Վանդակի վրա անշարժ ընկած պինդ վառելիքի այրումը վառելիքի վերին բեռնվածությամբ ցույց է տրված Նկ. 6.2.

Թարմ վառելիքը բեռնումից հետո գտնվում է շերտի վերին մասում։ Այրվող կոքսը գտնվում է դրա տակ, իսկ խարամը անմիջապես քերածից վերևում։ Շերտի այս գոտիները մասամբ համընկնում են միմյանց։ Քանի որ վառելիքը այրվում է, այն աստիճանաբար անցնում է բոլոր գոտիներով: Թարմ վառելիքը այրվող կոքսին հասնելուց հետո առաջին շրջանում տեղի է ունենում դրա ջերմային պատրաստումը (տաքացում, խոնավության գոլորշիացում, ցնդող նյութերի արտազատում), որի համար ծախսվում է շերտում արձակված ջերմության մի մասը։ Նկ. 6.2-ը ցույց է տալիս պինդ վառելիքի մոտավոր այրումը և ջերմաստիճանի բաշխումը վառելիքի շերտի բարձրության վրա: Ամենաբարձր ջերմաստիճանի տարածքը գտնվում է կոքսի այրման գոտում, որտեղ արտազատվում է ջերմության հիմնական քանակությունը։

Վառելիքի այրման ժամանակ առաջացած խարամը կոքսի շիկացած կտորներից կաթիլներով հոսում է դեպի օդ։ Աստիճանաբար խարամը սառչում է և արդեն պինդ վիճակում հասնում է քերիչ, որտեղից այն հանվում է։ Շերտի վրա ընկած խարամը պաշտպանում է այն գերտաքացումից, տաքանում և հավասարաչափ բաշխում օդը շերտի վրա։ Օդը, որն անցնում է վանդակաճաղով և մտնում վառելիքի շերտ, կոչվում է առաջնային օդ: Եթե ​​վառելիքի ամբողջական այրման համար բավարար առաջնային օդ չկա, իսկ շերտի վերևում կան թերի այրման արտադրանք, ապա օդը լրացուցիչ մատակարարվում է վերևի շերտի տարածությանը: Այս օդը կոչվում է երկրորդական օդ:

Վանդակի վրա վառելիքի վերին մատակարարմամբ իրականացվում է վառելիքի ստորին բռնկումը և գազ-օդ և վառելիքի հոսքերի հակադարձ շարժումը: Սա ապահովում է վառելիքի արդյունավետ բռնկում և դրա այրման համար բարենպաստ հիդրոդինամիկ պայմաններ: Վառելիքի և օքսիդացնող նյութի միջև առաջնային քիմիական ռեակցիաները տեղի են ունենում տաք կոքսի գոտում: Այրվող վառելիքի շերտում գազի ձևավորման բնույթը ներկայացված է Նկ. 6.3.

Շերտի սկզբում թթվածնի գոտում (K), որտեղ թթվածնի ինտենսիվ սպառում է լինում, միաժամանակ առաջանում են ածխածնի օքսիդ և ածխաթթու գազ CO 2 և CO։ Դեպի թթվածնային գոտու վերջում О 2-ի կոնցենտրացիան նվազում է մինչև 1–2%, իսկ СО 2-ի կոնցենտրացիան հասնում է առավելագույնին։ Թթվածնային գոտում շերտի ջերմաստիճանը կտրուկ բարձրանում է՝ ունենալով առավելագույնը, որտեղ հաստատվում է CO 2-ի ամենաբարձր կոնցենտրացիան։

Կրճատման գոտում (B) թթվածինը գործնականում բացակայում է։ Ածխածնի երկօքսիդը փոխազդում է տաք ածխածնի հետ՝ առաջացնելով ածխածնի երկօքսիդ.

Կրճատման գոտու բարձրության երկայնքով գազում CO 2-ի պարունակությունը նվազում է, մինչդեռ CO պարունակությունը համապատասխանաբար մեծանում է: Ածխածնի երկօքսիդի և ածխածնի փոխազդեցության ռեակցիան էնդոթերմիկ է, ուստի ջերմաստիճանը նվազում է ռեդուկցիոն գոտու բարձրության վրա։ Ռեդուկցիոն գոտու գազերում ջրային գոլորշու առկայության դեպքում հնարավոր է նաև Н 2 О-ի էնդոթերմային քայքայման ռեակցիա։

Թթվածնային գոտու սկզբնական հատվածում ստացված CO-ի և CO 2-ի քանակների հարաբերակցությունը կախված է ջերմաստիճանից և տատանվում է ըստ արտահայտության.

որտեղ Е с և Е СO2 - համապատասխանաբար СО և СО 2 ձևավորման ակտիվացման էներգիաներ. A-ն թվային գործակից է; R-ը գազի համընդհանուր հաստատունն է. T-ը բացարձակ ջերմաստիճանն է:
Շերտի ջերմաստիճանը, իր հերթին, կախված է օքսիդացնող նյութի կոնցենտրացիայից, ինչպես նաև օդի տաքացման աստիճանից։Նվազեցման գոտում պինդ վառելիքի այրումը և ջերմաստիճանի գործոնը նույնպես որոշիչ ազդեցություն ունեն։ CO-ի և CO 2-ի հարաբերակցությունը. Ռեակցիայի ջերմաստիճանի բարձրացմամբ CO 2 + C = P 2, CO-ն տեղաշարժվում է դեպի աջ և ավելանում է ածխածնի օքսիդի պարունակությունը գազերում:
Թթվածնի և նվազեցման գոտիների հաստությունը հիմնականում կախված է այրվող վառելիքի կտորների տեսակից և չափից և ջերմաստիճանի ռեժիմից։ Վառելիքի չափի մեծացմամբ, գոտիների հաստությունը մեծանում է: Պարզվել է, որ թթվածնի գոտու հաստությունը մոտավորապես այրվող մասնիկների երեքից չորս տրամագծեր է: Վերականգնման գոտին 4-6 անգամ ավելի հաստ է, քան թթվածնային գոտին։

Պայթյունի ինտենսիվության բարձրացումը գործնականում չի ազդում գոտիների հաստության վրա: Դա պայմանավորված է նրանով, որ շերտում քիմիական ռեակցիայի արագությունը շատ ավելի բարձր է, քան խառնուրդի ձևավորման արագությունը, և ամբողջ մատակարարվող թթվածինը ակնթարթորեն արձագանքում է շիկացած վառելիքի մասնիկների հենց առաջին շարքերին: Շերտում թթվածնի և նվազեցման գոտիների առկայությունը բնորոշ է ինչպես ածխածնի, այնպես էլ բնական վառելիքի այրման համար (նկ. 6.3): Վառելիքի ռեակտիվության բարձրացմամբ, ինչպես նաև դրա մոխրի պարունակության նվազմամբ, գոտիների հաստությունը նվազում է:

Վառելիքի շերտում գազի ձևավորման բնույթը ցույց է տալիս, որ, կախված այրման կազմակերպումից, շերտի ելքում կարելի է ձեռք բերել կամ գործնականում իներտ, կամ այրվող և իներտ գազեր: Եթե ​​նպատակն է առավելագույնի հասցնել վառելիքի ջերմության փոխակերպումը գազերի ֆիզիկական ջերմության, ապա գործընթացը պետք է իրականացվի վառելիքի բարակ շերտով՝ օքսիդանտի ավելցուկով: Եթե ​​խնդիր է դրված այրվող գազեր ստանալը (գազաֆիկացում), ապա պրոցեսն իրականացվում է բարձրության վրա զարգացած շերտով՝ օքսիդիչի բացակայությամբ։

Կաթսայի վառարանում վառելիքի այրումը համապատասխանում է առաջին դեպքին. Իսկ պինդ վառելիքի այրումը կազմակերպվում է բարակ շերտով, որն ապահովում է օքսիդատիվ ռեակցիաների առավելագույն ընթացքը։ Քանի որ թթվածնի գոտու հաստությունը կախված է վառելիքի չափից, որքան մեծ են կտորների չափերը, այնքան շերտը պետք է ավելի հաստ լինի։ Այսպիսով, շագանակագույն և բիտումային ածուխները (մինչև 20 մմ չափսերի) մանրահատակների շերտում այրելիս շերտի հաստությունը պահպանվում է մոտ 50 մմ: Նույն ածուխներով, բայց 30 մմ-ից ավելի չափերով կտորներով, շերտի հաստությունը ավելանում է մինչև 200 մմ: Վառելիքի շերտի պահանջվող հաստությունը նույնպես կախված է դրա խոնավությունից: Որքան բարձր է վառելիքի խոնավությունը, այնքան ավելի մեծ պետք է լինի այրվող զանգվածի պաշարը շերտում, որպեսզի ապահովվի վառելիքի թարմ մասի կայուն բռնկումը և այրումը:

Բարեւ Ձեզ! Կախված այրման գործընթացի պայմաններից, ռեակցիայի մեջ կարող է մտնել սկզբնական նյութերի մեծ կամ փոքր մասնաբաժինը: Վառելիքի քիմիական էներգիայի լիարժեք օգտագործման համար անհրաժեշտ է վառելիքի այրման ռեակցիան հասցնել գրեթե ավարտին։ Վառելիքի արդյունաբերական այրման պայմաններում այրման ռեակցիաների հավասարակշռությունը հազվադեպ է ձեռք բերվում այրման ռեակցիաների փոքր ժամանակի պատճառով։

Հեղուկ և պինդ վառելիքի այրումը այրման տեսության մեջ կոչվում է տարասեռ այրում, քանի որ այն տեղի է ունենում ոչ միատեսակ (տարասեռ) համակարգում։ Եթե ​​գազերի խառնուրդ է այրվում, ապա այրումը կոչվում է միատարր։

Երբ հեղուկ վառելիքը այրվում է այրման պալատում, վառելիքը գոլորշիանում է կաթիլների մակերեւույթից: Ստացված վառելիքի գոլորշիները, վառարանում բարձր ջերմաստիճանի պատճառով, ենթարկվում են ջերմային տարրալուծման և արագ այրվում մասնիկների մակերեսին։ Այս պայմաններում այրման գործընթացի արագությունը որոշվում է վառելիքի գոլորշիացման արագությամբ: Կաթիլների ընդհանուր մակերեսը մեծացնելու համար հեղուկ վառելիքը, երբ սնվում է այրման պալատ, ենթարկվում է նուրբ ատոմացման՝ օգտագործելով վարդակներ (մակերեսը մեծանում է մի քանի հազար անգամ): Ծանր ֆրակցիաները, որոնք չեն գոլորշիացել կաթիլից, ենթարկվում են ջերմային քայքայման (ճաքացման), որի արդյունքում առաջանում է ցրված ածխածին, որը բոցին փայլ է հաղորդում։

