Forbrænding af fast brændsel, ubevægelig liggende på risten, med den øverste brændstofbelastning er vist i fig. 6.2.

I toppen af ​​laget efter læsning er frisk brændstof. Under det brænder koks, og direkte over risten - slagge. Disse zoner i laget overlapper hinanden delvist. Efterhånden som brændstoffet brænder ud, passerer det gradvist gennem alle zoner. I den første periode efter tilførslen af ​​frisk brændsel til den brændende koks finder dens termiske forberedelse sted (opvarmning, fordampning af fugt, frigivelse af flygtige stoffer), som forbruger en del af den varme, der frigives i laget. På fig. 6.2 viser den omtrentlige forbrænding af fast brændsel og temperaturfordelingen langs brændstoflagets højde. Området med den højeste temperatur er placeret i koksforbrændingszonen, hvor hovedmængden af ​​varme frigives.

Slaggen, der dannes under forbrændingen af ​​brændstof, strømmer i dråber fra de glødende koksstykker mod luften. Gradvist afkøles slaggen og når allerede i fast tilstand risten, hvorfra den fjernes. Slaggen, der ligger på risten, beskytter den mod overophedning, varmer den op og fordeler luften jævnt over laget. Luften, der passerer gennem risten og kommer ind i brændstoflaget, kaldes primær. Hvis der ikke er nok primærluft til fuldstændig forbrænding af brændstoffet, og der er produkter af ufuldstændig forbrænding over laget, tilføres yderligere luft til ovenstående lagrum. Sådan luft kaldes sekundær.

Når brændstoffet tilføres fra toppen til risten, udføres den nederste antænding af brændstoffet og den kommende bevægelse af gas-luft- og brændstofstrømmene. Dette sikrer effektiv tænding af brændstoffet og gunstige hydrodynamiske forhold for dets forbrænding. De primære kemiske reaktioner mellem brændstoffet og oxidationsmidlet finder sted i den varme kokszone. Naturen af ​​gasdannelse i laget af brændende brændstof er vist i fig. 6.3.

I begyndelsen af ​​laget, i iltzonen (K), hvor ilt forbruges intensivt, dannes der samtidigt kuloxid og kuldioxid CO 2 og CO. Ved slutningen af ​​iltzonen falder koncentrationen af ​​O 2 til 1-2 %, og koncentrationen af ​​CO 2 når sit maksimum. Temperaturen på laget i iltzonen stiger kraftigt og har et maksimum, hvor den højeste CO 2 koncentration er etableret.

I reduktionszonen (B) er oxygen praktisk talt fraværende. Kuldioxid reagerer med varmt kulstof og danner kulilte:

Langs reduktionszonens højde falder indholdet af CO 2 i gassen, og CO stiger tilsvarende. Reaktionen af ​​interaktion af kuldioxid med kul er endoterm, så temperaturen falder langs højden af ​​reduktionszonen. I nærvær af vanddamp i gasser i reduktionszonen er en endoterm nedbrydningsreaktion af H 2 O også mulig.

Forholdet mellem mængderne af CO og CO 2 opnået i den indledende del af iltzonen afhænger af temperaturen og varierer efter udtrykket

hvor E co og E CO2 er aktiveringsenergierne for dannelse af henholdsvis CO og CO 2; A - numerisk koefficient; R er den universelle gaskonstant; T er den absolutte temperatur.
Lejetemperaturen afhænger til gengæld af koncentrationen af ​​oxidationsmidlet, samt af luftopvarmningsgraden I reduktionszonen har forbrændingen af ​​fast brændsel og temperaturfaktoren også afgørende indflydelse på forholdet mellem CO og CO2. Med en stigning i reaktionstemperaturen for CO 2 + C \u003d P 2 skifter CO til højre, og indholdet af kulilte i gasser stiger.
Tykkelsen af ​​ilt- og reduktionszonerne afhænger hovedsageligt af typen og størrelsen af ​​stykker brændende brændstof og temperaturregimet. Når brændstofstørrelsen øges, øges tykkelsen af ​​zonerne. Det er blevet fastslået, at tykkelsen af ​​oxygenzonen er ca. tre til fire diametre af de brændende partikler. Restitutionszonen er 4-6 gange tykkere end iltzonen.

En stigning i sprængningsintensiteten har praktisk talt ingen indflydelse på tykkelsen af ​​zonerne. Dette forklares af det faktum, at hastigheden af ​​den kemiske reaktion i laget er meget højere end blandingsdannelseshastigheden, og alt indkommende ilt reagerer øjeblikkeligt med de allerførste rækker af varme brændstofpartikler. Tilstedeværelsen af ​​ilt og reduktionszoner i laget er typisk for forbrænding af både kulstof og naturlige brændsler (fig. 6.3). Med en stigning i brændstoffets reaktivitet, såvel som med et fald i dets askeindhold, falder tykkelsen af ​​zonerne.

Naturen af ​​gasdannelse i brændstoflaget viser, at der afhængigt af forbrændingens organisering kan opnås enten praktisk talt inerte eller brændbare og inerte gasser ved udgangen fra laget. Hvis målet er at maksimere omdannelsen af ​​brændstofvarme til fysisk varme af gasser, så skal processen udføres i et tyndt lag brændstof med et overskud af oxidationsmiddel. Hvis opgaven er at opnå brændbare gasser (forgasning), så udføres processen med et lag udviklet i højden med mangel på et oxidationsmiddel.

Forbrændingen af ​​brændstof i kedelovnen svarer til det første tilfælde. Og forbrændingen af ​​fast brændsel er organiseret i et tyndt lag, som sikrer det maksimale forløb af oxidative reaktioner. Da tykkelsen af ​​iltzonen afhænger af brændstoffets størrelse, jo større størrelsen af ​​stykkerne er, jo tykkere skal laget være. Så når man brænder brune og sorte kul (op til 20 mm i størrelse) i et lag af fine partikler, holdes lagtykkelsen på omkring 50 mm. Med de samme kul, men i stykker større end 30 mm, øges lagtykkelsen til 200 mm. Den nødvendige tykkelse af brændstoflaget afhænger også af dets fugtindhold. Jo større fugtindhold brændstoffet er, desto større skal mængden af ​​brændende masse i laget være for at sikre stabil antændelse og forbrænding af en frisk del af brændstoffet.

Hej! Afhængig af betingelserne for forbrændingsprocessen kan en større eller mindre del af udgangsmaterialerne indgå i reaktionen. For fuld udnyttelse af brændstoffets kemiske energi er det nødvendigt at bringe brændstoffets forbrændingsreaktion næsten til ende. Under betingelser med industriel forbrænding af brændstof opnås ligevægten af ​​forbrændingsreaktioner sjældent på grund af den korte tid, det tager for forbrændingsreaktionerne at forekomme.

Processen med at brænde flydende og fast brændsel i forbrændingsteorien kaldes heterogen forbrænding, da den forløber i et inhomogent (heterogent) system. Hvis en blanding af gasser brænder, kaldes forbrændingen homogen.

Ved afbrænding af flydende brændstof i forbrændingskammeret fordamper brændstoffet fra overfladen af ​​dråberne. På grund af den høje temperatur i ovnen undergår de resulterende brændstofdampe termisk nedbrydning og brænder hurtigt ud på overfladen af ​​partiklerne. Under disse forhold bestemmes hastigheden af ​​forbrændingsprocessen af ​​intensiteten af ​​brændstoffordampningen. For at øge den samlede overflade af dråber udsættes flydende brændstof, når det føres ind i forbrændingskammeret, for fin forstøvning ved hjælp af dyser (overfladen øges flere tusinde gange i dette tilfælde). De tunge fraktioner, der ikke er fordampet fra dråben, udsættes for termisk nedbrydning (krakning), hvorved der dannes dispergeret kulstof, som giver gløden til flammen.

Forbrændingsprocessen af ​​fast brændsel kan opdeles i to trin. Efter fordampning af fugt fra brændstoffet sker der forbrænding af flygtige stoffer, som frigives som følge af termisk nedbrydning af brændstoffet. Derefter begynder afbrændingen af ​​den faste rest (koks). Når brændstoffet opvarmes meget hurtigt, er begge trin lagt oven på hinanden, da en del af de flygtige stoffer brænder sammen med kulstoffet fra koksen.

