Izgaranje čvrstog goriva: Značajke i karakteristike glavne vrste. Velika enciklopedija nafte i plina

Proces izgaranja krutog goriva može se prikazati u obliku niza stalnih faza. U početku se javlja gorivo i uparavanje vlage. Zatim, na temperaturi iznad 100 ° C, počinje pirogena raspadanja složenih organskih spojeva visoke molekularne težine, a počinje odvajanje hlapljivih tvari, dok temperatura izlaza hlapljivosti ovisi o vrsti goriva i stupnju karbonacije (kemikalija dob). Ako temperatura okoline premašuje temperaturu upale od hlapljivih tvari, osvjetljavaju, čime se dodatno zagrijavaju čestice koksa na njezino paljenje. Što je veći izlaz od hlapljivih, to je niža temperatura njihovog paljenja, dok se rasipanje topline povećava.

Čestica koksa zagrijava se zbog topline okolnih dimnih plinova i rasipanja topline kao rezultat izgaranja hlapljivih i rasvjeta na temperaturi od 800 ° C 1000 ° C. Prilikom spaljivanja čvrstog goriva u stanju prašine, i faza (posuđivanje šišmiša i koksa) može se nadmoći međusobno, jer se grijanje najmanja čestica ugljena javlja vrlo brzo. U stvarnim uvjetima, bavimo se polidispersom sastav ugljena prašine, pa u svakom trenutku, neke čestice tek počinju zagrijavati, druge su na fazi izlaza, a treći - u fazi izgaranja ostatak koksa.

Proces izgaranja čestica koksa igra odlučujuću ulogu u procjeni i ukupnog vremena gori goriva i ukupne proizvodnje topline. Čak i za gorivo s visokim iskorištenjem nestabilnog (na primjer, predgrađa smeđeg ugljena), ostatak koksa je 55 mas.%, A njezino rasipanje topline je 66%. A za gorivo s vrlo niskim izlazom hlapljivih (na primjer, kao), ostatak koksa može biti više od 96% težine čestice suhog izvora, a rasipanje topline tijekom njegovog izgaranja, odnosno, oko 95%.

Proučavanje izgaranja ostatka koksa pokazala je složenost ovog procesa.

Kada spaljivanje ugljika postoje dva primaran Reakcije izravne heterogene oksidacije:

C + O2 \u003d CO 2 + 34 MJ / kg; (četrnaest)

2C + O 2 \u003d 2 + 10,2 MJ / kg. (petnaest)

Kao rezultat formiranja CO 2 i CO, dva sekundarnireakcije:

oksidacija ugljičnog oksida 2 O + O 2 \u003d 2 + 2 + 12,7 MJ / kg; (šesnaest)

obnova ugljičnog dioksida CO 2 + C \u003d 2 - 7,25 MJ / kg. (17)

Osim toga, u prisutnosti vodene pare na podijeljenoj površini čestice, tj. U području visokog temperatura, rasplinjavanje se javlja s otpuštanjem vodika:

C + H2O \u003d CO + H 2. (osamnaest)

Heterogene reakcije (14, 15, 17 i 18) ukazuju na izravno spaljivanje ugljika, popraćene gubitkom ugljične čestice u težini. Homogena reakcija (16) se odvija blizu površine čestice zbog difuzije kisika iz okolnog volumena, i kompenzira smanjenje razine temperature postupka, koji nastaje kao rezultat endotermne reakcije (17).

Omjer između CO i CO 2 na površini čestice ovisi o temperaturi plinova u ovom području. Dakle, na primjer, prema eksperimentalnim studijama, reakcija se javlja na 1200 ° C

4C + 3O 2 \u003d 2 + 2CO 2 (e \u003d 84 ÷ 125 KJ / m-mole),

i na temperaturama iznad 1500 ° C

3C + 2O 2 \u003d 2 + CO 2 (e \u003d 290 ÷ 375 KJ / m-mole).

Očito, u prvom slučaju, CO i CO2 su izolirani oko jednakih količina, dok s povećanjem temperature, volumen odvojenog s 2 puta prelazi CO2.

Kao što je već zabilježeno, stopa izgaranja uglavnom ovisi o dva čimbenika:

1) brzine kemijske reakcije, koji je određen od strane Arrenius zakona i brzo raste s povećanjem temperature;

2) brzine opskrbe oksidatora (kisik) do zone gori zbog difuzije (molekularna ili burna).

U početnom razdoblju procesa izgaranja, kada temperatura još uvijek nije visoka, brzina kemijske reakcije je također niska, au okolnom česticu goriva i njezina površina oksidanta je više nego dovoljno, tj. Postoji lokalni višak zraka. Nema poboljšanja aerodinamike vjetrada ili plamenika, što dovodi do intenziviranja opskrbe kisikom do čestice za snimanje, neće utjecati na postupak izgaranja, koji je inhibiran samo niskom brzinom kemijske reakcije, tj. kinetika. To - kinetičko gori.

Budući da se proces izgaranja događa, toplina se razlikuje, temperatura se povećava, a time i brzina kemijske reakcije, koja dovodi do brzog povećanja potrošnje kisika. Njegova koncentracija na površini čestica stalno padne, au budućnosti će se brzina izgaranja odrediti samo brzinom difuzije kisika u zoni izgaranja, što je gotovo neovisno o temperaturi. To - polje širine gori.

U paljenje prijelaznog područja Brzina kemijske reakcije i difuzije su vrijednosti jednog reda.

Prema zakonu molekularne difuzije (zakon fic), brzina difuzijskog prijenosa kisika iz volumena na površinu čestice

gdje - koeficijent difuzijskog prijenosa mase;

i - Prema tome, djelomični tlak kisika u volumenu i površini.

Potrošnja kisika na površini čestice određena je brzinom kemijske reakcije:

, (20)

gdje k. - Konstanta brzine reakcije.

U tranzicijskoj zoni u stabilnom stanju

,

iz
(21)

Zamjena (21) u (20), dobivamo izraz za brzinu izgaranja u tranzicijskoj regiji na potrošnji oksidant (kisik):

(22)

gdje
- učinkovitu konstantu brzine spaljivanja.

U zoni relativno niskih temperatura (kinetička regija)
, stoga, k. eF. \u003d K.I izraz (22) uzima oblik:

,

oni. Koncentracije kisika (djelomični tlak) u volumenu i na površini čestice razlikuju se malo od drugih, a brzina izgaranja je gotovo u potpunosti određena kemijskom reakcijom.