Կոշտ վառելիքի այրման գործընթացը կարելի է բաժանել երկու փուլի. Վառելիքից խոնավության գոլորշիացումից հետո այրվում են ցնդող նյութեր, որոնք արտանետվում են վառելիքի ջերմային տարրալուծման արդյունքում։ Այնուհետեւ սկսվում է պինդ մնացորդի (կոքսի) այրումը։ Երբ վառելիքը շատ արագ տաքացվում է, երկու փուլերն էլ դրվում են միմյանց վրա, քանի որ ցնդող նյութերի մի մասը այրվում է կոքսի ածխածնի հետ միասին:

Կոքսը մասամբ ենթարկվում է գազաֆիկացման, իսկ առաջացած գազային արգասիքները, որոնք հիմնականում բաղկացած են ածխածնի մոնօքսիդից CO-ից, այրվում են այրման պալատում։ Պինդ վառելիքի մասնիկի այրումը տեղի է ունենում ոչ միայն դրա մակերեսից, այլև ծավալով՝ ծակոտիներ թթվածնի ներթափանցման պատճառով։ Այս դեպքում մասնիկների մակերեսի վրա ձևավորվում է սահմանային (լամինար) գազի շերտ, որի դեպքում թթվածնի պարունակությունը նվազում է, իսկ գազաֆիկացման և այրման արտադրանքի (CO և CO2) պարունակությունը մեծանում է։ Գազի այս սահմանային շերտը խոչընդոտում է թթվածնի մատակարարմանը, և այրման ռեակցիայի արագությունը կախված կլինի սահմանային շերտով օքսիդանտի տարածման արագությունից: Այրման ինտենսիվությունը բարձրացնելու համար ավելանում է օքսիդիչի (օդի) արագությունը վառելիքի մասնիկների մակերեսի նկատմամբ, ինչը նվազեցնում է սահմանային շերտի հաստությունը։

Վառելիքի այրման գործընթացի վրա էապես ազդում են նաև հանքային կեղտերը (մոխրի պարունակությունը): Երբ ածխածինը այրվում է, վառելիքի մասնիկների մակերեսին ձևավորվում է մոխրի շերտ: Ցածր մոխրի փափկացման կետում և մոխրի բարձր պարունակության դեպքում այս շերտը պարուրում է (խարամում) վառելիքի մասնիկները և խաթարում այրման գործընթացը: Վառելիքի շերտավոր այրման ժամանակ մոխրի կուտակումը հեռացնելու համար կատարվում է շուրովկա, այսինքն՝ վառելիքի շերտի թուլացում։

Հզոր ժամանակակից կաթսաներում պինդ վառելիքը այրվում է կասեցման մեջ: Վառելիքի կտորները նախապես աղացվում են հատուկ ջրաղացներում, ինչը մի քանի հարյուր անգամ մեծացնում է դրանց հատուկ մակերեսը: Վառելիքի փոշու և օդի խառնուրդը սնվում է այրման պալատ, որտեղ վառելիքը բռնկվում և այրվում է գազ-օդ հոսքի մեջ: Վառելիքի այրումը նույնպես տեղի է ունենում երկու փուլով, սակայն վառելիքի մասնիկի այրման ժամանակը զգալիորեն կրճատվում է։ Այրման այս մեթոդը թույլ է տալիս ակտիվացնել այրման գործընթացը, ինչպես նաև ամբողջությամբ մեքենայացնել արտադրական բոլոր գործողությունները: Իսպ. Գրականություն՝ 1) Խզմալյան Դ.Մ., Կագան Յա.Ա. Այրման տեսություն և այրման սարքեր, Մոսկվա, «Էներգիա», 1976; 2) Ջերմային տեխնիկա, Բոնդարև Վ.Ա., Պրոցկի Ա.Է., Գրինկևիչ Ռ.Ն. Մինսկ, խմբ. 2-րդ, «Բարձրագույն դպրոց», 1976 թ.

Առաջադրանք ………………………………………………………………………………… ..3

Ներածություն …………………………………………………………………………… 4

Տեսական մաս

1. Պինդ վառելիքի այրման առանձնահատկությունները ……………………………………………………………………

2. Վառելիքի այրումը պալատային վառարաններում……………………………………

3. Կոշտ վառելիքի տեղն ու դերը Ռուսաստանի էներգետիկայի ոլորտում ……………… ..12

4. Կաթսայական վառարաններից մոխրի մասնիկների արտանետումների կրճատում կառուցողական և տեխնոլոգիական մեթոդներով ……………………… 14

5. Մոխրի հավաքումը և մոխիր հավաքողների տեսակները ………………………………… .15

6. Ցիկլոնային (իներցիալ) մոխրի հավաքիչներ… .. ………………………… ..16

Հաշվարկված մասը

1. Սկզբնական տվյալներ ………………………………………………………………………………………

2. Աշխատանքային վառելիքի տարրական կազմի հաշվարկ …………………… ..19
3. Վառելիքի այրման արտադրանքի զանգվածների և ծավալների հաշվարկը կաթսայատներում այրման ժամանակ ……………………………………………………………………………………………………………………

4. Խողովակի բարձրության որոշում H …………………………………………… 20

5. Մթնոլորտ վնասակար նյութերի առավելագույն թույլատրելի արտանետումների ցրվածության և չափորոշիչների հաշվարկ …………………………………………………………….

6. Մաքրման պահանջվող աստիճանի որոշում ……………………………………

Ցիկլոնի ընտրության հիմնավորումը …………………………………………… ..22

Կիրառական սարքեր …………………………………………………. …… 23

Եզրակացություն …………………………………………………………………… .24

Օգտագործված գրականության ցանկ ………………………………………… 26

Զորավարժություններ

1. Որոշեք աշխատանքային վառելիքի տարրական բաղադրությունը՝ հիմնվելով պինդ վառելիքի նշված նախագծային բնութագրերի վրա:

2. Օգտագործելով 1-ին կետի արդյունքները և նախնական տվյալները՝ հաշվարկեք պինդ մասնիկների A, ծծմբի օքսիդների SO x, ածխածնի երկօքսիդի CO, ազոտի օքսիդների NO x այրման արտադրանքի արտանետումները և ծավալները, ծխնելույզ մտնող գազերի սպառումը ծխնելույզ գործառնական պայմաններում։ կաթսայատան գործարան.

3. 2-րդ կետի արդյունքների և նախնական տվյալների հիման վրա որոշեք ծխնելույզի բերանի տրամագիծը: Որոշեք խողովակի բարձրությունը H.

4. Որոշեք վնասակար նյութերի C m (մգ / մ 3) առավելագույն ակնկալվող կոնցենտրացիան՝ ածխածնի օքսիդ CO, ծծմբի երկօքսիդ SO 2, ազոտի օքսիդներ NO x, փոշի, (մոխիր) մթնոլորտի մակերեսային շերտում անբարենպաստ ցրման պայմաններում:

5. Համեմատեք օդում վնասակար նյութերի իրական պարունակությունը՝ հաշվի առնելով ֆոնային կոնցենտրացիան (C m + C f), սանիտարահիգիենիկ ստանդարտների (MPC) հետ, եթե MPC CO = 5 մգ/մ 3, MPC NO 2 = 0,085: , MPC SO 2 = 0, 5 մգ / մ 3, MPC փոշու համար = 0,5 մգ / մ 3:

7. Որոշեք մաքրման պահանջվող աստիճանը և առաջարկներ տվեք արտանետումները նվազեցնելու համար, եթե որևէ նյութի իրական M արտանետումը գերազանցում է նախագծման ստանդարտը (MPE):

8. Մշակել և հիմնավորել թափոնների վտանգավոր նյութերի բուժման համար օգտագործվող մեթոդներն ու սարքերը:

Տեսական մաս

Ներածություն

Արդյունաբերական արտադրությունը և մարդու տնտեսական գործունեության այլ տեսակներ ուղեկցվում են շրջակա միջավայր աղտոտող նյութերի արտանետմամբ:

Կաթսայական սարքերը, որոնք օգտագործում են պինդ, հեղուկ և գազային վառելիքի այրումը ջեռուցման համակարգերի ջուրը տաքացնելու համար, զգալի վնաս են հասցնում շրջակա միջավայրին:

Էներգետիկ ոլորտի բացասական ազդեցության հիմնական աղբյուրը հանածո վառելիքի այրման ժամանակ գոյացած արտադրանքներն են։

Հանածո վառելիքի աշխատանքային զանգվածը բաղկացած է ածխածնից, ջրածնից, թթվածնից, ազոտից, ծծումբից, խոնավությունից և մոխիրից։ Վառելիքների ամբողջական այրման արդյունքում առաջանում են ածխածնի երկօքսիդ, ջրային գոլորշի, ծծմբի օքսիդներ (ծծմբի երկօքսիդ, ծծմբի անհիդրիդ և մոխիր)։ Թունավորներից են ծծմբի օքսիդներն ու մոխիրը։ Բարձր հզորության այրման պալատի կաթսաների ջահի միջուկում վառելիքի օդում ազոտի մասնակի օքսիդացում տեղի է ունենում ազոտի օքսիդների (ազոտի օքսիդ և երկօքսիդ) ձևավորմամբ:

Վառարաններում վառելիքի ոչ լրիվ այրումից կարող են առաջանալ նաև ածխածնի մոնօքսիդ CO 2, ածխաջրածիններ CH 4, C 2 H 6, ինչպես նաև քաղցկեղածին նյութեր։ Թերի այրման արտադրանքը շատ վնասակար է, սակայն ժամանակակից այրման տեխնոլոգիայի շնորհիվ դրանց առաջացումը կարելի է վերացնել կամ նվազագույնի հասցնել։

Մոխրի ամենաբարձր պարունակությունը հանդիպում է նավթային թերթաքարի և շագանակագույն քարածխի, ինչպես նաև ածխի որոշ տեսակների մեջ: Հեղուկ վառելիքը ցածր մոխրի պարունակություն ունի. բնական գազը առանց մոխրի վառելիք է։

Էլեկտրակայանների ծխնելույզներից մթնոլորտ արտանետվող թունավոր նյութերը վնասակար ազդեցություն են ունենում կենդանական աշխարհի ողջ համալիրի և կենսոլորտի վրա։

Կաթսայատան ագրեգատներում վառելիքի այրման ժամանակ շրջակա միջավայրը վնասակար արտանետումների ազդեցությունից պաշտպանելու խնդրի համապարփակ լուծումը ներառում է.