Koksen udsættes delvist for forgasning, og de resulterende gasformige produkter, der hovedsageligt består af carbonmonoxid CO, brændes i ovnrummet. Forbrænding af en fast brændstofpartikel sker ikke kun fra dens overflade, men også i volumen på grund af indtrængning af ilt i porerne. I dette tilfælde dannes et grænse (laminært) lag af gas på overfladen af ​​partiklen, hvor iltindholdet falder og indholdet af forgasnings- og forbrændingsprodukter (CO og CO2) stiger. Dette grænselag af gas forhindrer tilførsel af oxygen, og forbrændingsreaktionshastigheden vil afhænge af diffusionshastigheden af ​​oxidationsmidlet gennem grænselaget. For at øge intensiteten af ​​forbrændingen øges hastigheden af ​​oxidationsmidlet (luften) i forhold til overfladen af ​​brændstofpartiklerne, hvilket reducerer tykkelsen af ​​grænselaget.

Mineralske urenheder (askeindhold) påvirker også i væsentlig grad processen med brændstofforbrænding. Når kulstoffet brænder ud, dannes et lag aske på overfladen af ​​brændstofpartiklerne. Ved en lav askeblødgøringstemperatur og et højt askeindhold omslutter (slagger) dette lag brændstofpartiklerne og forværrer forbrændingsprocessen. For at fjerne askeophobning under lagdelt forbrænding af brændstof udføres flåning, det vil sige løsning af brændstoflaget.

I kraftige moderne kedler brændes fast brændsel i suspension. Brændstofstykker formales i specielle møller, hvilket øger deres specifikke overflade med flere hundrede gange. En blanding af brændstofstøv og luft føres ind i forbrændingskammeret, hvor brændstoffet antændes og brænder i gas-luftstrømmen. Brændstofforbrændingen foregår også i to trin, dog reduceres forbrændingstiden for en brændstofpartikel betydeligt i dette tilfælde. Denne forbrændingsmetode gør det muligt at intensivere forbrændingsprocessen, samt fuldstændig mekanisering af alle produktionsoperationer. Brug Litteratur: 1) Khzmalyan D.M., Kagan Ya.A. Teori om forbrænding og ovnanordninger, Moskva, Energia, 1976; 2) Varmeteknik, Bondarev V.A., Protsky A.E., Grinkevich R.N. Minsk, red. 2., "Higher School", 1976.

Opgave………………………………………………………………………………..3

Introduktion………………………………………………………………………………...4

Teoretisk del

1. Egenskaber ved forbrænding af fast brændsel ……………………………… 6

2. Forbrænding af brændsel i kammerovne ….……………………………….9

3. Sted og rolle for fast brændsel i energisektoren i Rusland …………………..12

4. Reduktion af emissioner af askepartikler fra kedelovne ved hjælp af konstruktive og teknologiske metoder…………………………………………………………………14

5. Askeopsamling og typer af askeopsamlere………………………….…….15

6. Cyklon (inertial) askeopsamlere…..…………………………..16

Afregningsdel

1. Indledende data………………………………………………………….18

2. Beregning af grundstofsammensætningen af ​​arbejdsbrændstoffet…………………..19
3. Beregning af masser og rumfang af brændstofforbrændingsprodukter under forbrænding i kedelhuse …………………………………………………………………………..19

4. Bestemmelse af rørets højde H………………………………….…………20

5. Beregning af spredning og standarder for maksimalt tilladte emissioner af skadelige stoffer til atmosfæren……………………………………………….…20

6. Bestemmelse af den påkrævede rensningsgrad……………………….… 21

Begrundelse for at vælge en cyklon………………………………………………………..22

Anvendte enheder………………………………………………………. ……23

Konklusion……………………………………………………………………….24

Liste over brugt litteratur…………………………………………...26

Dyrke motion

1. I henhold til de givne designkarakteristika for fast brændsel skal du bestemme grundstofsammensætningen af ​​arbejdsbrændstoffet.

2. Ved hjælp af resultaterne i punkt 1 og de indledende data beregnes emissioner og volumener af forbrændingsprodukter af partikler A, svovloxider SO x , carbonmonoxid CO, nitrogenoxider NO x , strømningshastigheden af ​​gasser, der kommer ind i skorstenen under driftsbetingelser for kedelanlægget.

3. Baseret på resultaterne i afsnit 2 og de indledende data bestemmes diameteren af ​​skorstensmundingen. Bestem højden af ​​røret H.

4. Bestem den mest forventede koncentration C m (mg / m 3) af skadelige stoffer: kulilte CO, svovldioxid SO 2, nitrogenoxider NO x, støv, (aske) i atmosfærens overfladelag under ugunstige spredningsforhold.

5. Sammenlign det faktiske indhold af skadelige stoffer i den atmosfæriske luft under hensyntagen til baggrundskoncentrationen (C m + C f) med sanitære og hygiejniske standarder (MPC), hvis MPC CO \u003d 5 mg / m 3, MPC NO 2 \u003d 0,085, MPC SO 2 \u003d 0, 5 mg/m 3 , MPC-støv = 0,5 mg/m 3 .

7. Bestem den nødvendige rensningsgrad og giv anbefalinger til reduktion af emissioner, hvis den faktiske emission M af et stof overstiger den beregnede standard (MAL).

8. Udvikle og begrunde de metoder og anordninger, der anvendes til behandling af affald af farlige stoffer.

Teoretisk del

Introduktion

Industriel produktion og andre former for menneskelig økonomisk aktivitet er ledsaget af frigivelse af forurenende stoffer til miljøet.

Væsentlige skader på miljøet forårsages af kedelanlæg, der anvender forbrænding af faste, flydende og gasformige brændsler ved opvarmning af vand til varmeanlæg.

Hovedkilden til den negative påvirkning af energisektoren er de produkter, der dannes under forbrænding af fossile brændstoffer.

Arbejdsmassen af ​​organisk brændsel består af kulstof, brint, oxygen, nitrogen, svovl, fugt og aske. Som et resultat af den fuldstændige forbrænding af brændstoffer dannes kuldioxid, vanddamp, svovloxider (svovldioxid, svovlsyreanhydrid og aske). Svovloxider og aske er blandt de giftige. I kernen af ​​faklen af ​​højeffektovnskedler sker delvis oxidation af nitrogen i brændstofluften med dannelse af nitrogenoxider (nitrogenoxid og nitrogendioxid).

Ved ufuldstændig forbrænding af brændsel i ovne kan der også dannes carbonmonoxid CO 2, kulbrinter CH 4, C 2 H 6 samt kræftfremkaldende stoffer. Produkterne fra ufuldstændig forbrænding er meget skadelige, men med moderne forbrændingsteknologi kan deres dannelse elimineres eller minimeres.

Brændbar skifer og brunkul, samt nogle kvaliteter af stenkul, har det højeste askeindhold. Flydende brændstof har et lavt askeindhold; naturgas er et askefrit brændstof.

Giftige stoffer, der udsendes til atmosfæren fra skorstene på kraftværker, har en skadelig virkning på hele komplekset af dyreliv og biosfæren.

En omfattende løsning på problemet med at beskytte miljøet mod virkningerne af skadelige emissioner fra brændstofforbrænding i kedelenheder omfatter:

· Udvikling og implementering af teknologiske processer, der reducerer emissioner af skadelige stoffer på grund af fuldstændigheden af ​​forbrænding af brændstoffer osv.;

· Implementering af effektive metoder og måder til rensning af affaldsgasser.

Den mest effektive måde at løse miljøproblemer på på nuværende tidspunkt er skabelsen af ​​teknologier, der er tæt på affaldsfri. Samtidig løses problemet med rationel udnyttelse af naturressourcer, både materiale og energi.

Egenskaber ved forbrænding af fast brændsel

Forbrændingen af ​​fast brændsel omfatter to perioder: termisk forberedelse og faktisk forbrænding. I processen med termisk forberedelse opvarmes brændstoffet, tørres, og ved en temperatur på omkring 110 begynder pyrogenetisk nedbrydning af dets komponenter med frigivelsen af ​​gasformige flygtige stoffer. Varigheden af ​​denne periode afhænger hovedsageligt af brændstoffets fugtindhold, størrelsen af ​​dets partikler og betingelserne for varmeudveksling mellem det omgivende forbrændingsmedium og brændstofpartikler. Forløbet af processer i perioden med termisk forberedelse er forbundet med absorption af varme hovedsageligt til opvarmning, tørring af brændstoffet og termisk nedbrydning af komplekse molekylære forbindelser.