S povećanjem temperature stope konstante kemijske reakcije povećava se prema eksponencijalnom pravu Arreniusa (vidi Sl.22), dok je molekularni (difuzni) prijenos mase slabo ovisi o temperaturi, naime

.

Uz neku temperaturu vrijednost t * brzina potrošnje kisika počinje premašiti intenzitet opskrbe iz okolnog volumena, koeficijenata α D. i k. oni postaju razmjerni vrijednosti jednog reda, koncentracija kisika na površini počinje se značajno smanjuje, a krivulja stope izgaranja odstupa od teoretske krivulje kinetičkog izgaranja (Arrenius zakon), ali se također značajno povećava. Krivulja se pojavljuje na krivulji - proces prelazi u međuprodukt (prijelazno) spaljivanje područje. Relativno intenzivan napon je zbog činjenice da je zbog smanjenja koncentracije kisika na površini čestice, razlika djelomičnih tlaka kisika u volumenu i površini povećava.

U procesu intenziviranja izgaranja, koncentracija kisika na površini praktički postaje nula, dodavanje kisika na površinu slabo ovisi o temperaturi i postaje gotovo konstantna, tj. α D. << k., i, prema tome, proces odlazi u područje difuzije

.

U području difuzije, povećanje brzine izgaranja postiže se intenziviranjem procesa miješanja goriva s zrakom (poboljšanje plamenika) ili povećanje brzine čestice kroz protok zraka (poboljšanje prozora peći ), kao rezultat kojih se debljina graničnog sloja smanjuje na površini, a opskrba kisikom se pojačava do čestice.

Kao što je već zabilježeno, kruto gorivo se spaljuje u obliku velikih (bez posebne pripravke) komada (sloj izgaranja), ili u obliku rubblinke (kipući sloj i niskotemperaturnom vrtlogu), ili u obliku najmanjih prašinu (metoda Blare).

Očito, najveći relativna brzina Puhanjem čestica goriva će biti s spaljivanjem sloja. U vrtlicama i bakljama metode spaljivanja čestica goriva su u protoku dimnih plinova, a relativna brzina njihovog priljeva znatno je niža nego u uvjetima stacionarnog sloja. Na temelju toga, čini se da bi se prijelaz iz kinetičke regije na difuziju ranije trebalo dogoditi za male čestice, tj. Za prašinu. Osim toga, brojne studije su pokazale da je ugljena prašina ponderirana u smjesi plin-zrak tako slabo puše da se proizvode za izgaranje formiraju oko njega oblak koji snažno usporava dovod kisika. I intenziviranje heterogenog izgaranja prašine na metodi svjetiljke navodno je zbog iznimno značajnog povećanja ukupne reakcijske površine. Međutim, očigledno nije uvijek istina .

Podnošenje kisika na površinu određuje se zakonima difuzije. Studije o izmjeni topline male sferne čestice koja je pojednostavljena laminarnom tokom, otkrila je generalizirani kriterijsku ovisnost:

Nu \u003d 2 + 0.33re 0.5.

Za male čestice koksa (kada je ponovno< 1, что соответствует скорости витания мелких частиц), Nu → 2, т.е.

.

Postoji analogija između procesa prijenosa topline i mase, budući da se oba određuju kretanjem molekula. Stoga, zakoni razmjene topline (Fourier i Newton-Richmanos zakoni) i masovni prijenos (zakon FIC) imaju sličan matematički izraz. Formalna analogija ovih zakona omogućuje da se procesi difuzije napišu:

,

iz
, (23)

gdje je d koeficijent molekularne difuzije (sličan koeficijentu toplinske provodljivosti λ u toplinskim procesima).

Kako slijedi iz formule (23), koeficijent transfera difuzijske mase α D je proporcionalan radijusu čestica. Stoga, s smanjenjem veličine čestica goriva, intenziviran je proces difuzije kisika na površinu čestice. Dakle, kada se izgaranje ugljena prašine, prijelaz na difuziju izgaranja se pomakne prema višim temperaturama (unatoč prethodno označenom smanjenju brzine čestica čestica).

Prema brojnim eksperimentalnim studijama koje su proveli sovjetski znanstvenici sredinom dvadesetog stoljeća. (G.F. Novorre, L.N. Chitrin, A.S.Spredvoditelev, V.V. Pomerans, itd.), U zoni konvencionalnih dimnih temperatura (oko 1500 ÷ 1600 ° C) izgaranje koksnih čestica pomiče iz srednje zone u difuziji, gdje intenziviranje kisika opskrba je od velike važnosti. U isto vrijeme, s povećanjem difuzije kisika na površinu, brzina kočenja izgaranja će početi na višoj temperaturi.

Vrijeme izgaranja sferične čestice ugljika u području difuzije ima kvadratnu ovisnost o početnoj veličini čestica:

,

gdje r. o. - početna veličina čestica; ρ c. - gustoća čestice ugljika; D. o. P. o. T. o. -, odnosno početne vrijednosti difuzije, tlaka i temperaturnog koeficijenta;
- početnu koncentraciju kisika u volumenu izgaranja na znatnoj udaljenosti od čestice; β - stehiometrijski koeficijent uspostavlja usklađenost s potrošnjom težine kisika po jediničnoj težini ugljika koji je spalio pod stehiometrijskim omjerima; T. m. - Logaritamska temperatura:

gdje T. p i T. g. - Odnosno, temperaturu površine čestice i okolnih dimnih plinova.

Stranica 1.

Proces izgaranja krutog goriva također se sastoji od nekoliko uzastopnih koraka. Prije svega, formiranje miješanja i toplinska priprema goriva, koji uključuje krušku i hlapljivu selekciju. Dobiveni zapaljivi plinovi i ostatak koksa u prisutnosti oksidansa slijedi spaljuju sa formiranjem dimnih plinova i kruti nezapaljivi ostatak - pepeo. Najduža je faza izgaranja koksa - ugljika, koja je glavna gorivna komponenta bilo kojeg krutog goriva. Stoga je mehanizam izgaranja krutog goriva u velikoj mjeri određen spaljivanjem ugljika.

Proces izgaranja krutih goriva može se podijeliti u sljedeće faze: grijanje i uparavanje vlage, sublimacija hlapljivo i formiranje koksa, spaljivanje hlapljivih tvari i koksa, stvaranje troske. Pri spaljivanju tekućih goriva, koks i troska se ne formiraju, pri spaljivanju plinovitih goriva, postoje samo dvije faze - grijani i gori.