· Տեխնոլոգիական գործընթացների մշակում և իրականացում, որոնք նվազեցնում են վնասակար նյութերի արտանետումները վառելիքի այրման ամբողջականության պատճառով և այլն;

· Թափոնների գազերի մաքրման արդյունավետ մեթոդների և տեխնիկայի ներդրում:

Ներկա փուլում բնապահպանական խնդիրների լուծման ամենաարդյունավետ միջոցը տեխնոլոգիաների ստեղծումն է, որոնք մոտ են թափոններից զերծ: Միաժամանակ լուծվում է բնական ռեսուրսների՝ ինչպես նյութական, այնպես էլ էներգետիկ ռեսուրսների ռացիոնալ օգտագործման խնդիրը։

Կոշտ վառելիքի այրման առանձնահատկությունները

Պինդ վառելիքի այրումը ներառում է երկու շրջան՝ ջերմային պատրաստում և փաստացի այրում: Ջերմային պատրաստման գործընթացում վառելիքը տաքացվում է, չորանում, և մոտ 110 ջերմաստիճանի դեպքում նրա բաղկացուցիչ բաղադրիչների պիրոգենետիկ տարրալուծումը սկսվում է գազային ցնդող նյութերի արտազատմամբ։ Այս ժամանակահատվածի տևողությունը հիմնականում կախված է վառելիքի խոնավության պարունակությունից, դրա մասնիկների չափից և շրջակա այրման միջավայրի և վառելիքի մասնիկների միջև ջերմափոխանակման պայմաններից: Ջերմային պատրաստման ժամանակահատվածում պրոցեսների ընթացքը կապված է ջերմության կլանման հետ՝ հիմնականում ջեռուցման, վառելիքի չորացման և բարդ մոլեկուլային միացությունների ջերմային տարրալուծման համար։

Այրումն ինքնին սկսվում է 400-600 ջերմաստիճանում ցնդող նյութերի բռնկմամբ, իսկ այրման գործընթացում արձակված ջերմությունն ապահովում է կոքսի մնացորդի արագացված տաքացում և բռնկում։

Կոքսի այրումը սկսվում է մոտ 1000 ջերմաստիճանում և ամենաշատ ժամանակատար գործընթացն է։

Սա որոշվում է նրանով, որ մասնիկի մակերևույթին մոտ գտնվող գոտում թթվածնի մի մասը սպառվում է դյուրավառ ցնդող նյութերի այրման համար, և դրա մնացած կոնցենտրացիան նվազել է, բացի այդ, տարասեռ ռեակցիաները միշտ զիջում են նյութերի միատարր ռեակցիաներին արագությամբ: միատարր քիմիական ակտիվությամբ:

Արդյունքում, պինդ մասնիկի այրման ընդհանուր ժամանակը հիմնականում որոշվում է կոքսի մնացորդի այրմամբ (այրման ընդհանուր ժամանակի մոտ 2/3-ը)։ Ցնդող նյութերի բարձր ելք ունեցող երիտասարդ վառելանյութերում կոքսի մնացորդը պակաս է սկզբնական մասնիկների զանգվածի կեսից, հետևաբար, դրանց այրումը (հավասար սկզբնական չափերով) տեղի է ունենում բավականին արագ և նվազում է թերայրման հավանականությունը: Պինդ վառելիքի հին տեսակներն ունեն մեծ կոքսի մնացորդ, որը մոտ է սկզբնական մասնիկների չափին, որի այրումը վերցնում է մասնիկի այրման խցիկում մնալու ողջ ժամանակը: 1 մմ սկզբնական չափով մասնիկի այրման ժամանակը 1-ից 2,5 վրկ է՝ կախված սկզբնական վառելիքի տեսակից։

Կոքսի մնացորդը պինդ վառելանյութերի մեծ մասում հիմնականում կազմում է, իսկ մի շարք պինդ վառելիքների համար գրեթե ամբողջությամբ բաղկացած է ածխածնից (վառելիքի օրգանական զանգվածի 60-ից 97%-ը)։ Հաշվի առնելով, որ վառելիքի այրման ժամանակ ածխածինը ապահովում է ջերմության հիմնական արտազատումը, եկեք դիտարկենք մակերեսից ածխածնի մասնիկի այրման դինամիկան։ Թթվածինը շրջակա միջավայրից մատակարարվում է ածխածնի մասնիկին՝ տուրբուլենտ դիֆուզիայի շնորհիվ (զանգվածի տուրբուլենտ փոխանցում), որն ունի բավականաչափ բարձր ինտենսիվություն, բայց գազային բարակ շերտը (սահմանային շերտ) մնում է ուղղակիորեն մասնիկի մակերեսին, որի միջոցով օքսիդացնողի փոխանցումը. իրականացվում է մոլեկուլային դիֆուզիայի օրենքների համաձայն։

Այս շերտը զգալիորեն արգելակում է թթվածնի մատակարարումը մակերեսին: Այն այրում է այրվող գազի բաղադրիչները, որոնք ազատվում են ածխածնի մակերեսից քիմիական ռեակցիայի ժամանակ:

Առանձնացվում են դիֆուզիոն, կինետիկ և միջանկյալ այրման շրջաններ։ Միջանկյալ և հատկապես դիֆուզիոն շրջանում այրման ինտենսիվացումը հնարավոր է թթվածնի մատակարարման ավելացման միջոցով, ակտիվացնելով օքսիդիչի հոսքը՝ այրվող վառելիքի մասնիկները փչելու համար: Հոսքի բարձր արագության դեպքում մակերեսի վրա շերտավոր շերտի հաստությունը և դիմադրությունը նվազում են, իսկ թթվածնի մատակարարումը մեծանում է: Որքան բարձր է այս արագությունը, այնքան ավելի ինտենսիվ է վառելիքի խառնումը թթվածնի հետ և որքան բարձր է ջերմաստիճանը, կինետիկից անցում դեպի միջանկյալ գոտի, իսկ միջանկյալից՝ դիֆուզիոն այրման գոտի:

Նմանատիպ ազդեցություն այրման ուժեղացման առումով ձեռք է բերվում փոշիացված վառելիքի մասնիկների չափը նվազեցնելու միջոցով: Փոքր մասնիկները շրջակա միջավայրի հետ ունեն ջերմության և զանգվածի ավելի զարգացած փոխանցում։ Այսպիսով, երբ փոշիացված վառելիքի մասնիկների չափը նվազում է, այրման կինետիկ շրջանն ընդլայնվում է: Ջերմաստիճանի բարձրացումը հանգեցնում է տեղաշարժի դեպի դիֆուզիոն այրման շրջան:

Փոշիացված վառելիքի զուտ դիֆուզիոն այրման տարածքը սահմանափակվում է հիմնականում ջահի միջուկով, որն առանձնանում է այրման ամենաբարձր ջերմաստիճանով, և հետայրման գոտում, որտեղ ռեակտիվների կոնցենտրացիաները արդեն փոքր են, և դրանց փոխազդեցությունը որոշվում է օրենքներով։ դիֆուզիայի. Ցանկացած վառելիքի բռնկումը սկսվում է համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանում, բավարար թթվածնի պայմաններում, այսինքն. կինետիկ շրջանում։

Այրման կինետիկ շրջանում որոշիչ դեր է խաղում քիմիական ռեակցիայի արագությունը, որը կախված է այնպիսի գործոններից, ինչպիսիք են վառելիքի ռեակտիվությունը և ջերմաստիճանի մակարդակը։ Աերոդինամիկ գործոնների ազդեցությունը այրման այս տարածքում աննշան է:

Հանածո վառելանյութերը (գազային, հեղուկ և պինդ) լայնորեն օգտագործվում են տարբեր տեսակի ջերմային կայանքներում. օդային ռեակտիվ շարժիչներ, մխոցային ներքին այրման շարժիչների բալոններում, մագնիսագազադինամիկ էլեկտրական գեներատորների այրման պալատներում և այլն։

Ցանկացած ջեռուցման կայանում վառելիքն այրվում է էկզոտերմիկ քիմիական ռեակցիաների արդյունքում ջերմություն ստանալու և ամբողջական այրման տաք արտադրանք (ծխող գազեր) կամ գազաֆիկացման արտադրանք ստանալու համար։

Գոլորշի կաթսաների վառարաններում, արդյունաբերական վառարաններում (բացառությամբ լիսեռային վառարանների), ներքին այրման շարժիչներում, գազատուրբինների այրման պալատներում այրումն իրականացվում է առավելագույն ամբողջականությամբ՝ ստանալով ամբողջական այրման արտադրանք։

Գազաֆիկացման գործընթացներն իրականացվում են գազագեներատորներում, որոնցում որպես օքսիդիչներ օգտագործվում են թթվածինը, օդը, ջրի գոլորշին և ածխաթթու գազը։ Նման սարքերում տեղի ունեցող ռեակցիաները բնույթով նույնն են այրման ռեակցիաներին, սակայն դրանց արդյունքում ստացվում են գազաֆիկացման դյուրավառ արգասիքներ։

Կա նաև վառելիքի այրման երկաստիճան. 1 - նախ վառելիքը գազաֆիկացված է. 2 - այնուհետև (նույն սարքում) ամբողջությամբ այրվում են գազաֆիկացման արտադրանքները.