Selve forbrændingen begynder med antændelse af flygtige stoffer ved en temperatur på 400-600, og den varme, der frigives under forbrændingen, giver accelereret opvarmning og antændelse af koksresten.

Forbrændingen af ​​koks begynder ved en temperatur på omkring 1000 og er den længste proces.

Dette bestemmes af det faktum, at en del af ilten i zonen nær overfladen af ​​partiklen bruges til forbrænding af brændbare flygtige stoffer, og dens resterende koncentration er faldet, desuden er heterogene reaktioner altid ringere i hastighed end homogene reaktioner for stoffer, der er homogene i kemisk aktivitet.

Som følge heraf bestemmes den samlede forbrændingstid for en fast partikel hovedsageligt af forbrændingen af ​​koksresten (ca. 2/3 af den samlede forbrændingstid). For unge brændstoffer med et højt udbytte af flygtige stoffer er koksresten mindre end halvdelen af ​​partiklens begyndelsesmasse; derfor sker deres forbrænding (med lige startstørrelser) ret hurtigt, og muligheden for underforbrænding reduceres. Gamle typer af fast brændsel har en stor koksrester tæt på den oprindelige partikelstørrelse, hvis forbrænding optager hele tiden, partiklen opholder sig i forbrændingskammeret. Forbrændingstiden for en partikel med en begyndelsesstørrelse på 1 mm er fra 1 til 2,5 s, afhængigt af typen af ​​initial brændstof.

Koksresten i de fleste faste brændsler består hovedsagelig, og for en række faste brændstoffer, næsten udelukkende af kulstof (fra 60 til 97 % af brændstoffets organiske masse). I betragtning af at kulstof giver den vigtigste varmeafgivelse under brændstofforbrænding, lad os overveje dynamikken i forbrændingen af ​​en kulstofpartikel fra overfladen. Ilt tilføres fra miljøet til kulstofpartiklen på grund af turbulent diffusion (turbulent masseoverførsel), som har en ret høj intensitet, men et tyndt gaslag (grænselag) forbliver direkte på overfladen af ​​partiklen, overførslen af ​​oxidationsmidlet gennem hvilken udføres i overensstemmelse med lovene for molekylær diffusion.

Dette lag hæmmer betydeligt tilførslen af ​​ilt til overfladen. I den finder forbrændingen af ​​brændbare gaskomponenter frigivet fra kulstofoverfladen under en kemisk reaktion sted.

Tildel diffusion, kinetisk og mellemliggende forbrændingsområde. I mellem- og især i diffusionsområdet er intensivering af forbrændingen mulig ved at øge tilførslen af ​​oxygen, ved at aktivere blæsningen af ​​de brændende brændstofpartikler med en oxidationsstrøm. Ved høje strømningshastigheder falder tykkelsen og modstanden af ​​det laminære lag nær overfladen, og tilførslen af ​​ilt øges. Jo højere denne hastighed er, jo mere intens er blandingen af ​​brændstof med oxygen, og jo højere temperatur sker overgangen fra den kinetiske til den mellemliggende zone og fra den mellemliggende til diffusionszonen for forbrænding.

En lignende effekt med hensyn til forbrændingsintensivering opnås ved at reducere partikelstørrelsen af ​​pulveriseret brændsel. Partikler af lille størrelse har en mere udviklet varme- og masseudveksling med miljøet. Med et fald i partikelstørrelsen af ​​pulveriseret brændsel udvides området med kinetisk forbrænding således. En stigning i temperaturen fører til et skift til området for diffusionsforbrænding.

Området med ren diffusionsforbrænding af pulveriseret brændsel er hovedsageligt begrænset af flammekernen, som har den højeste forbrændingstemperatur, og efterbrændingszonen, hvor koncentrationerne af reaktanter allerede er lave, og deres interaktion er bestemt af diffusionslovene. Antændelse af ethvert brændstof begynder ved relativt lave temperaturer, under forhold med en tilstrækkelig mængde ilt, dvs. i det kinetiske område.

I det kinetiske forbrændingsområde spilles den afgørende rolle af hastigheden af ​​en kemisk reaktion, som afhænger af sådanne faktorer som brændstoffets reaktivitet og temperaturniveauet. Påvirkningen af ​​aerodynamiske faktorer i dette forbrændingsområde er ubetydelig.

Organisk brændsel (gasformigt, flydende og fast) er meget udbredt i forskellige typer termiske installationer: i ovne i damp- og varmtvandskedler, herunder dampturbinekraftværker, i industriovne og i landbruget, i gasturbiners forbrændingskamre og luftjetmotorer, i cylindre til frem- og tilbagegående forbrændingsmotorer, i forbrændingskamrene i magnetogasdynamiske elektriske generatorer osv.

Brændstof i alle varmetekniske installationer afbrændes for at opnå varme som følge af eksoterme kemiske reaktioner og for at opnå glødeprodukter af fuldstændig forbrænding (røggasser) eller forgasningsprodukter.

I dampkedlers ovne, i industrielle ovne (undtagen akselovne), i forbrændingsmotorer, i forbrændingskamrene i gasturbiner udføres forbrændingen med den største fuldstændighed og opnår produkter af fuldstændig forbrænding.

I gasgeneratorer udføres forgasningsprocesser, hvor ilt, luft, vanddamp og kuldioxid bruges som oxidationsmidler. De reaktioner, der finder sted i sådanne anordninger, ligner forbrændingsreaktioner, men som et resultat producerer de brændbare gasformige forgasningsprodukter.

Der er også en to-trins forbrænding af brændstof: 1 - først forgasses brændstoffet; 2 - så (i samme apparat) brændes forgasningsprodukterne fuldstændigt ud.

Betingelserne for brændstofforbrænding i forskellige varmetekniske enheder og deres forberedelse til forbrænding er forskellige, ligesom brændstofferne selv er forskellige. For eksempel brænder brændstof i damp- og varmtvandskedler og i industriovne ved atmosfærisk tryk, mens brændstof i forbrændingskamre i gasturbiner og i cylindre i forbrændingsmotorer brænder ved et tryk, der er mange gange højere end atmosfærisk tryk. tryk. På trods af ovenstående forskelle er der mange ligheder i forbrændingsprocesserne for forskellige typer brændstof. Kort information om forbrændingsprocesser og brændstofanordninger er givet nedenfor.

2. Forbrændings- og forgasningsreaktioner

Forbrændingsprocesser er opdelt i homogene, der forekommer i volumen, når brændstoffet og oxidationsmidlet er i samme fasetilstand (f.eks. forbrænding af brint i en blanding med luft), og heterogene, der forekommer på overfladen af ​​fast kulstof (f.eks. , forbrænding af koks i en luftstrøm). I disse forbrændingsreaktioner er oxidationsmidlet tør luft, der volumenmæssigt består af cirka 21 % oxygen og 79 % nitrogen, og derfor indeholder forbrændingsprodukterne ballast - nitrogen, som fortynder dem. Når ren ilt bruges som iltningsmiddel, vil der ikke være ballast.

3. Homogen forbrænding. Kinetik af kemiske reaktioner

I alle varmetekniske installationer stræber de efter at udføre forbrændingsprocesser med den højeste hastighed, fordi dette giver dig mulighed for at skabe små maskiner og apparater og få den højeste produktivitet i dem. Forbrændingsprocesserne i eksisterende installationer forløber med høj hastighed med frigivelse af en stor mængde varme under forbrænding af brændstof og med høje temperaturer. For en bedre forståelse af indflydelsen af ​​forskellige faktorer på forbrændingshastigheden betragtes elementer af kinetikken af ​​kemiske reaktioner nedenfor.

Hastigheden af ​​enhver kemisk reaktion afhænger af koncentrationen af ​​reaktanter, temperatur og tryk. Dette forklares af det faktum, at gasmolekyler, der bevæger sig i forskellige retninger med høj hastighed, kolliderer med hinanden. Jo oftere de støder sammen, jo hurtigere forløber reaktionen. Hyppigheden af ​​kollisioner af molekyler afhænger af deres antal pr. volumenenhed, det vil sige af koncentrationen og derudover af temperaturen. Koncentrationen forstås som massen af ​​et stof pr. volumenenhed og måles i kg / m3, og oftere - antallet af kilomol pr. 1 m3.