Proces izgaranja krutog goriva može se podijeliti u dva razdoblja: razdoblje pripreme goriva za spaljivanje i period spaljivanja.

Proces izgaranja krutih goriva može se podijeliti u nekoliko stupnjeva: zagrijavanje i isparavanje vlage, raing i formiranje koksa, posuđivanje šišmiša, paljenje koksa.

Proces spaljivanja krutog goriva u struji na povišenim tlakovima dovodi do smanjenja dimenzija toplinskih komora i do značajnog povećanja toplinskih faza. Popravci koji rade na povišenom tlaku nisu primili rasprostranjeni.

Proces izgaranja krutih goriva je teoretski proučavano nedovoljno. Prva faza procesa izgaranja, što dovodi do stvaranja međuprodukta spoja, određuje se protokom postupka disocijacije oksidansa u adsorbiranom stanju. Zatim je formiranje kompleksa kisika i disocijacije molekularnog kisika u atomsko stanje. Mehanizmi heterogene katalize u odnosu na oksidacijske reakcije tvari koje sadrže ugljik također se temelje na disocijaciji oksidanta.

Proces izgaranja krutog goriva može se podijeliti u tri faze koja su dosljedno sutražena jedni na druge.

Proces izgaranja krutog goriva može se smatrati dvostupanjskim s ne-prostorom navedenim granicama između dvije faze: primarno nepotpune rasplinjavanje u heterogenom procesu, čija brzina ovisi uglavnom o brzini i uvjetima dovoda zraka, A sekundarno - izgaranje odvojenog plina u homogenom procesu, čija se brzina uglavnom ovisi iz kineske reakcije. Što je veće u gorivima hlapljivo, to više stopa izgaranja ovisi o brzini tekućih kemijskih reakcija.

Intenziviranje procesa izgaranja krutog goriva i značajnog povećanja stupnja hvatanja pepela postiže se u ciklonskim pećima. S, u kojem se pepeo topi i tekuće troske se uklanjaju kroz pilote na dnu uređaja za gorivo.

Osnova procesa sagorijevanja goriva je oksidacija ugljika, koja je glavna komponenta njegove zapaljive mase.

Za proces izgaranja čvrstog goriva, bezuvjetni interes je reakcije izgaranja ugljičnog monoksida i vodika. Za kruta goriva bogata hlapljivim tvarima, u brojnim procesima i tehnološkim shemama, potrebno je znati karakteristike izgaranja ugljikovodičnih plinova. Mehanizam i kinetika homogenih reakcija izgaranja se smatraju u skladu s CH. Uz gore navedene sekundarne reakcije, treba nastaviti heterogenim reakcijama ugljičnog dioksida i vodene pare, reakciju konverzije vodne vode ugljik oksid i obitelj reakcija formiranja metana, koje vidljive brzine teku tijekom visokotlačnog rasplinjavanja.

Zbog sve veće popularnosti kotlova na kruto gorivo, veliki broj potencijalnih kupaca ove opreme zainteresiran je za pitanje kakvog krutog goriva je poželjno kao glavni, i, ovisno o odlučivanju, naručuje jednu ili drugu vrstu oprema za grijanje.

Glavni pokazatelj bilo kojeg goriva, ne samo kruti, je njegov prijenos topline, koji osigurava spaljivanje krutog goriva. U tom slučaju prijenos topline čvrstog goriva izravno je povezan s njegovim tipom, svojstvima i sastavom.

Mala kemija

Sastav krutih goriva uključuje sljedeće tvari: ugljik, vodik, kisik i mineralne veze. Kada kombiniranje goriva, ugljik i vodik su spojeni na air kisik (najjači prirodni oksidans) - reakcija izgaranja javlja se s otpuštanjem velikog broja toplinske energije. Nadalje, plinoviti proizvodi izgaranja se uklanjaju kroz dimni sustav, a kruti proizvodi izgaranja (pepeo i troske) ispadaju u obliku otpada kroz rešetku.

U skladu s tim, glavni zadatak suočen s dizajnom opreme za grijanje koji radi na krutom gorivu je osigurati najtraženiji gorivo gorivo u peći ili gorivu kotla. Trenutno je postignut određeni napredak u ovom području - kotlovi za kruto gorivo dugotrajnog gori na principu gornjeg izgaranja i pojavio se proces pirolize.

Kalorična vrijednost glavnih vrsta krutog goriva

• Ogrevno drvo. U prosjeku (ovisno o drvu drva) i vlažnosti od 2800 do 3300 kcal / kg.
• Treset - ovisno o vlažnosti od 3000 do 4000 kcal / kg.
• Ugljen - ovisno o vrsti (antracit, smeđi ili plamen) od 4700 do 7200 kcal / kg.
• Pritisne brikete i pelete - 4500 kcal / kg.

Drugim riječima, proces spaljivanja krutog goriva različitih tipova popraćen je različitom količinom topline koja se generira toplinskom energijom, tako da bi izbor glavne vrste goriva trebao biti vrlo odgovoran - treba voditi u ovom broju informacija navedenih u Operativna dokumentacija (Ručice ili priručnik za uporabu) na to ili onu opremu za kruto gorivo.

Kratka karakteristika glavnih vrsta krutog goriva

Drvo za ogrjev

Najpristupačniji, dakle najčešći tip goriva u Rusiji. Kao što je već spomenuto, količina topline koja se oslobađa tijekom procesa izgaranja ovisi o pasmini na drva i njegovoj vlažnosti. Važno je napomenuti da kada se koristi za ogrjev kao gorivo za kotla pirolize postoji granica vlage, koja u ovom slučaju ne smije prelaziti 15-20%.

Treset

Treset je komprimirani ostatak nebrojenih biljaka koje imaju dugo vremena u tlu deblja. Prema proizvodnoj metodi, jahanje i donji treset razlikovati. I prema agregatnom stanju, treset može biti uklesan, kvrgav i pritisnut u obliku briketa. Prema količini toplinske energije oslobođene, treset je sličan drva za ogrjev.

