Φούρνοι χημικής βιομηχανίας. Σχηματικό διάγραμμα ενός κλιβάνου καυσίμου

Ένας βιομηχανικός κλίβανος είναι μια μονάδα ενεργειακής τεχνολογίας που έχει σχεδιαστεί για τη θερμική επεξεργασία υλικών προκειμένου να τους δώσει τις απαραίτητες ιδιότητες. Διάφοροι τύποι καυσίμων άνθρακα (αέριο, μαζούτ, κ.λπ.) χρησιμεύουν ως πηγή θερμότητας στους φούρνους καυσίμου (φλόγα). Οι σύγχρονες εγκαταστάσεις κλιβάνων είναι συχνά μεγάλες μηχανοποιημένες και αυτοματοποιημένες μονάδες με υψηλή παραγωγικότητα.

Το πιο σημαντικό για την επιλογή του τεχνολογικού τρόπου της διαδικασίας είναι η βέλτιστη θερμοκρασία της τεχνολογικής διαδικασίας, η οποία καθορίζεται από θερμοδυναμικούς και κινητικούς υπολογισμούς των διεργασιών. Το βέλτιστο καθεστώς θερμοκρασίας της διαδικασίας ονομάζεται συνθήκες θερμοκρασίας υπό τις οποίες εξασφαλίζεται η μέγιστη παραγωγικότητα του προϊόντος στόχου σε ένα δεδομένο κλίβανο.

Συνήθως, η θερμοκρασία λειτουργίας στον κλίβανο είναι κάπως χαμηλότερη από τη βέλτιστη · εξαρτάται από τις συνθήκες καύσης καυσίμου, συνθήκες ανταλλαγής θερμότητας, μονωτικές ιδιότητες και αντοχή της επένδυσης του κλιβάνου, θερμοφυσικές ιδιότητες του υλικού που υποβάλλεται σε επεξεργασία και άλλους παράγοντες. Για παράδειγμα, για τους κλιβάνους, η θερμοκρασία λειτουργίας κυμαίνεται μεταξύ της θερμοκρασίας των ενεργών διεργασιών οξείδωσης και της θερμοκρασίας σύντηξης των πυροδοτούμενων προϊόντων. Το θερμικό καθεστώς του κλιβάνου νοείται ως ένα σύνολο διαδικασιών αδράνειας θερμότητας, θερμότητας μεταφοράς μάζας και μηχανικών μέσων που παρέχουν κατανομή θερμότητας στη ζώνη της τεχνολογικής διαδικασίας. Το θερμικό καθεστώς της ζώνης επεξεργασίας καθορίζει το θερμικό καθεστώς ολόκληρου του κλιβάνου.

Ο τρόπος λειτουργίας των κλιβάνων επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τη σύνθεση της ατμόσφαιρας αερίου στον κλίβανο, η οποία είναι απαραίτητη για τη σωστή πορεία της τεχνολογικής διαδικασίας. Για τις διαδικασίες οξείδωσης, το περιβάλλον αερίου στον κλίβανο πρέπει να περιέχει οξυγόνο, η ποσότητα του οποίου κυμαίνεται από 3 έως 15% ή περισσότερο. Το αναγωγικό περιβάλλον χαρακτηρίζεται από χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο (έως 1-2%) και την παρουσία αναγωγικών αερίων (CO, H2, κ.λπ.) 10-20% ή περισσότερο. Η σύνθεση της φάσης αερίου καθορίζει τις συνθήκες καύσης καυσίμου στον κλίβανο και εξαρτάται από την ποσότητα του αέρα που παρέχεται για την καύση.

Η κίνηση των αερίων σε έναν κλίβανο έχει σημαντική επίδραση στην τεχνολογική διαδικασία, την καύση και τη μεταφορά θερμότητας, και σε κλιβάνους, "ρευστοποιημένη κλίνη" ή κλιβάνους δίνης, η κίνηση των αερίων είναι ο κύριος παράγοντας στη βιώσιμη λειτουργία. Η καταναγκαστική κίνηση των αερίων πραγματοποιείται από εξαντλητές καπνού και ανεμιστήρες.

Η ταχύτητα της τεχνολογικής διαδικασίας επηρεάζεται από την κίνηση του υλικού που υποβάλλεται σε θερμική επεξεργασία.

Το σχήμα της εγκατάστασης φούρνου περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία: μια συσκευή καύσης για την καύση καυσίμου και την οργάνωση της ανταλλαγής θερμότητας. χώρος εργασίας του κλιβάνου για την εκπλήρωση του στόχου τεχνολογικού καθεστώτος · εναλλάκτες θερμότητας για ανάκτηση θερμότητας καυσαερίων (θέρμανση αερίου, αέρα) · εργοστάσια χρησιμοποίησης (λέβητες θερμότητας αποβλήτων) για τη χρήση της θερμότητας των καυσαερίων · συσκευή έλξης και εμφύσησης (εξατμιστές καπνού, ανεμιστήρες) για την απομάκρυνση της καύσης καυσίμου και αερίων προϊόντων θερμικής επεξεργασίας υλικών και παροχή αέρα σε καυστήρες, ακροφύσια κάτω από τη σχάρα · συσκευές καθαρισμού (φίλτρα, κ.λπ.).