4. Egenskaber ved forbrænding af gasformigt brændstof

Forbrændingsprocessen for gasformigt brændstof er homogen, dvs. både brændstoffet og oxidationsmidlet er i samme aggregeringstilstand, og der er ingen fasegrænse. For at forbrændingen kan begynde, skal gassen være i kontakt med et oxidationsmiddel. I nærvær af et oxidationsmiddel skal der skabes visse betingelser for at starte forbrændingen. Oxidation af brændbare komponenter er også mulig ved relativt lave temperaturer. Under disse forhold er hastighederne af kemiske reaktioner ubetydelige. Når temperaturen stiger, stiger reaktionshastigheden.

Når en vis temperatur er nået, antændes gas-luftblandingen, reaktionshastighederne stiger kraftigt, og varmemængden bliver tilstrækkelig til spontant at opretholde forbrændingen. Den minimumstemperatur, ved hvilken en blanding antændes, kaldes antændelsestemperaturen. Værdien af ​​denne temperatur for forskellige gasser er ikke den samme og afhænger af brændbare gassers termofysiske egenskaber, brændstofindholdet i blandingen, antændelsesforhold, varmefjernelsesforhold i hver enkelt enhed osv. For eksempel brints antændelsestemperatur er i intervallet 820-870 K, og oxider kulstof og metan - henholdsvis 870-930 K og 10201070 K.

Brændbar gas blandet med et oxidationsmiddel brænder i en fakkel. En fakkel er en vis mængde bevægelige gasser, hvori forbrændingsprocesser finder sted. I overensstemmelse med de generelle bestemmelser i teorien om forbrænding skelnes der mellem to fundamentalt forskellige metoder til gasforbrænding i en fakkel - kinetisk og diffusion. Kinetisk forbrænding er karakteriseret ved foreløbig (før forbrænding) blanding af gassen med oxidationsmidlet. Gassen og oxidationsmidlet føres først ind i brænderens blandeanordning. Forbrænding af blandingen udføres uden for blanderen. I dette tilfælde vil hastigheden af ​​processen være begrænset af hastigheden af ​​kemiske reaktioner ved forbrænding og
τhor, chem.

Diffusionsforbrænding sker i processen med at blande brændbar gas med luft. Gassen kommer ind i arbejdsvolumenet adskilt fra luften. Processens hastighed i dette tilfælde vil være begrænset af hastigheden af ​​blanding af gas med luft og τvarm

En række forskellige diffusionsforbrændinger er blandet (diffusionskinetisk) forbrænding. Gassen er forblandet med en vis (ikke nok til fuldstændig forbrænding) mængde luft. Denne luft kaldes primær. Den resulterende blanding tilføres til arbejdsvolumenet. Resten af ​​luften (sekundær luft) kommer ind der adskilt fra den.

I ovne i kedelenheder bruges kinetiske og blandede principper for brændstofforbrænding oftere. Diffusionsmetoden bruges oftest i teknologiske industrielle ovne.

Brænderens struktur og længde afhænger alt andet lige af strømningsregimet. Der er laminære og turbulente gasbrændere. En laminær flamme dannes ved lave blandingsflowhastigheder (Re 3000-flammen er allerede turbulent nær brænderens udløb.

Gasforbrænding sker i en smal zone kaldet forbrændingsfronten. Gassen, der er forblandet med oxidationsmidlet, brænder i forbrændingsfronten, som kaldes den kinetiske front. Denne front er grænsefladen mellem den friske gas-luftblanding og forbrændingsprodukterne. Overfladearealet af den kinetiske forbrændingsfront bestemmes af hastigheden af ​​kemiske reaktioner.

Ved diffusionsforbrænding af gas dannes en diffusionsforbrændingsfront, som er grænsefladen mellem forbrændingsprodukterne og blandingen af ​​gas med forbrændingsprodukter, der diffunderer mod gasstrømmen. Overfladearealet af denne front bestemmes af blandingshastigheden af ​​gassen med oxidationsmidlet.

Diffusionskinetisk forbrænding af gas er kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​to fronter. Ved kinetisk forbrænding forbruges det iltningsmiddel, der tilføres i en blanding med gas, under diffusion brænder den del af gassen ud, som ikke brændte under kinetisk forbrænding på grund af mangel på iltningsmiddel.

På fig. 1 viser opbygningen af ​​brændende fakler til forskellige metoder til forbrænding af brændbar gas og et diagram over forbrændingsfronten.

Ris. en. : kinetisk (a), blandet (b) og diffusion (c), samt et diagram over forbrændingsfronten

Den indkommende friske gas-luftblanding opvarmes ved varmeoverførsel ved ledning og stråling fra forbrændingsfronten. Blandingen opvarmet til antændelsestemperaturen brænder i forbrændingsfronten, og forbrændingsprodukterne forlader denne zone og diffunderer delvist ind i den indkommende blanding. Placeringen af ​​forbrændingsfronten over brænderens udgang afhænger af den brændbare gass fysiske natur, dens koncentration i blandingen, flowhastighed og andre faktorer. Forbrændingsfronten kan bevæge sig i retningen vinkelret på dens overflade, indtil der er etableret lighed mellem mængderne af den forbrændte og den indgående blanding pr. enheds frontflade. I dette tilfælde er termisk ligevægt også opfyldt: varmestrømmen fra forbrændingsfronten balanceres af modstrømmen af ​​den overførte kolde kildegas.

Den vigtigste egenskab ved forbrænding af gasformigt brændstof er hastigheden af ​​normal flammeudbredelse, den hastighed, hvormed forbrændingsfronten bevæger sig langs normalen til dens overflade i retning af den modgående gas-luftblanding. Hvis og er lig med projektionen af ​​strømningshastighedsvektoren på normalen til frontfladen, vil denne front være stationær i forhold til brænderens udgang. De vigtigste faktorer, som hastigheden af ​​normal flammeudbredelse afhænger af, er gassens reaktivitet, dens koncentration i blandingen og blandingens forvarmningstemperatur.

Reaktiviteten af ​​en gas bestemmes af værdien af ​​aktiveringsenergien. Det er klart, at gasser med lav aktiveringsenergi reagerer med et oxidationsmiddel med en højere hastighed, og disse gasser er karakteriseret ved høje flammeudbredelseshastigheder (brint, acetylen). Mængden af ​​varme, der frigives under forbrændingen, og temperaturen i forbrændingsfronten afhænger af koncentrationen af ​​gassen og blandingen. Den indledende opvarmning af blandingen øger temperaturen i fronten. Hvis blandingens udstrømningshastighed er væsentligt højere end flammeudbredelseshastigheden, kan brænderen tages af. Hvis udstødningshastighederne er væsentligt mindre end flammens udbredelseshastigheder, sker der en tilbagetrækning (oversving) af flammen ind i brænderen.

5. Nedre og øvre eksplosionsgrænser for brændbare gasser

Et andet vigtigt træk ved forbrændingen af ​​gas-luftblandinger er tilstedeværelsen af ​​koncentrationsgrænser. Brændbare gasser kan antændes eller eksplodere, hvis de blandes i bestemte (for hver gas) forhold med luft og opvarmes til mindst deres antændelsestemperatur. Antændelse og yderligere spontan forbrænding af gas-luftblandingen ved visse forhold mellem gas og luft er mulig i nærvær af en brandkilde (selv en gnist).

Der er nedre og øvre koncentrationsgrænser for eksplosivitet (brandbarhed) - den mindste og maksimale procentdel af gas i blandingen, ved hvilken den kan antændes og eksplodere.

Den nedre grænse svarer til minimum, og den øvre - til den maksimale mængde gas i blandingen, ved hvilken de antændes (under antændelse) og spontan (uden varmetilstrømning udefra) flammeudbredelse (selvantændelse). De samme grænser svarer til betingelserne for eksplosivitet af gas-luftblandinger.

Den nedre eksplosionsgrænse svarer til minimumskoncentrationen af ​​brændstofdampe i en blanding med luft, ved hvilken der opstår en eksplosion, når en flamme opstår. Den øvre eksplosionsgrænse svarer til den maksimale koncentration af brændstofdampe i en blanding med luft, over hvilken der ikke længere opstår et udbrud på grund af iltmangel i luften. Jo bredere rækkevidde af brændbarhedsgrænser (også kaldet eksplosionsgrænser) og jo lavere den nedre grænse er, jo mere eksplosiv er gassen. De fleste kulbrinter har lave eksplosionsgrænser. For CH4-metan er den nedre og øvre eksplosionsgrænse henholdsvis 5 % og 15 % i volumen.