Տարբեր ջերմային ինժեներական սարքերում վառելիքի այրման պայմանները և դրանց այրման նախապատրաստումը տարբեր են, ինչպես տարբեր են բուն վառելիքները: Օրինակ, գոլորշու և տաք ջրի կաթսաների վառարաններում և արդյունաբերական վառարաններում վառելիքը այրվում է մթնոլորտային ճնշմամբ, մինչդեռ գազատուրբինների այրման պալատներում և ներքին այրման շարժիչների բալոններում վառելիքն այրվում է մթնոլորտայինից մի քանի անգամ ավելի բարձր ճնշմամբ։ ճնշում. Չնայած վերը նշված տարբերությանը, կան բազմաթիվ նմանություններ տարբեր վառելիքի այրման գործընթացներում: Այրման գործընթացների և վառելիքի սարքերի մասին հակիրճ տեղեկատվություն ներկայացված է ստորև:

2. Այրման և գազիֆիկացման ռեակցիաներ

Այրման գործընթացները բաժանվում են միատարր, որոնք տեղի են ունենում ծավալով, երբ վառելիքը և օքսիդիչը գտնվում են նույն փուլային վիճակում (օրինակ՝ օդի հետ խառնված ջրածնի այրումը) և տարասեռ, որը տեղի է ունենում պինդ ածխածնի մակերևույթի վրա (օրինակ՝ այրում. կոքսը օդային հոսքում): Այս այրման ռեակցիաներում օքսիդացնող նյութը չոր օդն է, որը բաղկացած է ծավալով մոտ 21% թթվածնից և 79% ազոտից, և, հետևաբար, այրման արտադրանքները պարունակում են բալաստ - ազոտ, որը նոսրացնում է դրանք: Երբ մաքուր թթվածինը օգտագործվում է որպես օքսիդիչ, բալաստ չի լինի:

3. Միատարր այրում. Քիմիական ռեակցիաների կինետիկա

Ջերմային ինժեներական բոլոր կայանքներում նրանք ձգտում են իրականացնել այրման գործընթացները ամենաբարձր արագությամբ, քանի որ դա թույլ է տալիս ստեղծել փոքր չափի մեքենաներ և ապարատներ և ստանալ դրանցում ամենաբարձր արտադրողականությունը: Գոյություն ունեցող կայանքներում այրման գործընթացներն ընթանում են մեծ արագությամբ՝ վառելիքի այրման ընթացքում մեծ քանակությամբ ջերմության արտանետմամբ և բարձր ջերմաստիճաններ ձեռք բերելով: Այրման արագության վրա տարբեր գործոնների ազդեցության ավելի լավ հասկանալու համար ստորև ներկայացված են քիմիական ռեակցիաների կինետիկայի տարրերը:

Ցանկացած քիմիական ռեակցիայի արագությունը կախված է ռեակտիվների կոնցենտրացիայից, ջերմաստիճանից և ճնշումից: Դա բացատրվում է նրանով, որ գազի մոլեկուլները, մեծ արագությամբ տարբեր ուղղություններով շարժվելով, բախվում են միմյանց։ Որքան հաճախ են դրանք բախվում, այնքան ավելի արագ է ընթանում ռեակցիան։ Մոլեկուլների բախումների հաճախականությունը կախված է դրանց քանակից մեկ միավոր ծավալով, այսինքն՝ կոնցենտրացիայից և, բացի այդ, ջերմաստիճանից։ Կոնցենտրացիան հասկացվում է որպես նյութի զանգված ծավալի միավորում և չափվում է կգ/մ3-ով, իսկ ավելի հաճախ՝ 1 մ3-ում կիլոմոլների քանակով:

4. Գազային վառելիքի այրման առանձնահատկությունները

Գազային վառելիքի այրման գործընթացը միատարր է, այսինքն՝ և՛ վառելիքը, և՛ օքսիդիչը գտնվում են նույն ագրեգացման վիճակում և չկա ֆազային սահման։ Որպեսզի այրումը սկսվի, գազը պետք է շփվի օքսիդացնող նյութի հետ: Օքսիդացնող նյութի առկայության դեպքում պետք է ստեղծվեն որոշակի պայմաններ այրումը սկսելու համար: Այրվող բաղադրիչների օքսիդացում հնարավոր է նաև համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանի դեպքում։ Այս պայմաններում քիմիական ռեակցիաների տեմպերը աննշան են: Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, ռեակցիայի արագությունը մեծանում է:

Որոշակի ջերմաստիճանի հասնելու դեպքում գազ-օդ խառնուրդը բռնկվում է, ռեակցիայի արագությունը կտրուկ աճում է, և ջերմության քանակը դառնում է բավարար՝ ինքնաբուխ այրումը պահպանելու համար: Նվազագույն ջերմաստիճանը, որի դեպքում խառնուրդը բռնկվում է, կոչվում է բռնկման ջերմաստիճան: Տարբեր գազերի համար այս ջերմաստիճանի արժեքը նույնը չէ և կախված է այրվող գազերի ջերմաֆիզիկական հատկություններից, խառնուրդում վառելիքի պարունակությունից, բոցավառման պայմաններից, յուրաքանչյուր կոնկրետ սարքում ջերմության հեռացման պայմաններից և այլն։ Օրինակ՝ բռնկումը։ Ջրածնի ջերմաստիճանը 820-870 Կ-ի սահմաններում է, իսկ ածխածնի և մեթանի օքսիդը՝ համապատասխանաբար 870-930 Կ և 10201070 Կ:

Օքսիդացնողի հետ խառնված այրվող գազը այրվում է ջահի մեջ։ Ջահը շարժվող գազերի որոշակի ծավալ է, որում տեղի են ունենում այրման գործընթացներ: Այրման տեսության ընդհանուր դրույթների համաձայն, առանձնանում են բոցի մեջ գազի այրման երկու սկզբունքորեն տարբեր եղանակներ՝ կինետիկ և դիֆուզիոն: Կինետիկ այրումը բնութագրվում է գազի նախնական (այրումից առաջ) խառնելով օքսիդացնող նյութի հետ: Գազը և օքսիդանտը սկզբում սնվում են այրիչի խառնիչ սարքի մեջ: Խառնուրդի այրումն իրականացվում է խառնիչից դուրս։ Այս դեպքում պրոցեսի արագությունը կսահմանափակվի քիմիական այրման ռեակցիաների արագությամբ և
τhot, τchem.

Դիֆուզիոն այրումը տեղի է ունենում, երբ այրվող գազը խառնվում է օդի հետ: Գազը աշխատանքային ծավալի մեջ մտնում է օդից առանձին: Գործընթացի արագությունը այս դեպքում կսահմանափակվի գազի օդի և τfr-ի հետ խառնվելու արագությամբ

Դիֆուզիոն այրման տեսակը խառը (դիֆուզիոն-կինետիկ) այրումն է։ Գազը նախապես խառնվում է օդի որոշ (ամբողջական այրման համար անբավարար) քանակի հետ։ Այս օդը կոչվում է առաջնային: Ստացված խառնուրդը սնվում է աշխատանքային ծավալի մեջ։ Մնացած օդը (երկրորդային օդը) մտնում է այնտեղ՝ նրանից առանձին։

Կաթսայական ագրեգատների վառարաններում հաճախ օգտագործվում են վառելիքի այրման կինետիկ և խառը սկզբունքներ: Դիֆուզիոն մեթոդը առավել հաճախ օգտագործվում է տեխնոլոգիական արդյունաբերական վառարաններում:

Բռնկման կառուցվածքը և երկարությունը, այլ հավասար լինելով, կախված են հոսքի ռեժիմից: Տարբերակել լամինար և տուրբուլենտ գազի բռնկումները: Խառնուրդի ցածր հոսքի արագությամբ ձևավորվում է շերտավոր բոց (Re 3000 բոցը բուռն է արդեն այրիչ սարքի ելքի մոտ:

Գազի այրումը տեղի է ունենում նեղ գոտում, որը կոչվում է այրման ճակատ: Գազը, նախապես խառնված օքսիդացնող նյութի հետ, այրվում է այրման ճակատում, որը կոչվում է կինետիկ: Այս ճակատը միջերեսն է թարմ գազ-օդ խառնուրդի և այրման արտադրանքի միջև: Կինետիկ այրման ճակատի մակերեսը որոշվում է քիմիական ռեակցիաների արագությամբ:

Գազի դիֆուզիոն այրման դեպքում ձևավորվում է դիֆուզիոն այրման ճակատ, որը միջերեսն է այրման արտադրանքների և գազի խառնուրդի միջև այրման արտադրանքների հետ, որոնք ցրվում են դեպի գազի հոսքը: Այս ճակատի մակերեսը որոշվում է օքսիդացնող նյութի հետ գազի խառնման արագությամբ:

Դիֆուզիոն-կինետիկ գազի այրումը բնութագրվում է երկու ճակատների առկայությամբ. Կինետիկ այրման ժամանակ սպառվում է գազի հետ խառնուրդում մատակարարվող օքսիդանտը, դիֆուզիոն այրման ժամանակ սպառվում է գազի այն մասը, որը չի այրվել կինետիկ այրման ժամանակ օքսիդացնող նյութի բացակայության պատճառով։

Նկ. 1-ը ցույց է տալիս այրվող ջահերի կառուցվածքը այրվող գազի այրման տարբեր մեթոդների համար և այրման ճակատի դիագրամ:

Բրինձ. 1. : կինետիկ (ա), խառը (բ) և դիֆուզիոն (գ), ինչպես նաև այրման ճակատային դիագրամ

Մուտքային թարմ գազ-օդ խառնուրդը տաքացվում է ջերմության փոխանցման շնորհիվ ջերմության փոխանցման և այրման ճակատից ճառագայթման միջոցով։ Բոցավառման ջերմաստիճանին տաքացված խառնուրդը այրվում է այրման ճակատում, և այրման արտադրանքները թողնում են այս գոտին և մասամբ ցրվում են հանդիպակաց խառնուրդի մեջ: Այրման ճակատի դիրքը այրիչի ելքի վերևում կախված է այրվող գազի ֆիզիկական բնույթից, խառնուրդում դրա կոնցենտրացիայից, հոսքի արագությունից և այլ գործոններից: Այրման ճակատը կարող է շարժվել իր մակերևույթի նորմալ ուղղությամբ, մինչև հաստատվի հավասարություն այրված և մատակարարված խառնուրդի քանակի միջև, որը վերաբերում է առջևի մակերեսի միավորին: Այս դեպքում կատարվում է նաև ջերմային հավասարակշռություն. այրման ճակատից ջերմային հոսքը հավասարակշռվում է փոխանցվող սառը աղբյուրի գազի հակահոսքով:

Գազային վառելիքի այրման ամենակարևոր բնութագիրը բոցի նորմալ տարածման արագությունն է, այն արագությունը, որով այրման ճակատը շարժվում է նորմալի երկայնքով դեպի իր մակերեսը մոտեցող գազ-օդ խառնուրդի ուղղությամբ: Եթե ​​հոսքի արագության վեկտորի նախագծումը նորմալից առջևի մակերեսին հավասար է և, ապա այս ճակատը անշարժ կլինի այրիչի կտրվածքի նկատմամբ: Հիմնական գործոնները, որոնցից կախված է բոցի նորմալ տարածման արագությունը, գազի ռեակտիվությունն են, դրա կոնցենտրացիան խառնուրդում և խառնուրդի նախնական տաքացման ջերմաստիճանը:

Գազի ռեակտիվությունը որոշվում է ակտիվացման էներգիայի արժեքով։ Ակնհայտ է, որ ցածր ակտիվացման էներգիա ունեցող գազերը ավելի բարձր արագությամբ արձագանքում են օքսիդացնող նյութի հետ, և այդ գազերը բնութագրվում են բոցի տարածման բարձր արագությամբ (ջրածին, ացետիլեն): Այրման ընթացքում արտանետվող ջերմության քանակը և այրման ճակատում ջերմաստիճանը կախված են գազի և խառնուրդի կոնցենտրացիայից: Խառնուրդի սկզբնական տաքացումը բարձրացնում է ջերմաստիճանը ճակատում: Եթե ​​խառնուրդի հոսքի արագությունը զգալիորեն ավելի բարձր է, քան բոցի տարածման արագությունը, ապա բոցը կարող է անջատվել: Եթե ​​հոսքի արագությունը շատ ավելի քիչ է, քան բոցի տարածման արագությունը, ապա բոցը քաշվում է այրիչի մեջ (բեկում):