Η καύση στερεού καυσίμου που βρίσκεται ακίνητη στη σχάρα με κορυφαία φόρτωση καυσίμου φαίνεται στο Σχ. 6.2.

Το φρέσκο ​​καύσιμο βρίσκεται στο πάνω μέρος του στρώματος μετά τη φόρτωση. Ο οπτάνθρακας καύσης βρίσκεται κάτω από αυτό και η σκωρία βρίσκεται ακριβώς πάνω από τη σχάρα. Αυτές οι ζώνες του στρώματος αλληλεπικαλύπτονται εν μέρει. Καθώς το καύσιμο εξαντλείται, σταδιακά διέρχεται από όλες τις ζώνες. Στην πρώτη περίοδο μετά την άφιξη του φρέσκου καυσίμου στον οπτάνθρακα καύσης, πραγματοποιείται η θερμική προετοιμασία του (θέρμανση, εξάτμιση υγρασίας, απελευθέρωση πτητικών), η οποία καταναλώνει μέρος της θερμότητας που απελευθερώνεται στο στρώμα. Στην εικ. 6.2 δείχνει την κατά προσέγγιση καύση στερεού καυσίμου και την κατανομή θερμοκρασίας στο ύψος του στρώματος καυσίμου. Η περιοχή της υψηλότερης θερμοκρασίας βρίσκεται στη ζώνη καύσης οπτάνθρακα, όπου απελευθερώνεται η κύρια ποσότητα θερμότητας.

Η σκωρία που σχηματίστηκε κατά την καύση του καυσίμου ρέει σε σταγονίδια από τα καυτά κομμάτια κοκ προς τον αέρα. Σταδιακά η σκωρία κρυώνει και ήδη σε στερεή κατάσταση φτάνει στη σχάρα, από όπου αφαιρείται. Η σκωρία που βρίσκεται στη σχάρα το προστατεύει από υπερθέρμανση, θερμαίνει και κατανέμει ομοιόμορφα τον αέρα πάνω από το στρώμα. Ο αέρας που διέρχεται από τη σχάρα και εισέρχεται στο στρώμα καυσίμου ονομάζεται πρωτογενής αέρας. Εάν δεν υπάρχει αρκετός πρωτογενής αέρας για πλήρη καύση του καυσίμου και υπάρχουν ελλιπή προϊόντα καύσης πάνω από το στρώμα, τότε ο αέρας παρέχεται επιπλέον στον χώρο του πάνω στρώματος. Αυτός ο αέρας ονομάζεται δευτερεύων αέρας.

Με την άνω τροφοδοσία καυσίμου στη σχάρα, πραγματοποιείται η χαμηλότερη ανάφλεξη του καυσίμου και η αντίθετη κίνηση των ροών αερίου-αέρα και καυσίμου. Αυτό εξασφαλίζει αποτελεσματική ανάφλεξη του καυσίμου και ευνοϊκές υδροδυναμικές συνθήκες για την καύση του. Οι κύριες χημικές αντιδράσεις μεταξύ του καυσίμου και του οξειδωτή λαμβάνουν χώρα στη ζώνη θερμού οπτάνθρακα. Η φύση του σχηματισμού αερίων στο καύσιμο στρώμα καυσίμου φαίνεται στο Σχ. 6.3.

Στην αρχή του στρώματος, στη ζώνη οξυγόνου (Κ), στην οποία υπάρχει εντατική κατανάλωση οξυγόνου, σχηματίζονται ταυτόχρονα μονοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του άνθρακα CO 2 και CO. Προς το τέλος της ζώνης οξυγόνου, η συγκέντρωση О 2 μειώνεται στο 1-2% και η συγκέντρωση СО 2 φτάνει στο μέγιστο. Η θερμοκρασία της στοιβάδας στη ζώνη οξυγόνου αυξάνεται απότομα, έχοντας ένα μέγιστο όπου έχει καθοριστεί η υψηλότερη συγκέντρωση CO 2.

Στη ζώνη αναγωγής (Β), το οξυγόνο ουσιαστικά απουσιάζει. Το διοξείδιο του άνθρακα αντιδρά με θερμό άνθρακα σχηματίζοντας μονοξείδιο του άνθρακα:

Κατά τη διάρκεια του ύψους της ζώνης μείωσης, η περιεκτικότητα σε CO 2 στο αέριο μειώνεται και η περιεκτικότητα σε CO αυξάνεται ανάλογα. Η αντίδραση της αλληλεπίδρασης του διοξειδίου του άνθρακα με τον άνθρακα είναι ενδοθερμική, έτσι η θερμοκρασία πέφτει κατά μήκος του ύψους της ζώνης αναγωγής. Παρουσία υδρατμών στα αέρια στη ζώνη αναγωγής, είναι επίσης δυνατή μια ενδοθερμική αντίδραση αποσύνθεσης του Η2Ο.