En række gasser har de bredeste eksplosive (antændeligheds-) grænser: brint (4,0 - 75 %), acetylen (2,0 - 81 %) og kulilte (12,5 - 75 %). Det volumetriske indhold af brændbar gas i gas-luftblandingen, under hvilket flammen ikke spontant kan sprede sig i denne blanding, når en højtemperaturkilde indføres i den, kaldes den nedre koncentrationsgrænse for antændelse (flammeudbredelse) eller den nedre eksplosionsgrænse af denne gas. En blanding af gas og luft er således kun eksplosiv, hvis indholdet af brændbar gas i den ligger i området mellem den nedre og øvre eksplosionsgrænse.

Eksistensen af ​​brændbarhedsgrænser (eksplosive) er forårsaget af varmetab under forbrænding. Når en brændbar blanding fortyndes med luft, ilt eller gas, øges varmetabet, flammens udbredelseshastighed falder, og forbrændingen stopper, efter at antændelseskilden er fjernet.

Med en stigning i blandingens temperatur udvides brændbarhedsgrænserne, og ved en temperatur, der overstiger selvantændelsestemperaturen, brænder blandinger af gas med luft eller ilt i et hvilket som helst volumenforhold.

Grænserne for antændelse (eksplosive) afhænger ikke kun af typerne af brændbare gasser, men også af betingelserne for forsøgene (beholderkapacitet, antændelseskildens varmeydelse, blandingstemperatur, flammeudbredelse op, ned, vandret osv.). Dette forklarer de noget forskellige værdier af disse grænser i forskellige litterære kilder. Når flammen spredes fra top til bund eller vandret, stiger de nedre grænser lidt, og de øvre falder.

Det beregnede overtryk under eksplosionen af ​​sådanne blandinger er som følger: naturgas - 0,75 MPa, propan og butan - 0,86 MPa, hydrogen - 0,74 MPa, acetylen - 1,03 MPa. Under virkelige forhold når eksplosionstemperaturen ikke de maksimale værdier, og de resulterende tryk er lavere end de angivne, men de er ganske tilstrækkelige til at ødelægge ikke kun beklædningen af ​​kedler, bygninger, men også metalbeholdere, hvis der opstår en eksplosion i dem.

Hovedårsagen til dannelsen af ​​eksplosive gas-luftblandinger er lækage af gas fra gasforsyningssystemer og dets individuelle elementer (utæt lukning af fittings, slid på pakdåsetætninger, sprængte sømme i gasrørledninger, lækage af gevindforbindelser osv. ), samt ufuldkommen ventilation af rum, ovne og gaskanaler kedler og ovne, kældre og forskellige underjordiske forsyningsbrønde. Opgaven for driftspersonalet for gassystemer og installationer er rettidig opdagelse og eliminering af gaslækager og streng implementering af produktionsinstruktioner til brug af gasformigt brændstof samt den ubetingede højkvalitetsimplementering af planlagt forebyggende inspektion og reparation af gasforsyningssystemer og gasudstyr.

6. Funktioner af flydende brændstof forbrænding

Det vigtigste flydende brændstof, der i øjeblikket anvendes, er brændselsolie. I installationer med lille kapacitet anvendes også fyringsolie, som er en blanding af teknisk petroleum med harpiks. Metoden til forbrænding af flydende brændstof i forstøvet tilstand har den største praktiske anvendelse. Atomisering af brændstoffet gør det muligt betydeligt at accelerere dets forbrænding og opnå høje termiske spændinger i forbrændingskamrenes volumener på grund af en stigning i overfladearealet af kontakt mellem brændstoffet og oxidationsmidlet.

Kogepunktet for flydende brændstoffer er altid lavere end deres selvantændelsestemperatur, dvs. miljøets minimumstemperatur, startende fra hvilken brændstoffet antændes og derefter brænder uden en ekstern varmekilde. Denne temperatur er højere end tændingstemperaturen, hvor brændstoffet kun brænder i nærværelse af en ekstern tændkilde (gnist, varm spole osv.). På grund af dette, i nærvær af et oxidationsmiddel, er forbrænding af flydende brændstoffer kun mulig i damptilstand. Denne omstændighed er den vigtigste for at forstå mekanismen for forbrændingsprocessen for flydende brændstof.

Processen med at brænde flydende brændstof omfatter følgende trin: 1 - forstøvning (sprøjtning) ved hjælp af dyser; 2 - fordampning og termisk nedbrydning af brændstof; 3 - blanding af de resulterende produkter med luft; 4 - blanding tænding; 5 - faktisk forbrænding.

Formålet med forstøvning er at øge væskens kontaktflade med luft og gasser. I dette tilfælde øges overfladen med flere tusinde gange. På grund af den brændende fakkels stærke stråling fordamper dråberne meget hurtigt og gennemgår termisk nedbrydning (revner).

En dråbe flydende brændstof, der er faldet ind i et opvarmet volumen, hvis temperatur er højere end selvantændelsestemperaturen, begynder delvist at fordampe. Brændstofdampe blandes med luft, og der dannes en damp-luftblanding. Antændelse sker i det øjeblik, hvor koncentrationen af ​​dampe i blandingen når en værdi, der overstiger dens værdi ved den nedre koncentrationsgrænse for antændelse. Forbrændingen opretholdes derefter spontant på grund af den varme, der modtages af dråben fra forbrændingen af ​​den brændbare blanding. Fra antændelsesøjeblikket stiger hastigheden af ​​fordampningsprocessen, da forbrændingstemperaturen af ​​den brændbare damp-luftblanding væsentligt overstiger starttemperaturen for det volumen, hvor det forstøvede brændstof indføres.

Således er forbrændingen af ​​flydende brændstof karakteriseret ved to indbyrdes forbundne processer: fordampning af brændstof på grund af frigivelsen af ​​varme fra den brændende damp-luftblanding og den faktiske forbrænding af denne blanding nær overfladen af ​​dråben. Den homogene forbrænding af en damp-luftblanding er en kemisk proces, mens fordampningsprocessen er fysisk af natur. Den resulterende hastighed og forbrændingstid for flydende brændstof vil blive bestemt af intensiteten af ​​den fysiske eller kemiske proces.

Ved afbrænding af flydende brændstof består faklen af ​​tre faser: 1 - væske; 2 - fast (dispergeret kulstof fra nedbrydning af flydende kulbrinter); 3 - gasformig.

Forbrændingshastigheden, som ved forbrænding af brændbare gasser, afhænger af betingelserne for blandingsdannelse, graden af ​​foreløbig beluftning, graden af ​​brænderens turbulens, temperaturen i forbrændingskammeret og betingelserne for udviklingen af ​​brænderen. Højmolekylære kulbrintegasser, der ved høje temperaturer nedbrydes til simple forbindelser, udsender sort kulstof, hvis partikelstørrelse er meget lille (~ 0,3 mikron). Disse partikler giver, når de opvarmes, flammens skær. Det er muligt at reducere lysstyrken af ​​tunge kulbrinteflammer. For at gøre dette skal der udføres en delvis forblanding, det vil sige, at der skal tilføres en vis mængde luft til dysen. Ilt ændrer karakteren af ​​nedbrydningen af ​​organiske molekyler: kulstof frigives ikke i fast form, men i form af kulilte, der brænder med en blålig gennemsigtig flamme.

Hvis forbrændingshastigheden af ​​de resulterende dampe væsentligt overstiger brændstoffets fordampningshastighed, tages fordampningshastigheden som forbrændingshastigheden, og derefter τforbrænding = τfysisk + τchem.

Ellers, når hastigheden af ​​kemisk interaktion af dampe med et oxidationsmiddel er meget lavere end brændstoffordampningshastigheden, vil intensiteten af ​​forbrændingsprocessen helt afhænge af hastigheden af ​​kemiske reaktioner ved forbrænding af damp-luftblandingen og dråbefordampning er det længste stadie af forbrænding af flydende brændstof. Derfor, for vellykket og økonomisk forbrænding af flydende brændstof, er det nødvendigt at øge spredningen af ​​sprayen.