Ugljen

Ugljen je najviše "kalorijska" vrsta krutog goriva, koji zahtijeva posebnu tehnologiju paljenja. Općenito, kako bi se otopila peć ili kotler na kamenom kutu, potrebno je u početku zapaliti drva za ogrjevno drvo i tek tada, za opterećenje kamenog ugljena (smeđe, plamen ili antracit) na dobro razneseno ogrjevno drvo.

Briketi i peleti

Ovo je nova vrsta krutog goriva, različita u veličinama pojedinih elemenata. Brikete su veći, a pelete su manje. Početni materijal za proizvodnju briketa i peleta može poslužiti bilo koju "gorivo" tvar: drvne čipove, drvnu prašinu, slamu, školjke, treset, treset, ljusku suncokreta, koru, karton i druge "mase" zapaljive tvari u slobodnom pristupu.

Prednosti briketa i peleta

• Ekološki prihvatljiv gorivo s visokom kaloričnom vrijednošću.
• Dugo spaljivanje zbog visoke gustoće materijala.
• Praktičnost i kompaktnost skladištenja.
• Minimalna količina pepela nakon izgaranja je od 1 do 3% volumena.
• Niska relativna cijena.
• Sposobnost automatizacije procesa rada kotla.
• Prikladno za sve vrste kotlova za gorivo i grijanje kućanskih peći.

Zapaljivi plinovi i sušinski parovi (tzv. Hlapljivi), izolirani tijekom toplinske raspadanja prirodnog krutog goriva u procesu njegovog grijanja, miješanjem s oksidirajućim sredstvom (zrak), na visokoj temperaturi, sagorijevaju dovoljno intenzivno kao obični plinovito gorivo , Stoga, gori goriva s velikim izlazom od hlapljivih (ogrjevica, treset, škriljevca) ne uzrokuje poteškoće, osim ako, naravno, sadržaj balasta u njima (vlažnost plus Ashost) nije toliko velika da postane prepreka za dobivanje temperatura temperature.

Vrijeme izgaranja goriva sa srednjim (smeđim i kamenim ugljenom) i malim (mršavim ugljenom i antracitima) izlazni hlapil je praktički određen reakcijskom brzinom na površini ostatka koksa nastao nakon odvajanja hlapljivih. Izgaranje ovog ostatka osigurava i dodjeljuje glavnu količinu topline.

Reakcijska curi na površini dijela dvije faze(U ovom slučaju, na površini koksa) nazvanheterogena. Sastoji se od najmanje dva uzastopna procesa: difuzija kisika na površinu i njegova kemijska reakcija s gorivom (gotovo čisti ugljik koji ostaje nakon izlaska hlapil) na površini. Povećavajući se prema Zakonu o Arreniusu, brzina kemijske reakcije na visokoj temperaturi postaje toliko velika da se sve kisik isporučuje na površini odmah reagira. Kao rezultat toga, stopa izgaranja ovisi o intenzitetu isporuke kisika na površinu spaljivanja čestice masenim prijenosom i difuzijom. Praktički je prestanka utjecati na temperaturu procesa i reakcionarnih svojstava ostatka koksa. Ovaj način heterogene reakcije naziva se difuzijom. Intenzificirati izgaranje u ovom načinu može se intenzivirati samo opskrbu reagensa na površinu čestice goriva. U različitim pećima, to se postiže različitim metodama.

Peći sloj.Čvrsto gorivo napunjeno slojem određene debljine na distribucijsku mrežu se zapali i pročišćava (najčešće od dna prema gore) zraka (Sl. 28, a). Filtriranje između komada goriva, gubi kisik i obogaćen oksidima (CO2, CO) ugljikom zbog ugljena izgaranja, vodene pare i ugljena ugljičnog dioksida.

Sl. 28. Sheme organizacije procesa peći:

ali - u gustom sloju; b - u prašinu u obliku prašine; _in - u ciklonskom ložištu;

g - u kipućem sloju; U- zrak; T, u - gorivo, zrak; Zh Tekuća šljaka

Zona, u kojoj kisik gotovo potpuno nestaje, naziva se kisik; Njegova visina je dva ili tri promjera komada goriva. U ishodima, plinovi su sadržani ne samo s 2, H20 i n2, već i zapaljivi plinovi CO i H2, nastali i zbog oporavka CO2 i H2 na ugljen i od hlapljivog od ugljen. Ako je visina sloja veća od zone kisika, zatim iza kisika slijedi redukcijsku zonu u kojoj se slijede samo reakcije C2 + C \u003d 2 i H20 + C \u003d CO + CO + 2. Kao rezultat toga, koncentracija zapaljivog klizanja plina povećava se kako se njegova visina povećava.

U slojevima peći, visina sloja pokušava zadržati visinu zone kisika ili više. Za nadoknađuju proizvode nepotpunog izgaranja (H2, CO), koji se pojavljuju iz sloja, kao i za naknadno razbijanje prašine koja je završila, a dodatni zrak se isporučuje preko sloja.

Količina spaljenog goriva je proporcionalna količini zraka podnesena, međutim, povećanje brzine zraka u određenom graniku ometa stabilnost gustog sloja, budući da zrak koji prolazi kroz sloj u odvojenim mjestima formira krater. Budući da se polidisperse gorivo uvijek napušta u sloj, odvajanje se povećava. Što su čestice veće, s većom brzinom možete raznijeti zrak kroz sloj bez ometanja njegove stabilnosti. Ako uzmemo za grube procjene, toplina "izgaranja" 1 m 3 zraka u normalnim uvjetima na α B \u003d 1 jednaka 3,8 MJ i razumije w N.brzina protoka zraka po jedinici područja područja rešetke (m / s), zatim će biti promjena topline iz zrcala izgaranja (MW / m 2)

q r \u003d 3,8w n / α u(105)

Poplavni uređaji za spaljivanje sloja klasificiraju se ovisno o metodi hranjenja, krećući se i gorivo slojem goriva na rešetki rešetke. U ne mehaniziranim pećima, u kojima se sva tri operacije provode ručno, možete izgoriti ne više od 300 - 400 kg / h ugljena. Potpuno mehanizirani slojevi s pneumomehaničkim pretvaračima i obrnutim lancem (sl. 29) bili su najčešći u industriji. Njihova značajka je izgaranje goriva na kontinuirano kretanje brzinom od 1 -15 m / h uz rešetku rešetka, dizajniranog kao traka za transportnu traku, pogon od električnog motora. Šipke rešetke sastoji se od odvojenih elemenata rešetke fiksirane na beskrajnim šarkama lanci kada su "zvjezdice" vožnje. Zrak potreban za spaljivanje se isporučuje ispod rešetke kroz praznine između elemenata rešetke.