5. Այրվող գազերի ստորին և վերին պայթյունավտանգ սահմանները

Գազ-օդ խառնուրդների այրման մեկ այլ կարևոր առանձնահատկությունը կոնցենտրացիայի սահմանների առկայությունն է: Այրվող գազերը կարող են բռնկվել կամ պայթել, եթե դրանք որոշակի (յուրաքանչյուր գազի համար) համամասնություններով խառնվեն օդի հետ և տաքացվեն իրենց բռնկման ջերմաստիճանից ոչ ցածր: Գազ-օդ խառնուրդի բոցավառումը և հետագա ինքնաբուխ այրումը գազի և օդի որոշակի հարաբերակցությամբ հնարավոր է հրդեհի աղբյուրի (նույնիսկ կայծի) առկայության դեպքում:

Տարբերակել պայթուցիկության ստորին և վերին կոնցենտրացիայի սահմանները (դյուրավառություն) - խառնուրդում գազի նվազագույն և առավելագույն տոկոսը, որի դեպքում այն ​​կարող է բռնկվել և պայթել:

Ներքևի սահմանը համապատասխանում է նվազագույնին, իսկ վերին սահմանը համապատասխանում է խառնուրդի գազի առավելագույն քանակին, որի դեպքում դրանք բռնկվում են (բոցավառման ժամանակ) և ինքնաբուխ (առանց դրսից ջերմության ներհոսքի) բոցի տարածումը (ինքնաբռնկում): . Նույն սահմանները համապատասխանում են գազ-օդ խառնուրդների պայթյունավտանգության պայմաններին։

Պայթուցիկության ստորին սահմանը համապատասխանում է վառելիքի գոլորշիների նվազագույն կոնցենտրացիային օդի հետ խառնուրդում, որի ժամանակ բռնկում է տեղի ունենում, երբ բոց է բարձրանում: Պայթյունավտանգության վերին սահմանը համապատասխանում է վառելիքի գոլորշիների այն առավելագույն կոնցենտրացիային օդի հետ խառնուրդում, որից վեր օդում թթվածնի պակասի պատճառով բռնկումն այլևս չի առաջանում: Որքան մեծ է դյուրավառության սահմանների տիրույթը (նաև կոչվում է պայթյունի սահմաններ) և որքան ցածր է ստորին սահմանը, այնքան ավելի պայթյունավտանգ է գազը: Ածխաջրածինների մեծ մասն ունեն պայթուցիկության ցածր սահմաններ: CH4 մեթանի համար պայթուցիկության ստորին և վերին սահմանները համապատասխանաբար կազմում են 5% և 15% ծավալային:

Պայթուցիկ (դյուրավառ) ամենալայն սահմաններն ունեն մի շարք գազեր՝ ջրածին (4,0 - 75%), ացետիլեն (2,0 - 81%) և ածխածնի օքսիդ (12,5 - 75%)։ Գազ-օդ խառնուրդում այրվող գազի ծավալային պարունակությունը, որից ցածր բոցը չի կարող ինքնաբերաբար տարածվել այս խառնուրդում, երբ դրա մեջ բարձր ջերմաստիճանի աղբյուր է մտցվում, կոչվում է բռնկման ստորին կոնցենտրացիայի սահման (բոցի տարածում) կամ ստորին պայթուցիկ. այս գազի սահմանը: Այսպիսով, գազի / օդի խառնուրդը պայթյունավտանգ է միայն այն դեպքում, եթե դրանում այրվող գազի պարունակությունը գտնվում է պայթուցիկության ստորին և վերին սահմանների միջև:

Դյուրավառ (պայթուցիկ) սահմանների առկայությունը պայմանավորված է այրման ընթացքում ջերմության կորստով: Երբ այրվող խառնուրդը նոսրացվում է օդով, թթվածնով կամ գազով, ջերմության կորուստները մեծանում են, բոցի տարածման արագությունը նվազում է, և այրումը դադարում է բռնկման աղբյուրը հեռացնելուց հետո:

Խառնուրդի ջերմաստիճանի բարձրացմամբ դյուրավառության սահմաններն ընդլայնվում են, իսկ ինքնայրման ջերմաստիճանը գերազանցող ջերմաստիճանի դեպքում գազի խառնուրդները օդի կամ թթվածնի հետ այրվում են ցանկացած ծավալի հարաբերակցությամբ:

Դյուրավառության (պայթուցիկության) սահմանները կախված են ոչ միայն այրվող գազերի տեսակներից, այլև փորձարարական պայմաններից (անոթի հզորությունը, բռնկման աղբյուրի ջերմային հզորությունը, խառնուրդի ջերմաստիճանը, բոցի տարածումը վեր, վար, հորիզոնական և այլն): Սա բացատրում է այս սահմանների մի փոքր տարբեր իմաստները տարբեր գրական աղբյուրներում: Երբ բոցը տարածվում է վերևից ներքև կամ հորիզոնական, ստորին սահմանները մի փոքր ավելանում են, իսկ վերինները՝ նվազում։

Նման խառնուրդների պայթյունի ժամանակ հաշվարկված ավելցուկային ճնշումը հետևյալն է՝ բնական գազ՝ 0,75 ՄՊա, պրոպան և բութան՝ 0,86 ՄՊա, ջրածին՝ 0,74 ՄՊա, ացետիլեն՝ 1,03 ՄՊա։ Իրական պայմաններում պայթյունի ջերմաստիճանը չի հասնում առավելագույն արժեքներին, և առաջացող ճնշումներն ավելի ցածր են, քան նշվածը, սակայն դրանք բավականին բավարար են, որպեսզի ոչնչացնեն ոչ միայն կաթսաների, շենքերի, այլև մետաղական տարաների երեսպատումը, եթե պայթյուն տեղի ունենա: նրանցում.

Պայթուցիկ գազ-օդ խառնուրդների առաջացման հիմնական պատճառը գազամատակարարման համակարգերից և դրա առանձին տարրերից գազի արտահոսքն է (փականների փակման արտահոսք, լցոնման տուփերի կնիքների մաշվածություն, գազատարների խզում, պարուրակային միացումների արտահոսք և այլն), ինչպես նաև. ինչպես նաև սենյակների, վառարանների և գազի խողովակների, կաթսաների և վառարանների, նկուղների և ստորգետնյա հաղորդակցությունների տարբեր հորերի անկատար օդափոխություն: Գազային համակարգերի և կայանքների շահագործող անձնակազմի խնդիրն է գազի արտահոսքի ժամանակին հայտնաբերումն ու վերացումը և գազային վառելիքի օգտագործման արտադրության հրահանգների խստիվ պահպանումը, ինչպես նաև պլանավորված կանխարգելիչ ստուգման և գազի վերանորոգման անվերապահ բարձրորակ կատարումը: մատակարարման համակարգեր և գազի սարքավորումներ.

6. Հեղուկ վառելիքի այրման առանձնահատկությունները

Այսօր օգտագործվող հիմնական հեղուկ վառելիքը ծանր մազութն է: Փոքր հզորության կայանքներում օգտագործվում է նաև ջեռուցման յուղ, որը տեխնիկական կերոսինի խառնուրդ է խեժերի հետ։ Առավելագույն գործնական կիրառություն ունի հեղուկ վառելիքը ատոմացված վիճակում այրելու մեթոդը։ Վառելիքի ցողումը հնարավորություն է տալիս զգալիորեն արագացնել դրա այրումը և ձեռք բերել բարձր ջերմային լարումներ այրման պալատների ծավալներում՝ վառելիքի և օքսիդիչի միջև շփման մակերեսի մեծացման պատճառով:

Հեղուկ վառելիքի եռման կետը միշտ ավելի ցածր է, քան դրանց ինքնայրման ջերմաստիճանը, այսինքն՝ շրջակա միջավայրի նվազագույն ջերմաստիճանը, որից սկսած վառելիքը բռնկվում է, այնուհետև այրվում առանց ջերմության կողմնակի աղբյուրի։ Այս ջերմաստիճանը ավելի բարձր է, քան բռնկման ջերմաստիճանը, որի դեպքում վառելիքը այրվում է միայն բռնկման կողմնակի աղբյուրի առկայության դեպքում (կայծ, շիկացած կծիկ և այլն): Դրա պատճառով օքսիդացնողի առկայության դեպքում հեղուկ վառելիքի այրումը հնարավոր է միայն գոլորշի վիճակում: Այս հանգամանքը հիմնականն է հեղուկ վառելիքի այրման մեխանիզմը հասկանալու համար։

Հեղուկ վառելիքի այրման գործընթացը ներառում է հետևյալ փուլերը. 2 - վառելիքի գոլորշիացում և ջերմային տարրալուծում; 3 - ստացված արտադրանքը օդի հետ խառնելը; 4 - խառնուրդի բռնկում; 5 - փաստացի այրում.

Ատոմացման նպատակը հեղուկի շփման մակերեսը օդի և գազերի հետ մեծացնելն է։ Այս դեպքում մակերեսը մի քանի հազար անգամ ավելանում է։ Այրվող ջահի ուժեղ ճառագայթման պատճառով կաթիլները շատ արագ գոլորշիանում են և ենթարկվում ջերմային քայքայման (ճաքերի)։

Հեղուկ վառելիքի կաթիլը, որն ընկել է տաքացված ծավալի մեջ, որի ջերմաստիճանը ավելի բարձր է, քան ինքնաբռնկման ջերմաստիճանը, սկսում է մասամբ գոլորշիանալ։ Վառելիքի գոլորշիները խառնվում են օդի հետ՝ առաջացնելով գոլորշի-օդ խառնուրդ: Բոցավառումը տեղի է ունենում այն ​​պահին, երբ խառնուրդում գոլորշիների կոնցենտրացիան հասնում է մի արժեքի, որը գերազանցում է իր արժեքը բոցավառման ստորին կոնցենտրացիայի սահմանում: Այնուհետև այրումը ինքնաբերաբար ապահովվում է այրվող խառնուրդի այրումից կաթիլից առաջացած ջերմությամբ: Բոցավառման պահից սկսած, գոլորշիացման գործընթացի արագությունը մեծանում է, քանի որ այրվող գոլորշի-օդ խառնուրդի այրման ջերմաստիճանը զգալիորեն գերազանցում է այն ծավալի սկզբնական ջերմաստիճանը, որի մեջ ներմուծվում է ատոմացված վառելիքը:

Այսպիսով, հեղուկ վառելիքի այրումը բնութագրվում է երկու փոխկապակցված գործընթացներով՝ վառելիքի գոլորշիացում՝ այրվող գոլորշի-օդ խառնուրդից ջերմության արտանետման պատճառով և այս խառնուրդի իրական այրումը կաթիլների մակերևույթի մոտ: Գոլորշի-օդ խառնուրդի միատարր այրումը քիմիական պրոցես է, իսկ գոլորշիացմանը՝ ֆիզիկական բնույթ: Հեղուկ վառելիքի այրման արդյունքում առաջացող արագությունը և ժամանակը որոշվելու են ֆիզիկական կամ քիմիական գործընթացի ինտենսիվությամբ:

Հեղուկ վառելիք այրելիս ջահը բաղկացած է երեք փուլից՝ 1 - հեղուկ; 2 - պինդ (ցրված ածխածին հեղուկ ածխաջրածինների տարրալուծումից); 3 - գազային.