Η αναλογία των ποσοτήτων CO και CO 2 που λαμβάνονται στο αρχικό τμήμα της ζώνης οξυγόνου εξαρτάται από τη θερμοκρασία και τις αλλαγές ανάλογα με την έκφραση

όπου Е с και Е СO2 - ενέργειες ενεργοποίησης σχηματισμού СО και СО 2, αντίστοιχα · Το A είναι ένας αριθμητικός συντελεστής. Το R είναι η καθολική σταθερά αερίου. Το T είναι η απόλυτη θερμοκρασία.
Η θερμοκρασία της στιβάδας, με τη σειρά της, εξαρτάται από τη συγκέντρωση του οξειδωτικού παράγοντα, καθώς και από το βαθμό θέρμανσης του αέρα. Στη ζώνη αναγωγής, η καύση του στερεού καυσίμου και ο συντελεστής θερμοκρασίας έχουν επίσης αποφασιστική επίδραση στην η αναλογία μεταξύ CO και CO 2. Με αύξηση της θερμοκρασίας αντίδρασης, το CO 2 + C = P2, το CO μετατοπίζεται προς τα δεξιά και η περιεκτικότητα του μονοξειδίου του άνθρακα στα αέρια αυξάνεται.
Το πάχος των ζωνών οξυγόνου και αναγωγής εξαρτάται κυρίως από τον τύπο και το μέγεθος των τεμαχίων καυσίμου καύσης και το καθεστώς θερμοκρασίας. Με την αύξηση του μεγέθους του καυσίμου, το πάχος των ζωνών αυξάνεται. Βρέθηκε ότι το πάχος της ζώνης οξυγόνου είναι περίπου τρεις έως τέσσερις διαμέτρους των καυστικών σωματιδίων. Η ζώνη ανάκτησης είναι 4-6 φορές παχύτερη από τη ζώνη οξυγόνου.

Η αύξηση της έντασης της έκρηξης ουσιαστικά δεν επηρεάζει το πάχος των ζωνών. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης στο στρώμα είναι πολύ υψηλότερος από τον ρυθμό σχηματισμού μίγματος και όλο το παρεχόμενο οξυγόνο αντιδρά αμέσως με τις πρώτες σειρές σωματιδίων του πυρακτώσιμου καυσίμου. Η παρουσία οξυγόνου και ζωνών αναγωγής στο στρώμα είναι χαρακτηριστική για την καύση άνθρακα και φυσικών καυσίμων (Εικ. 6.3). Με την αύξηση της αντιδραστικότητας του καυσίμου, καθώς και με τη μείωση της περιεκτικότητάς του σε τέφρα, το πάχος των ζωνών μειώνεται.

Η φύση του σχηματισμού αερίου στο στρώμα καυσίμου δείχνει ότι, ανάλογα με την οργάνωση της καύσης, μπορούν να ληφθούν πρακτικά αδρανή ή καύσιμα και αδρανή αέρια στην έξοδο του στρώματος. Εάν ο στόχος είναι η μεγιστοποίηση της μετατροπής της θερμότητας καυσίμου σε φυσική θερμότητα αερίων, τότε η διαδικασία πρέπει να πραγματοποιείται σε ένα λεπτό στρώμα καυσίμου με περίσσεια οξειδωτή. Εάν ο στόχος είναι η λήψη καύσιμων αερίων (αεριοποίηση), τότε η διαδικασία πραγματοποιείται με ένα στρώμα που έχει αναπτυχθεί σε ύψος με έλλειψη οξειδωτή.

Η καύση καυσίμου στον κλίβανο του λέβητα αντιστοιχεί στην πρώτη περίπτωση. Και η καύση του στερεού καυσίμου οργανώνεται σε ένα λεπτό στρώμα, το οποίο εξασφαλίζει τη μέγιστη πορεία οξειδωτικών αντιδράσεων. Δεδομένου ότι το πάχος της ζώνης οξυγόνου εξαρτάται από το μέγεθος του καυσίμου, όσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος των τεμαχίων, τόσο πιο παχύ είναι το στρώμα. Έτσι, όταν καίτε καφέ και ασφαλτούχους άνθρακες (έως 20 mm σε μέγεθος) σε ένα στρώμα λεπτών, το πάχος του στρώματος διατηρείται στα περίπου 50 mm. Με τους ίδιους άνθρακες, αλλά σε τεμάχια μεγέθους άνω των 30 mm, το πάχος του στρώματος αυξάνεται στα 200 mm. Το απαιτούμενο πάχος του στρώματος καυσίμου εξαρτάται επίσης από το περιεχόμενο υγρασίας του. Όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε υγρασία του καυσίμου, τόσο μεγαλύτερο είναι το απόθεμα της μάζας καύσης στο στρώμα για να εξασφαλιστεί σταθερή ανάφλεξη και καύση ενός νέου τμήματος του καυσίμου.