Sl. 29. Dijagram firecase s pneumomehaničkim reljefom i retrotalnom lancom:

1 - tkanina rešetke rešetke; 2 - Vozite "zvijezde"; 3 - sloj goriva i troske; 4 – 5 - rotor premještanja; 6 - hranilica vrpce; 7 - spremnik za gorivo; 8 - volumen dimnjaka; 9 - cijevi na zaslonu; 10 - 11 - namještaj peći; 12 - stražnja brtva; 13 - Windows za dovod zraka ispod sloja

Poljoprivrednici, U prošlom stoljeću za spaljivanje u slojevima peći (i nije bilo drugog), koristi se samo ugljen, ne sadrži trivijalnosti (obično frakcija 6 - 25 mm). Frakcija okvir 6 mm - SHTYB (iz njemačke stab - prašine) bio je otpad. Početkom ovog stoljeća razvijena je prašina nalik na prašinu za spaljivanje, u kojoj su ugljena zgnječeni na 0,1 mm, a teški antraciti bili su još manji. Takve prašine vole protok plina, relativna brzina između njih je vrlo mala. Ali vrijeme njihovog izgaranja je iznimno malo - sekundi i djelić sekundi. Stoga, s vertikalnom brzinom plina, manje od 10 m / s i dovoljnoj visini peći (deseci metara u suvremenim kotlovima) prašina ima vremena za potpuno izgorjelo u letu u procesu kretanja zajedno s plinom iz plamenika prije izlazak iz peći.

Ovo se načelo temelji na osnovi (komore) pećima, u koje fino okretanje zapaljive prašine puše kroz plamenice zajedno s zrakom potrebnim za spaljivanje (vidi sliku 28, b ) slično tome, plinoviti ili tekući goriva spaljuju se. Stoga su komorne peći pogodne za spaljivanje bilo kojeg goriva, što je njihova velika prednost u odnosu na sloj. Druga prednost je sposobnost stvaranja vatrogasaca bilo koje praktički koliko snage. Stoga su komorne peći sada u energetskoj industriji dominantni položaj. U isto vrijeme, prašina ne može biti stabilna da gori u malim pećima, posebno s promjenjivim načinima rada, tako da se čađe za prašine s toplinskim kapacitetom manje od 20 MW ne.

Gorivo je slomljeno u uređajima za glodanje i puše u dimnoj komori kroz prašine plamenika. Prijevoz zraka, razmišljajući o prašinom, naziva se primarno.

U paljenju komore krutih goriva u obliku prašine, hlapljive tvari, oslobođene tijekom njegovog zagrijavanja, izgorjeli su u baklji kao plinoviti gorivo, što doprinosi zagrijavanju krutih čestica na temperaturu paljenja i olakšava stabilizaciju baklje , Količina primarnog zraka treba biti dovoljan za spaljivanje hlapljivo. Ona se kreće od 15 do 25% ukupnog ratnog zrakoplovstva za ugljen s malim hlapljivim izlazom (na primjer, antracitom) do 20 - 55% za goriva s velikim izlaznim (smeđim ugljenom). Ostatak potreban za zrak za izgaranje (naziva se sekundarni) ugrađuje se u peć zasebno i miješa se s prašinom već tijekom procesa izgaranja.

Da bi se prašina zapalila, prvo se mora zagrijati do dovoljno visoke temperature. Zajedno s njom, naravno, potrebno je toplinu i transportirati (tj. Primarnog zraka). Uspijeva učiniti samo miješanjem na protok prašine vrućim proizvodima za izgaranje.

Dobra organizacija sagorijevanja čvrstog goriva (osobito teška priljeva, s malim hlapljivim izlazom) osigurava uporabu takozvanih snimači (Sl. 30).

Sl. 30. Usmjerni i niskonaponski plamenik za kruto prašnjavo gorivo: U- zrak; T, u -gorivo, zrak

Ugljična prašina s primarnim zrakom im se isporučuje kroz središnju cijev i zbog prisutnosti razdjelnika ide u peć kao tanki prstenasti mlaz. Sekundarni zrak se hrani kroz "puž", snažno je uvrnut u nju i, odlazeći na peć, stvara snažnu turbulentnu upletenu baklju, koja pruža penjanje velikih količina vrućeg plina iz baklje kernela do ušća plamenik. Ubrzava zagrijavanje mješavine goriva s primarnim zrakom i njegovim paljenjem, tj. Stvara dobru stabilizaciju baklje. Sekundarni zrak je dobro pomiješan s već zapaljenom prašinom zbog snažne turbulizacije. Najveća prašina posvećena procesu leta u potoku plinova unutar volumena dimnjaka.

U snopu spaljivanja ugljena prašine u svakom trenutku u peći nalazi se neznatno napajanje goriva - ne više od nekoliko desetaka kilograma. To čini proces baklja vrlo osjetljivim na promjene u troškovima goriva i zraka i omogućuje vam da gotovo odmah promijeni produktivnost peći, kao kod češljanja loživog ulja ili plina. U isto vrijeme, povećava zahtjeve za pouzdanost opskrbe peći u prašini, za najmanji (za nekoliko sekundi!) Pauza će dovesti do ponovne procjene baklje, koja je povezana s opasnosti od eksplozije tijekom nastavak prašine. Stoga postoji nekoliko plamenika u vratima prašine.

Uz prašine nalik gorivima u bakljkom kernelu, smještenom u blizini ušća plamenika, razvijaju se visoke temperature (do 1400-1500 ° C), u kojoj pepeo postaje tekući ili težak. Dršenje ovog pepela na zidovima peći može dovesti do njihove overclock troske. Dakle, zapaljenje prašnjavog goriva najčešće se koristi u kotlovima, gdje su zidovi peći zatvoreni s vodom hlađenim cijevima (ekrani), o kojima je plin ohlađen i čestice pepela ponderirane u njemu imaju vremena da ga povrijedite kontaktirajte zid. Izgaranje nalik prašini se također može koristiti u tekućim pećima ulaganja, u kojima su zidovi prekriveni tankim filmom tekuće šljake i rastaljenog pepela struje u ovom filmu.