Այրման արագությունը, ինչպես այրվող գազերի այրման դեպքում, կախված է խառնուրդի ձևավորման պայմաններից, նախնական օդափոխության աստիճանից, բոցի տուրբուլենտության աստիճանից, այրման պալատի ջերմաստիճանից և բոցի զարգացման պայմաններից։ . Բարձր մոլեկուլային ածխաջրածնային գազերը, բարձր ջերմաստիճաններում քայքայվելով պարզ միացությունների, արտանետում են մուր ածխածին, որի մասնիկի չափը շատ փոքր է (~ 0,3 մկմ): Այս մասնիկները, երբ տաքանում են, ապահովում են բոցի փայլը: Ծանր ածխաջրածնային բոցերի պայծառությունը կարող է կրճատվել: Դրա համար պետք է կատարվի մասնակի նախնական խառնում, այսինքն՝ վարդակին պետք է մատակարարվի որոշակի քանակությամբ օդ։ Թթվածինը փոխում է օրգանական մոլեկուլների տարրալուծման բնույթը՝ ածխածինը թողարկվում է ոչ թե պինդ, այլ ածխածնի երկօքսիդի տեսքով՝ այրվելով կապտավուն թափանցիկ բոցով։

Եթե ​​ստացված գոլորշիների այրման արագությունը զգալիորեն գերազանցում է վառելիքի գոլորշիացման արագությունը, ապա այրման արագությունը վերցվում է որպես գոլորշիացման արագություն, ապա τcomb = τphys + τchem:

Հակառակ դեպքում, երբ օքսիդացնողի հետ գոլորշիների քիմիական փոխազդեցության արագությունը զգալիորեն ցածր է վառելիքի գոլորշիացման արագությունից, այրման գործընթացի ինտենսիվությունը ամբողջությամբ կախված կլինի գոլորշի-օդ խառնուրդի և կաթիլային այրման քիմիական ռեակցիաների արագությունից: գոլորշիացումը հեղուկ վառելիքի այրման ամենաերկար փուլն է: Ուստի հեղուկ վառելիքի հաջող և խնայողաբար այրման համար անհրաժեշտ է մեծացնել ատոմացման ցրվածությունը։

7. Պինդ վառելիքի այրում (տարասեռ այրում)

Վառելիքի այրման համար պահանջվում է մեծ քանակությամբ օդ՝ մի քանի անգամ գերազանցելով վառելիքի քանակությունը կշռով։ Վառելիքի շերտը օդով փչելիս P հոսքի աերոդինամիկական ճնշման ուժը կարող է փոքր լինել վառելիքի G կտորի քաշից կամ, ընդհակառակը, դրանից ավելի։ «Հեղուկացված մահճակալով» վառարաններում «եռալը» կապված է վառելիքի մասնիկների բաժանման հետ, ինչը 1,5-2,5 անգամ ավելացնում է մահճակալի ծավալը։ Վառելիքի մասնիկների շարժումը (սովորաբար դրանք 2-ից 12 մմ են) նման է եռացող հեղուկի շարժմանը, այդ իսկ պատճառով նման շերտը կոչվում է «եռացող»։

«Հեղուկացված» մահճակալով վառարաններում գազ-օդ հոսքը չի շրջանառվում մահճակալի գոտում, այլ փչում է մահճակալը ուղիղ միջով: Շերտ ներթափանցող օդի հոսքը ենթարկվում է ոչ միատեսակ դանդաղման, որը ստեղծում է բարդ արագության դաշտ, որտեղ մասնիկները անընդհատ փոխում են իրենց քամին` կախված հոսքի մեջ իրենց դիրքից: Միաժամանակ մասնիկները ձեռք են բերում պտտվող-պուլսացիոն շարժում, որը եռացող հեղուկի տպավորություն է ստեղծում։

Պինդ վառելիքի այրման գործընթացը պայմանականորեն կարելի է բաժանել փուլերի, որոնք համընկնում են միմյանց: Այս փուլերը տեղի են ունենում տարբեր ջերմաստիճանային և ջերմային պայմաններում և պահանջում են տարբեր քանակությամբ օքսիդանտներ:

Վառարան մտնող թարմ վառելիքը ենթարկվում է քիչ թե շատ արագ տաքացման, դրանից խոնավությունը գոլորշիանում է և արտազատվում են ցնդող նյութեր՝ վառելիքի չոր թորման արտադրանք։ Միևնույն ժամանակ շարունակվում է կոքսի ձևավորման գործընթացը։ Կոքսը այրվում և մասամբ գազաֆիկացվում է քերիչով, իսկ գազային արտադրանքներն այրվում են այրման պալատում։ Վառելիքի ոչ այրվող հանքային մասը վառելիքի այրման ժամանակ վերածվում է խարամի և մոխրի։

8. Տարբեր վառարանների նախագծեր

Այրման սարքը կամ վառարանը կաթսայատան միավորի մի մասն է, որը նախատեսված է վառելիքի այրման և դրա մեջ քիմիապես կապված ջերմության ազատման համար: Միևնույն ժամանակ, վառարանը ջերմափոխանակման սարք է, որի մեջ վառելիքի այրման ժամանակ արտանետվող ջերմության մի մասը ճառագայթման միջոցով դուրս է գալիս ջեռուցման մակերեսներին: Բացի այդ, երբ վառարանում այրվում է պինդ վառելիք, ստացված մոխրի մի մասը թափվում է:

Այրված վառելիքի տեսակին համապատասխան կան պինդ, հեղուկ և գազային վառելիքի վառարաններ։ Բացի այդ, կան վառարաններ, որոնցում կարելի է միաժամանակ այրել տարբեր տեսակի վառելիք՝ պինդ հեղուկով կամ գազային, հեղուկ և գազային:

Վառելիքի այրման երեք հիմնական եղանակ կա՝ անկողնում, ջահի մեջ և հորձանուտում (ցիկլոն): Ըստ այդմ, վառարանները բաժանվում են երեք խոշոր դասերի՝ շերտավոր, բռնկվող և հորձանուտ։ Բռնկվող և պտտվող վառարանները հաճախ համակցվում են խցիկի վառարանների ընդհանուր դասի մեջ:

Բրինձ. 2.: ա - խիտ շերտ; բ - «եռացող» շերտ; c և d - կասեցված շերտ (տարասեռ բռնկումներ)

Մահճակալում վառելիքը այրվում է մինչև 20-35 տ/ժ գոլորշու հզորությամբ կաթսայատների տակ։ Շերտի մեջ կարող է այրվել միայն պինդ միանվագ վառելիք, օրինակ՝ շագանակագույն և բիտումային ածուխներ, միանվագ տորֆ, նավթի թերթաքար, փայտ։ Մահճակալում այրվելիք վառելիքը բեռնվում է վանդակաճաղի վրա, որի վրա այն ընկած է խիտ մահճակալի մեջ: Վառելիքի այրումը տեղի է ունենում օդի հոսքի մեջ, որը սովորաբար ներթափանցում է այս շերտը ներքևից վեր:

Մահճակալում վառելիքի այրման վառարանները բաժանվում են երեք դասի (նկ. 3).

1 - ֆիքսված վանդակաճաղով վառարաններ և դրա վրա անշարժ ընկած վառելիքի շերտ (նկ. 3, ա և բ);

2 - վառարաններ շարժվող վանդակաճաղով, շարժելով դրա վրա ընկած վառելիքի շերտը (նկ. 3, գ, դ);

3 - ֆիքսված վանդակաճաղով և դրա երկայնքով շարժվող վառելիքի շերտով վառարաններ (նկ. 3, e, f, g):

Բրինձ. 3. Այրիչի դիագրամներ վառելիքի շերտով այրելու համար: ա - ձեռքով հորիզոնական քերել; բ - ֆիքսված մահճակալի վրա նետիչով կրակատուփ; գ - շղթայական մեխանիկական վանդակաճաղով կրակատուփ; դ - մեխանիկական շղթայի վերադարձի վանդակով և տարածիչով կրակատուփ; դ - խշխշոցով կրակատուփ; e - հրդեհային տուփ քերելով; g - Պոմերանցևի համակարգի հրդեհային տուփ

Հաստատուն վանդակաճաղով և վառելիքի ֆիքսված մահճակալով ամենապարզ կրակարկղը ձեռքով հորիզոնական վանդակաճաղով վառարանն է (նկ. 3, ա): Բոլոր տեսակի պինդ վառելիքները կարող են այրվել այս վանդակաճաղի վրա, սակայն ձեռքով սպասարկման անհրաժեշտությունը սահմանափակում է դրա կիրառումը շատ ցածր գոլորշու հզորությամբ (մինչև 1-2 տ/ժ) կաթսաներում:

Ավելի բարձր գոլորշու հզորությամբ կաթսաների տակ վառելիքի շերտավոր այրման համար վառարանի սպասարկումը և, առաջին հերթին, թարմ վառելիքի մատակարարումը դրան մեքենայացված է:

Ֆիքսված վանդակաճաղով և վառելիքի ֆիքսված հունով վառարաններում բեռնման մեքենայացումն իրականացվում է 1-ին տարածիչներով, որոնք անընդմեջ մեխանիկորեն բեռնում են թարմ վառելիքը և ցրում 2-րդ վանդակաճաղի մակերեսին (նկ. 3, բ): Նման վառարաններում հնարավոր է այրել բիտումային և շագանակագույն ածուխներ, իսկ երբեմն էլ անտրացիտը մինչև 6,5-10,0 տ/ժ գոլորշու հզորությամբ կաթսաների տակ։