7. Forbrænding af fast brændsel (heterogen forbrænding)

Til forbrænding af brændstof er der brug for en stor mængde luft, som er flere gange større end mængden af ​​brændstof efter vægt. Når brændstoflaget blæses med luft, kan kraften af ​​det aerodynamiske tryk af flowet P være mindre end vægten af ​​et stykke brændstof G eller omvendt mere end det. I ovne med et "fluidiseret leje" er "kogning" forbundet med adskillelse af brændstofpartikler, hvilket øger lagets volumen med 1,5-2,5 gange. Bevægelsen af ​​brændstofpartikler (normalt er de fra 2 til 12 mm) ligner bevægelsen af ​​en kogende væske, hvorfor et sådant lag kaldes "kogende".

I ovne med et "fluidiseret" leje cirkulerer gas-luftstrømmen ikke i lagzonen, men blæser gennem laget direkte. Luftstrømmen, der trænger ind i laget, oplever uensartet deceleration, hvilket skaber et komplekst hastighedsfelt, hvor partikler hele tiden ændrer deres vindstyrke afhængigt af deres position i strømmen. I dette tilfælde får partiklerne en rotations-pulserende bevægelse, som skaber indtrykket af en kogende væske.

Forbrændingsprocessen af ​​fast brændsel kan betinget opdeles i trin, der overlapper hinanden. Disse trin forløber under forskellige temperatur- og termiske forhold og kræver forskellige mængder af oxidationsmidlet.

Frisk brændsel, der kommer ind i ovnen, gennemgår mere eller mindre hurtig opvarmning, fugt fordamper fra det, og flygtige stoffer frigives - produkter af tør destillation af brændstof. Samtidig fortsætter processen med koksdannelse. Koksen brændes og forgasses delvist på risten, og de gasformige produkter brændes i ovnrummet. Den ikke-brændbare mineralske del af brændstoffet bliver til slagge og aske under forbrændingen af ​​brændstoffet.

8. Design af forskellige ovne

En forbrændingsanordning eller ovn er en del af en kedelenhed, som er designet til at forbrænde brændstof og frigive den varme, der er kemisk bundet i den. Samtidig er ovnen en varmeveksleranordning, hvor en del af den varme, der frigives ved forbrændingen af ​​brændsel, afgives til varmefladerne ved stråling. Derudover, når fast brændsel afbrændes i ovnen, falder noget af den resulterende aske ud.

I overensstemmelse med typen af ​​brændt brændsel skelnes ovne til afbrænding af faste, flydende og gasformige brændstoffer. Derudover er der ovne, hvori forskellige typer brændstof kan brændes samtidigt: fast med væske eller gasformig, flydende og gasformig.

Der er tre hovedmåder at brænde brændstof på: i et lag, en fakkel og en hvirvelvind (cyklon). I overensstemmelse hermed er ovnene opdelt i tre store klasser: lagdelt, fakkel og hvirvel. Flare- og hvirvelovne kombineres ofte i en generel klasse af kammerovne.

Ris. 2. : a - tæt lag; b - "kogende" lag; c og d - suspenderet lag (heterogene faner)

I laget afbrændes brændslet under kedelenheder med en dampydelse på op til 20-35 t/t. Kun fast klumpet brændsel kan brændes i laget, for eksempel: brun- og stenkul, klumpet tørv, olieskifer, træ. Brændstoffet, der skal brændes i laget, fyldes på risten, hvorpå det ligger i et tæt lag. Forbrænding af brændstof sker i en luftstrøm, der trænger ind i dette lag, normalt fra bunden og op.

Ovne til afbrænding af brændstof i et lag er opdelt i tre klasser (fig. 3):

1 - ovne med en fast rist og et lag brændstof fastgjort på det (fig. 3, a og b);

2 - ovne med en bevægelig rist, der flytter det lag af brændstof, der ligger på det (fig. 3, c, d);

3 - ovne med en fast rist og et lag brændstof, der bevæger sig langs det (fig. 3, e, f, g).

Ris. 3. Ordninger af ovne til afbrænding af brændstof i et lag: a - manuel vandret rist; b - en ovn med et hjul på et fast lag; i - et brandkammer med et kædemekanisk gitter; g - en ovn med en mekanisk omvendt kæderist og et hjul; d - en ildkasse med en skærestang; e - en ildkasse med en rist; g - brændkammer af Pomerantsev-systemet

Den enkleste ovn med en fast rist og et fast lag brændsel er en ovn med en manuel vandret rist (fig. 3, a). Alle typer fast brændsel kan brændes på denne rist, men behovet for manuel vedligeholdelse begrænser dets omfang i kedler med meget lav dampydelse (op til 1-2 t/t).

Til stratificeret forbrænding af brændstof under kedler med større dampkapacitet er vedligeholdelsen af ​​ovnen mekaniseret og frem for alt tilførsel af frisk brændsel til den.

I ovne med en fast rist og et fast lag brændsel udføres mekanisering af belastningen ved hjælp af hjul 1, som kontinuerligt mekanisk laster frisk brændsel og spreder det over overfladen af ​​risten 2 (fig. 3, b). I sådanne ovne er det muligt at brænde hårde og brune kul og nogle gange antracit under kedler med en dampydelse på op til 6,5-10,0 t / t.

Klassen af ​​ovne med en bevægelig rist, der flytter det lag af brændstof, der ligger på den, omfatter ovne med en mekanisk kæderist (fig. 3, c), som udføres i forskellige modifikationer. I denne ovn strømmer brændstof fra fødetragten 1 ved hjælp af tyngdekraften til forsiden af ​​den langsomt bevægende endeløse kæderist 2, som fører det ind i ovnen. Brændende brændsel bevæger sig kontinuerligt langs ovnen sammen med ristpladen. Samtidig brænder det helt ud, hvorefter slaggen, der dannes for enden af ​​risten, hældes i slaggebeholderen 3.

Kæderister brændkasser er følsomme over for brændstofkvalitet. De egner sig bedst til afbrænding af sorterede, ikke-sammenklumpende, moderat fugtige og moderat askekul med et relativt højt askesmeltepunkt og udbytte af flygtige stoffer VG = 10-25 % pr. brændbar masse. Det er også muligt at brænde sorteret antracit i sådanne ovne. Til arbejde med sintringskul såvel som på kul med lavtsmeltende aske er ovne med kæderist uegnede. Disse ovne kan installeres under kedler med en dampydelse på 10 til 150 t/t, men i Rusland er de installeret under dampkedler med en dampydelse på 10-35 t/t, hovedsageligt til forbrænding af sorteret antracit.

For at forbrænde brændsel med højt fugtindhold, især torv, kombineres kæderisten med en skaktforovn, som er nødvendig til fortørring af brændslet. Den mest almindelige skaktkæde brændkammer er brændkammeret prof. T. F. Makarieva.

En anden type brændkammer i denne klasse er brændkammer med omvendt kæderist og et hjul. I disse ovne bevæger ristpladen sig i den modsatte retning, dvs. fra ovnens bagvæg til forsiden. Hjul er placeret på ovnens forvæg og tilfører kontinuerligt brændstof til lærredet. Den brændte slagge hældes fra risten i en slaggebeholder placeret under ovnens forside. Ovnene af den pågældende type er meget mindre følsomme over for brændselskvalitet end ovne med en ligeløbende rist, derfor bruges de til afbrænding af både sorterede og usorterede hårde og brune kul under kedler med en dampydelse på 10-35 t/t .

Brændkasser med en fast rist og et lag brændstof, der bevæger sig langs det, er baseret på forskellige principper for organisering af processerne for bevægelse og forbrænding af brændstof. I ovne med en skruestang bevæger brændslet sig langs en fast vandret rist med en speciel stang af en speciel form og bevæger sig frem og tilbage langs risten. De bruges til afbrænding af brunkul under kedler med en dampkapacitet på op til 6,5 t / t. En type brændkammer med en skruestang er en fakkellags brændkammer af prof. S. V. Tatishchev, som blev brugt til afbrænding af malet tørv under kedler med en dampkapacitet på op til 75 t / t. Den adskiller sig fra en konventionel ovn med en skorstensstang ved tilstedeværelsen af ​​en skaktforovn, hvor formalet tørv fortørres af røggasser, der suges ind i skakten af ​​en speciel ejektor. Denne ildkasse kan også brænde brune og hårde kul.