Promjena topline volumena u čađe za prašine je obično 150-175 kW / m 3, povećavajući se u malim pećima do 250 kW / m3. S dobrim zrak za miješanje s gorivom α B. \u003d 1.2. 1,25; q krzno \u003d 0,5 ÷ 6% (veliki broj - pri spaljivanju antracita u malim pećima); q Chemical \u003d 0 ÷ 1%.

U komorskim pećima moguće je spaliti ugljen otpad nakon dodatnog mljevenja, koji se formiraju pri obogaćivanju koksa-kemijskih biljaka (PROM-produkt), koks screening, pa čak i manji mulj koka.

Cyclone Firexes.Posebna metoda izgaranja se provodi u ciklonskim pećima. Oni koriste dovoljno male čestice ugljena (obično manje od 5 mm), a zrak potreban za izgaranje se hrani ogromnim brzinama (do 100 m / s) duž tangenta ciklona formiranja. U peći, stvoren je snažan vrtlog, uključujući čestice u cirkulacijski pokret u kojem su intenzivno puhani protokom. Kao rezultat intenzivnog izgaranja u peći, razvijaju se temperature blizu adijabatskog (do 2000 ° C). Ugljen se rastopi, tekuće troske teče kroz zidove. Iz više razloga za korištenje takvih peći u energetskom sektoru odbijaju, a sada se koriste kao tehnološki - za spaljivanje sumpora kako bi se dobilo 2 u proizvodnji H2 4, prženja rude, itd. Ponekad u ciklonskim pećima, tj. Spaljivanje štete u njima zbog opskrbe dodatnim (obično plinovitim ili tekućim) gorivom.

Slojevi za kuhanje.Održivo spaljivanje baklje za prašinu je moguće samo na visokim temperaturama u svojoj jezgri - ne nižoj od 1300-1500 ° C. Na tim temperaturama, dušik dušik u reakciji N2 + o 2 \u003d 2No počinje primjetno. Određena količina NO je formirana iz dušika sadržanog u gorivu. Dušikov oksid, bačen zajedno s dimnim plinovima u atmosferi, primjenjuje se na high-tech ne 2 dioksid. U SSSR-u, maksimalna dopuštena koncentracija NO2 (MPC), sigurna za zdravlje ljudi, u zraku naselja je 0,085 mg / m 3. Da biste bili sigurni, na velikim termoelektranama, morate izgraditi visoke dimnjake, šireći dimne plinove na moguće veliko područje. Međutim, kada se usredotočite na veliki broj postaja blizu drugog, to ne štedi.

Brojne zemlje nije regulirano MPC-om, ali broj štetnih emisija po jedinici topline izolira tijekom izgaranja goriva. Na primjer, u Sjedinjenim Državama za velika poduzeća dopušteno je 28 mg dušikovih oksida po 1 MJ topline izgaranja. U SSSR-u, standardi emisije su za različita goriva od 125 do 480 mg / m 3.

Prilikom spaljivanja goriva koji sadrže sumpor, toksični SO2 se formira, djelovanje koje po osobi je također sažeto s djelovanjem br. 2.

Ove emisije su uzrok formiranja fotokemijskih smog i kiselih kiša, štetnih ne samo ljudi i životinja, nego i na vegetaciji. U zapadnoj Europi, na primjer, značajan dio crnogoričnih šuma umiru od takve kiše.

Ako oksidi kalcija i magnezijskih oksida nisu dovoljni da se vežu sve tako 2 (dva ili tri puta višak je obično potrebno u usporedbi s reakcijskom stehiometrijom), gorivo se miješa pomoću SACO3 vapnenca. Vapnenac na temperaturama od 850-950 ° C se intenzivno razgrađuje na CaO i CO2, a Caso 4 gipsa se ne raspada, tj. Reakcija na desno ne ide. Dakle, toksični S02 veže na bezopasno praktično netopljive žbuke u vodi, koja se uklanja zajedno s pepelom.

S druge strane, u procesu ljudske aktivnosti formira se veliki broj zapaljivih otpada, koji se ne smatra gorivom u općenito prihvaćenom smislu: "jalovine" ugljena, deponija u rudarstvu ugljena, brojni gubitak pulpe i Industrija papira i ostali sektori nacionalnog gospodarstva. Paradoksalno, na primjer, da je "pasmina", koja je o rudnicima ugljena u velikim područjima, često samo-skretanje i dugo vremena zagađuje dim i prašinu okolnog prostora, ali ni u slojevima, niti u komorskim pećima ne može biti ne može biti izgorio zbog velikog sadržaja pepela. U slojevima peći pepela, isključujući se kada izgaranje, sprječava prodiranje kisika na čestice goriva, u komori se ne mogu dobiti visokom temperaturom za održivo spaljivanje.

Hitna potreba za razvojem tehnologija bez otpada koji su nastali prije nego što je čovječanstvo postavilo pitanje stvaranja uređaja za odvijanje za spaljivanje takvih materijala. Postali su vjetra s kipućim slojem.

Fluidizirano (ili vrenje) nazvan sloj finog zrnatog materijala, puhao je odozdo prema gore s brzinom većim od granice stabilnosti gustog sloja, ali nedovoljan za odvajanje čestica iz sloja.Intenzivna cirkulacija čestica u ograničenom volumenu komore stvara dojam brzog vrenja tekućine, što objašnjava podrijetlo imena.

Gusti sloj čestica je fizički cvjetanje odozdo, jer otpor plina za filtriranje postaje jednak težini materijala materijala po jedinici površine potporne rešetke. Budući da je aerodinamička rezistencija sila s kojom se plin djeluje na čestice (i, prema tome, prema trećem zakonu Newtona - čestica na plin), zatim s jednakošću otpora i težine sloja čestica (ako razmotrimo Idealan slučaj), ne temelji se na rešetki, već na plinu.

Prosječna veličina čestica u krupnim slojevima obično je 2-3 mm. Odgovara radnoj brzini fluidizacije (potrebno je 2-3 puta više od w K.) 1.5 ÷ 4 m / s. To određuje prema području rešetke za distribuciju plina na danoj toplinskoj snazi \u200b\u200bpeći. Volumen toplinskog bloka q v.uzmite isto kao i za slojeve.

Najjednostavnija peć s kipućim slojem (slika 31) u velikoj mjeri podsjeća na sloj i ima mnogo uobičajenih strukturnih elemenata s njim. Temeljna razlika između njih je da intenzivno miješanje čestica osigurava postojanost temperature kroz volumen vrelišta.