Շարժվող վանդակաճաղով վառարանների դասը, որը շարժում է իր վրա ընկած վառելիքի շերտը, ներառում է մեխանիկական շղթայական վանդակաճաղով վառարաններ (նկ. 3, գ), որոնք կատարվում են տարբեր ձևափոխություններով։ Այս կրակարկղում վառելիքը վազվզող 1-ից ձգողականության միջոցով հոսում է դեպի դանդաղ շարժվող անվերջանալի շղթայի 2-ի առջևի հատվածը, որով այն սնվում է կրակի տուփի մեջ: Այրվող վառելիքը շարունակաբար շարժվում է կրակատուփի երկայնքով քերած կտորի հետ միասին: Այս դեպքում այն ​​ամբողջությամբ այրվում է, որից հետո քերոցի վերջում գոյացած խարամը լցվում է խարամի բունկերի մեջ 3։

Շղթայական քերած վառարանները զգայուն են վառելիքի որակի նկատմամբ: Դրանք լավագույնս համապատասխանում են տեսակավորված չփակող, չափավոր խոնավ և չափավոր մոխրի ածուխների այրման համար՝ համեմատաբար բարձր մոխրի հալման կետով և UG = 10-25% այրվող զանգվածի համար ցնդող նյութերի ելքով: Նմանատիպ վառարաններում կարելի է այրել նաև տեսակավորված անտրացիտը։ Ածուխների եփման, ինչպես նաև ցածր հալվող մոխիրով ածուխների վրա աշխատելու համար շղթայական քերած վառարանները պիտանի չեն։ Այս վառարանները կարող են տեղադրվել 10-ից 150 տ/ժ գոլորշու հզորությամբ կաթսաների տակ, սակայն Ռուսաստանում դրանք տեղադրվում են 10-35 տ/ժ գոլորշու հզորությամբ գոլորշու կաթսաների տակ՝ հիմնականում տեսակավորված անտրացիտի այրման համար։

Բարձր խոնավության պարունակությամբ վառելիքները, մասնավորապես ցանքածածկ տորֆն այրելու համար շղթայական քերիչը միացվում է առանցքային վառարանի հետ, որն անհրաժեշտ է վառելիքի նախնական չորացման համար: Ամենատարածված հանքային շղթայական վառարանը պրոֆ. T.F. Մակարիևա.

Քննարկվող դասի մեկ այլ տիպի կրակատուփերն են հետադարձ շղթայով վանդակաճաղով և նետող տուփերով: Այս վառարաններում վանդակաճաղը շարժվում է հակառակ ուղղությամբ, այսինքն՝ վառարանի հետևի պատից առջևի: Հրդեհի տուփի ճակատային պատին կան փռիչներ, որոնք անընդհատ վառելիք են մատակարարում կտավին։ Այրված խարամը քերիչից լցնում են վառարանի առջևի մասի տակ գտնվող խարամախուփի մեջ։ Այս տիպի վառարանները շատ ավելի քիչ զգայուն են վառելիքի որակի նկատմամբ, քան առաջընթաց հարվածով վառարանները, հետևաբար դրանք օգտագործվում են ինչպես տեսակավորված, այնպես էլ չտեսակավորված բիտումային և շագանակագույն ածուխներ այրելու համար 10-35 տ գոլորշու հզորությամբ կաթսաների տակ։ / ժ.

Ֆիքսված վանդակաճաղով և դրա երկայնքով շարժվող վառելիքի շերտով վառարանները հիմնված են վառելիքի շարժման և այրման գործընթացների կազմակերպման տարբեր սկզբունքների վրա։ Խշշացող ձողով վառարաններում վառելիքը շարժվում է ֆիքսված հորիզոնական վանդակի երկայնքով, հատուկ ձևի հատուկ ձողով, շարժվելով հետ ու առաջ վանդակաճաղի երկայնքով: Դրանք օգտագործվում են մինչև 6,5 տ/ժ գոլորշու հզորությամբ կաթսաների տակ շագանակագույն ածուխ այրելու համար։ Խշշացող բարով կրակատուփի տեսակը պրոֆ. S. V. Tatishcheva, որն օգտագործվում էր մինչև 75 տ/ժ գոլորշու հզորությամբ կաթսաների տակ աղացած տորֆ այրելու համար: Այն տարբերվում է խշխշող ձողով սովորական կրակատուփից հանքի նախնական վառարանի առկայությամբ, որում աղացած տորֆը նախապես չորացվում է ծխատար գազերով, որոնք ներծծվում են հանքի մեջ հատուկ արտանետիչով: Այս վառարանում կարող են այրվել նաև լիգնիտ և բիտումային ածուխներ:

Վ.Վ.Պոմերանցև համակարգի թեք վանդակաճաղով և արագընթաց վառարաններում վառելիքը, որը վառարան է մտնում վերևից, այրման ժամանակ, ձգողականության ազդեցության տակ սահում է վառարանի ստորին հատվածը՝ թույլ տալով վառելիքի նոր մասեր մտնել վառարան։ . Այս վառարանները օգտագործվում են 2,5-ից 20 տ/ժ գոլորշու հզորությամբ կաթսաների տակ փայտի թափոններ այրելու համար, իսկ ցանքածածկ տորֆ այրելու համար հանքային վառարանները՝ մինչև 6,5 տ/ժ գոլորշու հզորությամբ կաթսաների տակ:

Ռուսաստանում վառելիքի հաշվեկշռի առանձնահատկություններից ելնելով, որտեղ հիմնականում օգտագործվում են բիտումային և մասամբ շագանակագույն ածուխներ, առավել տարածված են պրոյեկտորներով վառարանները և մեխանիկական շղթայական վանդակաճաղերը: Տորֆի, թերթաքարի և փայտի այրման համար նախատեսված վառարանները շատ ավելի քիչ տարածված են, քանի որ Ռուսաստանի վառելիքի հաշվեկշռում այս տեսակների վառելիքը երկրորդական դեր է խաղում:

Բռնկման գործընթացը կարող է այրել պինդ, հեղուկ և գազային վառելիք: Որտեղ:

Գազային վառելիքը չի պահանջում որևէ նախնական պատրաստում.

Պինդ վառելիքը պետք է նախապես մանրացվի նուրբ փոշու վերածելու հատուկ փոշիացման կայաններում, որոնց հիմնական տարրը ածուխի աղացման գործարաններն են.

Հեղուկ վառելիքը պետք է ատոմիզացվի շատ նուրբ կաթիլներով հատուկ վարդակների մեջ:

Հեղուկ և գազային վառելիքը այրվում է ցանկացած գոլորշու հզորության կաթսաների տակ, իսկ փոշիացված վառելիքը՝ 35-50 տ/ժ և ավելի բարձր հզորությամբ կաթսայատների տակ:

Երեք վառելիքներից յուրաքանչյուրի բոցավառման գործընթացը առանձնահատուկ առանձնահատկություններ ունի, սակայն բոցավառման մեթոդի ընդհանուր սկզբունքները մնում են նույնը բոլոր վառելիքների համար:

Բռնկվող վառարանը (նկ. 4) հրակայուն աղյուսներից պատրաստված ուղղանկյուն խցիկ է, որի մեջ այրիչների 2-ի միջոցով սերտ շփման մեջ մտցվում են վառելիք և օդ, որոնք անհրաժեշտ են դրա այրման համար, այսինքն՝ վառելիք-օդ խառնուրդ: Այս խառնուրդը բոցավառվում և այրվում է ստացված ջահում: Այրման գազերը թողնում են կրակարկղը նրա վերին մասում։ Այս այրման արտադրանքներով փոշիացված վառելիքը այրելիս վառելիքի մոխրի մի զգալի մասը տարվում է կաթսայի գազի խողովակների մեջ, իսկ մնացած մոխիրը խարամի տեսքով ընկնում է վառարանի ստորին մասում (խարամի ձագար):

Բրինձ. 4. : ա - մեկ խցիկի փոշիացված վառելիքի վառարան՝ պինդ մոխրի հեռացմամբ. բ - հեղուկ մոխրի հեռացմամբ փոշիացված վառելիքի միախցիկ վառարան; գ - հեղուկ և գազային վառելիքի վառարան; դ - կիսաբաց այրման պալատով վառարան՝ փոշիացված վառելիքի այրման համար

Այրման պալատի պատերը ներսից ծածկված են ջրով հովացվող խողովակների համակարգով՝ վառարանների ջրի էկրաններ։ Այս էկրանները նախագծված են այրման պալատի որմնադրությանը մաշվելուց պաշտպանելու համար ջահի և հալած խարամի բարձր ջերմաստիճանի ազդեցության տակ, բայց ամենակարևորն այն է, որ դրանք ներկայացնում են արդյունավետ տաքացնող մակերես, որը կլանում է մեծ քանակությամբ ջերմություն, որն արտանետվում է այրման միջոցով: ջահը։ Հետևաբար, այս պատերը դառնում են այրման պալատի ծխատար գազերը սառեցնելու շատ արդյունավետ միջոց:

Փոշիացված վառելիքի բոցավառման վառարանները ըստ խարամի հեռացման մեթոդի բաժանվում են երկու դասի. բ) հեղուկ խարամի հեռացմամբ վառարաններ.

Պինդ վիճակում խարամի հեռացմամբ վառարանի 1-ին պալատը (նկ. 4, ա) ներքևից սահմանափակված է խարամի ձագարով 3, որի պատերը պաշտպանված են պատի խողովակներով։ Այս ձագարը կոչվում է «սառը»: Ջահից դուրս թափվող խարամի կաթիլները, որոնք ընկնում են այս ձագարի մեջ, դրանում գտնվող միջավայրի համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանի պատճառով, ամրանում են՝ հատիկավորվելով առանձին հատիկների մեջ։ Սառը ձագարից խարամի հատիկները կոկորդի միջով 4 մտնում են խարամի ընդունիչ 5, որից հատուկ մեխանիզմով դրանք դուրս են բերվում մոխրի հեռացման համակարգ։

Հեղուկ խարամի հեռացմամբ վառարանի 1-ին խցիկը (նկ. 4, բ) ներքևից սահմանափակված է հորիզոնական կամ թեթևակի թեքված օջախով 3, որի մոտ վառարանի պատերի ստորին հատվածի ջերմամեկուսացման արդյունքում ջերմաստիճանը պահպանվում է մոխրի հալման կետից բարձր: Դրա արդյունքում ջահից այս օջախի վրա ընկած խարամը մնում է հալած վիճակում և ծորակի անցքով 4 հնոցից դուրս է հոսում ջրով լցված խարամի ընդունման բաղնիքը 5, որտեղ, կարծրանալով, ճեղքվում է. փոքր ապակե մասնիկներ:

Հեղուկ խարամի հեռացմամբ վառարանները բաժանվում են մեկ- (նկ. 4, բ) և երկու խցիկի խոշոր կաթսաների համար (նկ. 4, դ): Վերջինում այրման պալատը բաժանված է երկու խցիկի.