I ovne med en skrå rist og højhastighedsovne i VV Pomerantsev-systemet glider brændstoffet, der er kommet ind i ovnen fra oven, under forbrændingen under påvirkning af tyngdekraften ind i den nederste del af ovnen, hvilket tillader nye dele af brændstof at komme ind. ovnen. Disse ovne bruges til afbrænding af træaffald under kedler med en dampydelse på 2,5 til 20 t/t, og mineovne og til afbrænding af klumpet tørv - under kedler med en dampydelse på op til 6,5 t/t.

I forbindelse med de særlige forhold ved brændstofbalancen i Rusland, hvor der hovedsageligt anvendes hårde og delvist brune kul, er ovne med hjul og mekaniske kæderiste mest almindelige. Ovne designet til afbrænding af tørv, skifer og træ er meget mindre almindelige, da disse typer brændstof spiller en sekundær rolle i Ruslands brændstofbalance.

Flareprocessen kan brænde fast, flydende og gasformigt brændstof. Hvori:

Gasformigt brændstof kræver ikke nogen foreløbig forberedelse;

Fast brændsel skal formales til et fint pulver i specielle pulveriseringsanlæg, hvis hovedelement er kulmøller;

Flydende brændstof skal forstøves til meget fine dråber i specielle dyser.

Flydende og gasformigt brændsel afbrændes under kedler af enhver dampkapacitet, og pulveriseret brændsel afbrændes under kedelenheder med en dampkapacitet fra 35-50 t/t og derover.

Flare forbrænding af hver af de tre typer brændstof adskiller sig i specifikke funktioner, men de generelle principper for flare forbrændingsmetoden forbliver de samme for ethvert brændstof.

Afbrændingsovnen (fig. 4) er et rektangulært kammer 1 lavet af ildfaste mursten, ind i hvilket brændstof og den luft, der er nødvendig til dets forbrænding, det vil sige brændstof-luftblandingen, indføres i tæt kontakt gennem brændere 2. Denne blanding antændes og brænder i den resulterende flamme. Gasformige forbrændingsprodukter forlader ovnen i dens øvre del. Når pulveriseret brændsel afbrændes med disse forbrændingsprodukter, føres en betydelig del af brændselsasken også bort i kedelgaskanalerne, og resten af ​​asken falder ned i den nederste del (slaggetragt) af ovnen i form af slagger. .

Ris. 4. : en - enkeltkammerovn til pulveriseret brændsel med fjernelse af fast slagge; b - enkeltkammerovn til pulveriseret brændsel med fjernelse af flydende slagger; c - ovn til flydende og gasformigt brændstof; g - en ovn med et halvåbent forbrændingskammer til afbrænding af pulveriseret brændsel

Forbrændingskammerets vægge er dækket indefra med et system af vandkølede rør - ovnvandsskærme. Disse skærme er designet til at beskytte forbrændingskammerets beklædning mod slid og ødelæggelse under påvirkning af brænderens høje temperatur og smeltet slagge, men vigtigst af alt repræsenterer de en effektiv varmeoverflade, der absorberer en stor mængde varme, der udsendes af fakkel. Derfor bliver disse forbrændingsskærme et meget effektivt middel til at afkøle røggasserne i forbrændingskammeret.

Afbrændingsovne til pulveriseret brændsel er opdelt i to klasser i henhold til metoden til slaggefjernelse: a) ovne med askefjernelse i fast tilstand; b) ovne med fjernelse af flydende slagger.

Ovnens kammer 1 med fjernelse af slagger i fast tilstand (fig. 4, a) er begrænset nedefra af en slaggetragt 3, hvis vægge er beskyttet af skærmrør. Denne tragt kaldes "kold". Dråber af slagger, der falder fra faklen, falder ind i denne tragt, på grund af den relativt lave temperatur af mediet i den, størkner, granulerer til separate korn. Fra den kolde tragt kommer slaggegranulat gennem halsen 4 ind i slaggemodtagelsesanordningen 5, hvorfra de fjernes ved en speciel mekanisme ind i aske-askefjernelsessystemet.

Ovnkammeret 1 med fjernelse af flydende slagger (fig. 4, b) begrænses nedefra af en vandret eller let skrånende ildsted 3, i nærheden af ​​hvilken, som følge af varmeisolering af den nedre del af ovnskærmene, en temperatur, der overstiger askesmeltetemperaturen opretholdes. Som følge heraf forbliver slaggen, der er faldet fra brænderen ned på denne herd, i smeltet tilstand og strømmer ud af ovnen gennem hanehullet 4 ind i det slaggemodtagende bad 5 fyldt med vand, hvor der ved hærdning, det sprækker til små glasagtige partikler.

Ovne med fjernelse af flydende slagger er opdelt i et- (fig. 4, b) og to-kammer til store kedler (fig. 4, d). I sidstnævnte er forbrændingskammeret opdelt i to kamre:

1 - forbrændingskammer, hvor brændstof brændes;

2 - kølekammer, hvori forbrændingsprodukterne afkøles.

Forbrændingskammerets skærme er dækket med varmeisolering mhp

at maksimere forbrændingstemperaturen for mere pålideligt at opnå flydende slagge, og kølekammerets skærme er åbne, så de kan sænke temperaturen på forbrændingsprodukterne mere.

Afbrændingsovne til flydende og gasformige brændstoffer (fig. 4, c) er lavet med en vandret eller let skrå ild.

I meget store kedelenheder laves sammen med prismatisk formede forbrændingskamre såkaldte semi-åbne kamre, som er kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​en speciel knivspids, der deler ovnen i to zoner: forbrænding og afkøling. Halvåbne kamre bruges til at brænde pulveriseret (fig. 4, d), flydende og gasformigt brændstof.

Afbrændingsovne kan også klassificeres efter typen af ​​brændere, som er direkte-flow og hvirvlende, og placeringen af ​​brænderne i forbrændingskammeret. Brændere er placeret på forsiden (fig. 4) og dens sidevægge og ved hjørnerne af forbrændingskammeret (fig. 4). I store kedelenheder er det også muligt at bruge den modsatte placering af brændere på ovnens for- og bagvægge (fig. 4, d).

I hvirvelovne (cyklon) er det muligt at brænde fast brændsel med et højt indhold af flygtige stoffer, knust til støvet tilstand eller til en kornstørrelse på 4-6 mm, samt (stadig sjælden) brændselsolie.

Funktionsprincippet for cyklonovnen er, at der i en næsten vandret (fig. 5, a) eller lodret cylindrisk forovn 1 med lille diameter skabes en gas-luft-hvirvel, hvor partiklerne af brændende brændstof gentagne gange drejer, indtil de brænde næsten fuldstændig ud i en afbalanceret tilstand.

Ris. 5.: a - en ovn med vandrette cyklonforovne; b - ovn med lodrette cyklonforovne

Forbrændingsprodukterne fra forovnene under forbrændingen af ​​fast brændsel kommer ind i efterbrændingskammeret 2 og fra det - ind i kølekammeret 3 og derefter ind i kedelenhedens gaskanaler. Slagget fra forovnene fjernes i flydende form gennem taphuller 5, og for at øge mængden af ​​indespærret slagge mellem efterbrænderen og kølekammeret eller mellem cyklonforovnene og efterbrænderen, er et slaggefangende bundt af rør 4 monteret Ved afbrænding af brændselsolie, og nogle gange knust fast brændsel, laves der ikke efterbrændere, og forbrændingsprodukterne fjernes direkte fra forovnene ind i kølekammeret. Cyklonovne bruges i kedelenheder med relativt høj dampydelse.

Ud over de tre hovedmetoder til brændstofforbrænding, der er anført ovenfor, er der nogle mere mellemliggende metoder.

Forbrænding af fast brændsel foregår i to trin: termisk forberedelse; selve forbrændingen.

I det første trin opvarmes og tørres brændstoffet. Ved 100 C begynder pyrogenetisk nedbrydning af brændstofkomponenter med frigivelse af gasformige flygtige stoffer. (Zone I). Varigheden af ​​denne proces afhænger af brændstoffets fugtindhold, partikelstørrelsen og betingelserne for varmeudveksling mellem brændstofpartiklerne og forbrændingsmediet.