Sl. 31. Shema vatrogasaca s kipućim slojem: 1 - istovar pepela; 2 - dovod zraka pod slojem; 3 - kipući sloj pepela i goriva; 4 - dovod zraka za preseljenje; 5 - rotor premještanja; 6 - hranilica vrpce; 7 - spremnik za gorivo; 8 - volumen dimnjaka; 9 - cijevi na zaslonu; 10 - akutno puhanje i otplate optužbe; 11- namještaj peći; 12 - Toplinske percike cijevi u kipućem sloju; U - voda; P - Par.

Održavanje temperature vrelišta na traženim granicama (850 - 950 ° C) daje se na dva različita načina. U malim industrijskim pećima, gori otpad ili jeftino gorivo, značajno veći zrak se isporučuje na sloj nego što je potrebno za puni izgaranje, uspostavljanje α u ≥ 2.

S istom količinom označenog topline, temperatura plinova se smanjuje kao povećanje α u, Za istu toplinu se troši na grijanje velike količine plinova.

U velikim energetskim jedinicama, ova metoda smanjenja temperature izgaranja je neekonomična, za "dodatni" zrak, ostavljajući jedinicu, uzima i srdačno potrošeno na njegovo grijanje (povećanje gubitaka s odlaznim plinovima - vidi dolje). Stoga, u pećima s kipućim slojem velikih kotlova 9 i 12 scirkuliranje u njima radna tekućina (voda ili trajekt), uočava potrebnu količinu topline. Intenzivno "pranje" ovih cijevi česticama osigurava visok koeficijent prijenosa topline iz sloja do cijevi, koji u nekim slučajevima smanjuje metalni kapacitet kotla u usporedbi s tradicionalnim. Gorivo je stabilno kada se drži u kipućem sloju, što čini 1% ili manje; Preostalih 99% izČak i - pepeo. Čak i uz takve nepovoljne uvjete, intenzivno miješanje ne dopušta čestice pepela da blokiraju zapaljivi kisik od pristupa im (za razliku od gustog sloja). Koncentracija zapaljivih je ista u cijelom volumenu vrelišta. Da bi se uklonio pepeo koji se daje s gorivom, dio materijala sloja kontinuirano se izlazi iz njega u obliku fino zrnate troske - najčešće se jednostavno "spoje" kroz rupe u ružičastoj boji, budući da je ključao sloj koji je sposoban teći kao tekućinu.

Požari s cirkulirajućim kipućem sloju. Nedavno su se pojavile peći druge generacije s takozvanim krupnim kipućim slojem. Ciklon je instaliran iza tih vatrogasaca, u kojima su sve donje čestice zarobljene i vraćene natrag u peć. Dakle, čestice se ispostave da su "zaključane" u sustavu peći - ciklona, \u200b\u200bdok ne spaljuju potpuno. Ove peći imaju visoku učinkovitost, a ne inferiornu količinu izgaranja, uz održavanje svih ekoloških koristi.

Pahuljice s kipućim slojem naširoko se koriste ne samo u energiji, već iu drugim industrijama, na primjer, za izgaranje ckedana kako bi se dobilo Tako 2,ukazivanje različitih ruda i njihovih koncentrata (cink, bakar, nikal, zlatna), itd. (Sa stajališta paljenja pečenja, na primjer, cinkovom ili reakcijom 2ZNS + 302 \u003d 2zno + 2SO 2 je izgaranje ovog specifičnog "goriva" koji teče kao sve reakcije izgaranja, uz oslobađanje velikih količina topline.) Mnogo se distribucija, posebno u inozemstvu, nađeno za požarnu neutralizaciju (tj. Spaljivanje) različite štetne proizvodnje (krutina, tekuća) i plinovita) - police od kanalizacijskog osvjetljavanja, smeća, itd.

Tema 12. Peći kemijske industrije. Shematski dijagram peći za gorivo. Klasifikacija peći kemijske industrije. Glavne vrste peći, ima svoj dizajn. Balans toplinske bilance

Peći kemijske industrije. Shema goriva peći

Industrijska peć je energetska tehnološka jedinica namijenjena toplinskoj obradi materijala kako bi se osigurala potrebna svojstva. Izvor topline u gorivu (vatrene) peći služe različitim vrstama ugljičnog goriva (plin, loživo ulje itd.). Moderne peći često su velike mehanizirane i automatizirane agregate visokih performansi.

Optimalna temperatura procesa, koja je određena termodinamičkim i kinetičkim izračunima procesa, najveća je vrijednost. Optimalni temperaturni režim postupka naziva se temperaturni uvjeti pod kojima je maksimalni učinak osiguran od strane ciljnog proizvoda u ovoj peći.

Obično je radna temperatura u peći nešto niža od optimalnog, ovisi o uvjetima izgaranja goriva, uvjetima izmjene topline, izolacijskih svojstava i otpor obloge peći, termofizičkih svojstava obrađenog materijala, itd. Čimbenici. Na primjer, za peći na pećima, radnu temperaturu je u intervalu između temperature aktivnog protoka oksidativnih procesa i temperature sinteriranja vatrenih proizvoda. Prema toplinskom režimu peći, izgaranje inercije topline, toplinu masovne izmjene i mehanike medija, osiguravajući raspodjelu topline u procesu tehnološkog procesa. Način toplinskog načina procesne zone određuje toplinski način cijele peći.

Sastav peći ima veliki utjecaj pripravka plinske atmosfere u peći potrebnu za ispravan protok tehnološkog procesa. Za oksidativne procese, plinski medij u peći treba sadržavati kisik, čija količina se mijenja od 3 do 15% i više. Smanjeni medij karakterizira nizak sadržaj kisika (do 1-2%) i prisutnost redukcijskih plinova (CO, H2, itd.) Je 10-20% i više. Sastav plinske faze određuje uvjete za gorivo gorivo u peći i ovisi o količini zraka koji ulazi iz izgaranja.

Kretanje plinova u peći ima značajan utjecaj na tehnološki proces, spaljivanje i prijenos topline, au pećima, "kipući sloj" ili vrtlog peći, kretanje plinova je glavni čimbenik u održivom radu. Prisilno kretanje plinova provodi se dimom i navijačima.

Brzina procesa je pod utjecajem kretanja materijala za toplinsku obradu.

Shema instalacije peći uključuje sljedeće stavke: uređaj za izgaranje goriva i organizacija za izmjenu topline; Peć radnog prostora za izvođenje ciljnog tehnološkog režima; uređaji za izmjenu topline za regeneraciju topline dimnih plinova (grijani plin, zrak); Instalacije odlaganja (pečeni kotlovi - UTIILIZERS) za uporabu topline odlaznih plinova; Uređaj za vuču i puhanje (pušači, ventilatori) za uklanjanje izgaranja goriva i plinovitih proizvoda toplinske obrade materijala i dovoda zraka do plamenika, injektori za rešetke; Uređaji za čišćenje (filteri itd.).

Izgaranje čvrstog goriva, čvrsto leži na rešetki rešetke, na vrhunskom opterećenju goriva prikazano je na Sl. 6.2.

Na vrhu sloja nakon utovara je svježe gorivo. Pod to je gorući koks i neposredno iznad rešetke. Navedene zone sloja djelomično se preklapaju. Kako gorivo gori, sve zone postupno prolaze. U prvom razdoblju, nakon primitka svježeg goriva na goruću koks, došlo je do toplinske priprave (grijanje, isparavanje vlage, hlapljivo razdvajanje), koje se troši za toplinu koja se oslobađa u sloju. Na sl. 6.2 prikazuje približnu izgaranje krutog goriva i raspodjelu temperature u visini sloja goriva. Područje najviših temperatura nalazi se u zoni izgaranja koksa, gdje je istaknuta glavna količina topline.

Slaga se formira pri spaljivanju kapljica troske za gorivo teče vrućim komadima koksa prema zraku. Postupno se šljaka ohladi i već u čvrstom stanju doseže rešetku rešetke, gdje se uklanja. Šljaka koja leži na rešetki štiti je od pregrijavanja, zagrijava i ravnomjerno distribuira zrak kroz sloj. Zrak prolazi kroz rešetku i ulazak u sloj goriva naziva se primarno. Ako primarni zrak nije dovoljan za potpuno spaljivanje goriva i preko sloja postoje nepotpuni produkti izgaranja, a zatim se zrak dodatno hrani u prostoru super sloja. Takav se zrak naziva sekundarno.

Na vrhu opskrbe gorivom, na rešetku se provode niže paljenje goriva i nadolazećeg kretanja plina i tokova goriva. U isto vrijeme, osigurano je učinkovito paljenje goriva i povoljnih hidrodinamičkih uvjeta za njegovo izgaranje. Primarne kemijske reakcije između goriva i oksidatora javljaju se u zoni vrućeg koksa. Priroda formiranja plina u sloju goriva goriva prikazana je na Sl. 6.3.

Na početku sloja, u zoni kisika (K), koji se javlja intenzivna potrošnja kisika, formiraju se hidroksid i ugljični dioksid CO 2 i CO. Do kraja zone kisika koncentracija od 2 se smanjuje na 1-2%, a koncentracija CO 2 doseže maksimum. Temperatura sloja u zoni kisika naglo se povećava, ima maksimum gdje je uspostavljena najviša koncentracija CO 2.

U redukcijskoj zoni (c) kisik je praktički odsutan. Ugljični dioksid interakkti s crvenim ugljikom s formiranjem ugljičnog oksida:

U visini smanjene zone, sadržaj CO 2 u plinu se smanjuje, a ko - ona se povećava u skladu s tim. Ugljični dioksid reagira s ugljičnim deoksidom je endotermičan, tako da temperatura u visini smanjene zone pada. Ako postoji voda u plinovima u redu redukcijskoj zoni, je također moguća endotermna reakcija raspadanja H20.

Odnos iznosi koji su rezultirali početnim dijelom zone kisika CO i CO 2 ovisi o temperaturi i varira ovisno o izrazu

gdje je E C i E CO2 energija energetske aktivacije, odnosno, CO i CO2; - numerički koeficijent; R je univerzalna konstanta plina; T - apsolutna temperatura.
Temperatura sloja pak ovisi o koncentraciji oksidansa, kao i na stupnju grijanja zraka. U redukcijskoj zoni, izgaranje krutog goriva i faktor temperature također ima odlučujući učinak na omjer između CO i CO 2 , Uz povećanje reakcijske temperature CO2 + C \u003d p 2, sadržaj ugljičnog oksida u plinovima se povećava.
Debljina kisika i smanjenja zona ovisi uglavnom o vrsti i veličini križanja goriva i temperature. Uz povećanje veličine goriva, debljina zona se povećava. Utvrđeno je da je debljina zone kisika oko tri ili četiri promjera spaljivanja čestica. Slušačka zona je debljina 4-6 puta.

Povećanje intenziteta eksplozije na debljini zona praktički ne utječe. To se objašnjava činjenicom da je brzina kemijske reakcije u sloju značajno veća od brzine formiranja smjese i cijeli ulazni kisik odmah reagira s prvim redama čestica vrućeg goriva. Prisutnost kisika i smanjenja zona u sloju karakteristična je za izgaranje ugljičnih i prirodnih goriva (sl. 6.3). S povećanjem reaktivnosti goriva, kao i smanjenjem pepela, debljina zona se smanjuje.

Priroda formiranja plina u sloju goriva pokazuje da se mogu dobiti ovisno o organizaciji izgaranja na izlazu sloja ili praktično inertnim ili zapaljivim i inertnim plinovima. Ako je cilj maksimalna transformacija topline goriva u fizičku toplinu plinova, proces treba provesti u tankom sloju goriva s viškom oksidirajućeg sredstva. Ako je zadatak dobiti zapaljive plinove (rasplinjavanje), proces se provodi s slojem razvijenim slojem s nedostatkom oksidacijskog sredstva.

Izgaranje goriva u požaru kotla odgovara prvom slučaju. I izgaranje čvrstog goriva organizira se u tankom sloju, koji osigurava maksimalni protok oksidativnih reakcija. Budući da debljina zone kisika ovisi o veličini goriva, to je veća veličina komada, to je dužiji sloj. Dakle, kada se spali u sloju smeđe i kamene ugljena u sloju, debljina sloja se održava oko 50 mm. S istim ugljenom, ali se boli od veličine debljine debljine debljine debljine debljine do 200 mm. Potrebna debljina sloja goriva također ovisi o njegovoj vlažnosti. Što je veća vlažnost goriva, više treba biti rezerva goruće mase u sloju kako bi se osiguralo održivo paljenje i spaljivanje svježih dijelova goriva.