Brændstofforbrænding begynder med antændelse af flygtige stoffer (zone II). t i denne zone er 400-600 C. Ved forbrænding frigives varme, som giver accelereret opvarmning og antændelse af koksresten. (To nødvendige betingelser for at brændstoffet brænder ud: temperatur og en tilstrækkelig mængde oxidationsmiddel. I enhver ovn er der 2 inputs: en til brændstof og den anden til oxidator)

Denne proces sker på tiendedele af et sekund. Flygtige brænder fra 0,2 til 0,5 sekunder. Q skiller sig ud, når t 800-1000 - zone III begynder. Forbrænding af koks begynder ved en temperatur på 1000 C og sker i område III. Denne proces er langvarig. 1 – Tgasformigt medium omkring partiklen. 2-Tselve partiklen . jeg– termisk forberedelseszone,II- forbrændingszonen for flygtige stoffer,III– forbrænding af kokspartikler.

III - heterogen proces. Hastigheden afhænger af ilttilførselshastigheden. Forbrændingstiden for en kokspartikel er fra ½ til 2/3 af den samlede brændetid (fra 1 til 2,5 s) - afhænger af brændstoffets type og størrelse. For unge brændstoffer er karbonificeringsprocessen ikke afsluttet, et stort udbytte af flygtige stoffer. Koksrester< ½ начальной массы частицы. Горение идет быстро, возможность недожога низкая. У стар. топ. большой коксовый остаток, ближе к начальн размерам частиц. Время горения 1 мм ~ 1-2,5 с. Кокс остаток С = 60-97% массы топлива органического. 1 – kokspartikeldrejning, 2 – smalt laminært lag med tykkelse δ, 3 – turbulent strømningszone.

Ilt tilføres fra omgivelserne til kulstofpartiklen på grund af turbulent diffusion, som har en høj intensitet, men nær overfladen af ​​partiklen er der et tyndt gaslag (2), hvor tilførslen af ​​oxidationsmidlet adlyder lovene for molekylær diffusion (lam sl) - det hæmmer tilførslen af ​​ilt til overfladen af ​​partiklen. I dette lag foregår forbrændingen af ​​brændbare gaskomponenter, der frigives fra kulstofoverfladen under kemiske reaktioner.

Mængden af ​​oxygen, der tilføres pr. tidsenhed til en enhedsoverflade af en partikel ved hjælp af turbulent diffusion, bestemmes af:

GOK \u003d A (SPOT - CSL) (1) , A - sæt af turbulent masseoverførsel. Den samme mængde ilt diffunderer gennem nedsænkningslaget på grund af molekylær diffusion:

GOK = Dδ (CSL - SPOV) (2) D – sæt af mol dif- og h/h nedsænkningslag δ. ssl = GOkay* δ D+ SPOV, GOK \u003d A (SPOT - GOkay* δ D– SPOV), GOK = EN*( FRA POT - SPOV ) 1+ AδD = ( FRA POT - SPOV ) 1 EN + δ D = αD*(SPOT - SPOV) , 1 EN + δ D= αD er den generaliserede diffusionshastighedskonstant.

Antallet af opsummerede ok-la afhænger af αD og forskellen mellem koncentrationerne af strømningen og overfladen. Tilførslen af ​​ilt til den reagerende brændstofoverflade er bestemt af diffusionshastigheden og iltkoncentrationen i flowet og på den reagerende overflade.

I steady-state forbrændingsregimet er mængden af ​​oxygen, der tilføres reaktionsoverfladen ved diffusion, lig med mængden af ​​oxygen, der har reageret med denne overflade.

ωР = αD(SPOT - SPOV) . Samtidig er forbrændingshastigheden: ωG = k * PHRS, hvis de er ens, så kan den bestemme: ωG = 1 1 K + 1 α D* MEDSVED= kg*SPOT. KG = 1 1 K + 1 α D = K * α D α D + K (*) er den reducerede forbrændingskonstant. 1 k G = 1 K + 1 α D er den generaliserede modstand mod forbrændingsprocessen. 1/k - kinetisk modstand, bestemt af intensiteten af ​​strømmen af ​​kemisk stråling og forbrænding; 1/αD - fysisk (diffusions) modstand - afhænger af intensiteten af ​​oxidationsmiddelforsyningen.

Afhængigt af modstanden skelnes de kinetiske og diffusionsområder for heterogen forbrænding.

I – kinetisk areal (ωG = k*PHOT), II – mellemareal, III – diffusionsareal (ωG = αD*PHOT)

Ifølge Arrhenius-loven afhænger hastigheden af ​​en kemisk reaktion af temperaturen. αD (const sk-ti dif-i) reagerer svagt på temperaturen. Ved temperaturer under 800-1000 C forløber den kemiske reaktion langsomt, trods overskud af O2 nær den faste overflade. I dette tilfælde er 1/k en stor værdi - forbrændingen forsinkes af kinetikken af ​​p-u (t er lille) og arealet kaldes Det kinetiske forbrændingsområde. (1/k >> 1/aD). k<<αД, kГ ~k (*) - Da p-th er træg, forbruges ilt tilført ved diffusion ikke, og dets koncentration ved reaktionsoverfladen er omtrent lig med koncentrationen i flowet ωG = k * PHRS - dette er forbrændingshastigheden i det kinetiske område.

Forbrændingshastigheden i det kinetiske område vil ikke ændre sig med en øget tilførsel af ilt ved at forbedre aerodynamiske processer (regionjeg), men afhænger af den kinetiske faktor, nemlig temperaturen. Udbuddet af ok-la >> forbrug - koncentrationen på overfladen ændres næsten ikke. Når t stiger, stiger reaktionshastigheden, og koncentrationen af ​​O2 og C falder. Yderligere t fører til en stigning i forbrændingshastigheden, og dens værdi er begrænset af manglende O2-tilførsel til overfladen, utilstrækkelig diffusion. Overflade oxygenkoncentration →0 .

Det forbrændingsområde, hvor proceshastigheden afhænger af diffusionsfaktorer, kaldes diffusionsregionIII. Her k>>αD ( Fra * ): kg~αD. Forbrændingens diffusionshastighed er begrænset af tilførslen af ​​O2 til overfladen og dens koncentration i strømmen.

Diffusions- og kinetiske regioner er adskilt af en mellemzone II, hvor ilttilførselshastigheden og hastigheden af ​​den kemiske reaktion er omtrent lig med hinanden. Jo mindre størrelsen af ​​fast brændsel er, jo større er varme- og masseoverførselsområdet.

I region II og III kan forbrændingen forbedres ved at levere en ok-la. Ved høje hastigheder, ok-la, falder modstanden og tykkelsen af ​​det laminære lag, og tilførslen af ​​ok-la øges. Jo højere hastighed, jo mere intensivt blandes brændstoffet med O2, og jo mere t er der en overgang fra kinetisk til industriel, derefter til differentialregion. Med et fald i partikelstørrelse øges området for kinetisk forbrænding, da små partikler har en mere udviklet varme- og masseudveksling med miljøet.

D1>d2>d3, v1>v2>v3

D - partikelstørrelse af pulveriseret brændsel, v - hastighed for blanding af brændstof med luft - hastighed af tilførsel af ok-la

Optænding af ethvert brændstof begynder ved relativt lavt t med et tilstrækkeligt antal ok-la (I). Ren differentialforbrænding III - begrænset af brænderens kerne. En stigning i temperaturen fører til et skift til området for diffusionsforbrænding. Zonen for diffusionsforbrænding er placeret fra brænderens kerne til efterbrændingszonen, hvor koncentrationen af ​​reaktanter er lav, og deres interaktion er bestemt af diffusionslovene.

Således, hvis forbrændingen fortsætter i et diffusions- eller mellemområde, så skifter processen med et fald i partikelstørrelsen af ​​pulveriseret brændsel mod kinetisk forbrænding. Området for ren diffusionsforbrænding er begrænset. Dette observeres i flammens kerne med den maksimale forbrændingstemperatur. Uden for kernen sker forbrænding i det kinetiske eller mellemliggende område, som er karakteriseret ved en stærk afhængighed af forbrændingshastigheden af ​​temperaturen.

De kinetiske og mellemliggende forbrændingsområder forekommer også i antændelseszonen af ​​støv-luftstrømmen, og forbrændingen af ​​brændsler af alle typer med foreløbig blandingsdannelse forløber i diffusions- eller mellemområdet.