1 - այրման պալատ, որում վառելիքը այրվում է.

2 - հովացման խցիկ, որտեղ այրման արտադրանքները սառչում են:

Այրման պալատի էկրանները ծածկված են ջերմամեկուսացմամբ

առավելագույնի հասցնել այրման ջերմաստիճանը, որպեսզի ավելի հուսալիորեն ձեռք բերվի հեղուկ խարամ, և հովացման խցիկի էկրանները բաց են, որպեսզի նրանք կարողանան հետագայում նվազեցնել այրման արտադրանքի ջերմաստիճանը:

Հեղուկ և գազային վառելիքի բռնկման վառարանները (նկ. 4, գ) կատարվում են հորիզոնական կամ մի փոքր թեքված օջախով։

Շատ մեծ կաթսայատան ագրեգատներում, պրիզմատիկ այրման խցիկների հետ միասին, կատարվում են այսպես կոչված կիսաբաց խցիկներ, որոնք բնութագրվում են հատուկ սեղմման առկայությամբ, որը բաժանում է վառարանը երկու գոտիների՝ այրման և հովացման: Կիսաբաց խցիկները նախատեսված են փոշիացված (նկ. 4, դ), հեղուկ և գազային վառելիքի այրման համար։

Բռնկվող վառարանները կարող են դասակարգվել նաև ըստ այրիչների տեսակի, որոնք ուղիղ հոսքով և պտտվող են, և ըստ այրիչների գտնվելու վայրի այրման խցիկում: Այրիչները տեղադրվում են առջևի (նկ. 4) և դրա կողային պատերի վրա և այրման խցիկի անկյուններում (նկ. 4): Խոշոր կաթսայատան ագրեգատներում հնարավոր է նաև օգտագործել այրիչների հակառակ տեղադրումը վառարանի առջևի և հետևի պատերին (նկ. 4, դ):

Պտտվող (ցիկլոնային) վառարաններում հնարավոր է այրել ցնդող նյութերի բարձր պարունակությամբ պինդ վառելիք՝ մանրացված մինչև փոշիացված կամ 4-6 մմ հատիկավոր, ինչպես նաև (առայժմ հազվադեպ) մազութ։

Ցիկլոնային վառարանի աշխատանքի սկզբունքն այն է, որ փոքր տրամագծով գրեթե հորիզոնական (նկ. 5, ա) կամ ուղղահայաց գլանաձև նախավառարանում 1-ում ստեղծվում է գազ-օդ հորձանուտ, որի մեջ այրվող վառելիքի մասնիկները բազմիցս շրջանառվում են մինչև. դրանք գրեթե ամբողջությամբ այրվում են կասեցված վիճակում։

Բրինձ. 5. : ա - հորիզոնական ցիկլոնային վառարաններով վառարան; բ - ուղղահայաց ցիկլոնային վառարաններով վառարան

Պինդ վառելիքի այրման ընթացքում նախնական վառարաններից այրման արտադրանքները մտնում են հետայրիչ 2, իսկ դրանից հովացման խցիկ 3 և հետագայում կաթսայատան ագրեգատի գազի խողովակները: Նախավառարաններից խարամը հեղուկ վիճակում հանվում է 5-րդ պտուտակների միջով, և հետայրիչի և հովացման խցիկի միջև կամ ցիկլոնային նախատաքացուցիչների և հետայրիչի միջև թակարդված խարամի քանակությունը մեծացնելու համար տեղադրվում է խարամ հավաքող խողովակի կապոց 4: այրվող մազութի, և երբեմն էլ մանրացված պինդ վառելիքի այրման դեպքում հետայրիչը չի պատրաստվում, և այրման արտադրանքը հանվում է անմիջապես նախնական վառարաններից հովացման խցիկ: Ցիկլոնային վառարանները օգտագործվում են համեմատաբար բարձր գոլորշու հզորությամբ կաթսայատան ագրեգատներում:

Բացի վերը թվարկված վառելիքի այրման երեք հիմնական մեթոդներից, կան նաև որոշ միջանկյալ մեթոդներ:

Պինդ վառելիքի այրումը տեղի է ունենում երկու փուլով՝ ջերմային պատրաստում; ինքնին այրումը:

Առաջին փուլում վառելիքը տաքացվում է և չորանում։ 100 C ջերմաստիճանում վառելիքի բաղադրիչների պիրոգենետիկ տարրալուծումը սկսվում է գազային ցնդող նյութերի արտազատմամբ: (I գոտի): Այս գործընթացի տեւողությունը կախված է վառելիքի խոնավության պարունակությունից, մասնիկների չափից, վառելիքի մասնիկների եւ այրման միջավայրի միջեւ ջերմափոխանակության պայմաններից։

Վառելիքի այրումը սկսվում է ցնդող նյութերի բռնկմամբ (II գոտի): t այս գոտում 400-600 C է: Այրման ժամանակ առաջանում է ջերմություն, որն ապահովում է կոքսի մնացորդի արագացված տաքացում և բռնկում: (Վառելիքի այրման համար անհրաժեշտ է երկու պայման՝ ջերմաստիճան և բավարար քանակությամբ օքսիդիչ։ Ցանկացած վառարանում կա 2 մուտք՝ մեկը վառելիքի, իսկ երկրորդը՝ օքսիդիչի համար)

Այս գործընթացը տեղի է ունենում վայրկյանի տասներորդականում: Ցնդող նյութերը այրվում են 0,2-ից 0,5 վայրկյան: Q-ն ընդգծվում է, երբ սկսվում է t 800-1000 - III գոտին: Կոքսի այրումը սկսվում է 1000 C ջերմաստիճանում և տեղի է ունենում III շրջանում։ Այս գործընթացը երկար է. 1 – Տմասնիկի շուրջ գազային միջավայր: 2 -Տմասնիկը ինքնին . Ի- ջերմային պատրաստման գոտի,II- ցնդող նյութերի այրման գոտի,III- կոքսի մասնիկների այրում.

III - տարասեռ գործընթաց: Արագությունը կախված է թթվածնի մատակարարման արագությունից։ Կոքսի մասնիկի այրման ժամանակը կազմում է այրման ընդհանուր ժամանակի ½-ից մինչև 2/3-ը (1-ից մինչև 2,5 վրկ) - կախված է վառելիքի տեսակից և չափից: Երիտասարդ վառելանյութերում կոալիֆիկացման գործընթացը չի ավարտվում ցնդող նյութերի մեծ արտազատմամբ: Կոքսի մնացորդ< 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 - ավելի կոքսի մասնիկներ, 2 - նեղ շերտավոր շերտ δ հաստությամբ, 3 - տուրբուլենտ հոսքի գոտի..

Թթվածինը շրջակա միջավայրից մատակարարվում է ածխածնի մասնիկին՝ տուրբուլենտ դիֆուզիայի շնորհիվ, որն ունի բարձր ինտենսիվություն, սակայն մասնիկների մակերեսի մոտ կա բարակ գազային շերտ (2), որտեղ օքսիդանտի մատակարարումը ենթարկվում է մոլեկուլային դիֆուզիային (lam sl)՝ այն արգելակում է։ թթվածնի մատակարարումը մասնիկների մակերեսին. Այս շերտում տեղի է ունենում քիմիական ռեակցիաների ժամանակ ածխածնի մակերևույթից ազատված այրվող գազի բաղադրիչների հետայրումը:

Տուրբուլենտ դիֆուզիայի միջոցով մասնիկի միավոր մակերեսին մեկ միավոր ժամանակում մատակարարվող թթվածնի քանակը որոշվում է հետևյալով.

GOK = А (SPOT - CCL) (1) , Ա - զանգվածի տուրբուլենտ փոխանցման հավաքածու։ Նույն քանակությամբ թթվածին ցրվում է թաղման շերտով մոլեկուլային դիֆուզիայի պատճառով.

ԳՈԿ = Դδ (CCL - SPOV) (2) D - to-t mol diff-and c / z թաղման շերտ δ. CCL = Գլավ* δ Դ+ ԿԵՏ, GOK = А (SPOT - Գլավ* δ Դ- SPOV), ГОК = Ա*(ԿԱԹԱՍՈՎ - SPOV ) 1+ ԱդԴ = (ԿԱԹԱՍՈՎ - SPOV ) 1 Ա + δ Դ = αД * (SPOT - SPOV), 1 Ա + δ Դ= αД - ընդհանրացված դիֆուզիոն արագության հաստատուն:

Մատակարարվող ok-la-ի քանակը կախված է αD-ից և հոսքի և մակերեսի կոնցենտրացիայի տարբերությունից: Արձագանքող վառելիքի մակերեսին թթվածնի մատակարարումը որոշվում է հոսքի և արձագանքող մակերեսի վրա դիֆուզիայի արագությամբ և թթվածնի կոնցենտրացիայով:

Կայուն այրման ռեժիմում դիֆուզիայի միջոցով ռեակցիայի մակերեսին մատակարարվող թթվածնի քանակը հավասար է այս մակերեսի հետ արձագանքած թթվածնի քանակին:

ωР = αД (SPOT - SPOV): Միաժամանակ այրման արագությունը՝ ωГ = k * SPOT, եթե դրանք հավասար են, ապա այն կարող է որոշել՝ ωГ = 1 1 Կ + 1 α Դ* ՀԵՏՔՐՏԻՆՔ= kГ * ԿԵՏ. ԿԳ = 1 1 Կ + 1 α Դ = Կ * α Դ α Դ + Կ (*) Կրճատված այրման հաստատուն է: 1 կ Գ = 1 Կ + 1 α Դ- ընդհանրացված դիմադրություն այրման գործընթացին. 1 / k - կինետիկ դիմադրություն, որը որոշվում է քիմիական p-ի և այրման հոսքի ինտենսիվությամբ. 1 / αД - ֆիզիկական (դիֆուզիոն) դիմադրություն - կախված է օքսիդանտի մատակարարման ինտենսիվությունից:

Կախված դիմադրությունից՝ տարբերվում են տարասեռ այրման կինետիկ և դիֆուզիոն շրջանները։

I - կինետիկ տարածք (ωГ = k * SPOT), II - միջանկյալ տարածք, III - դիֆուզիոն տարածք (ωГ = αD * SPOT)

Համաձայն Արենիուսի օրենքի՝ քիմիական ռեակցիայի արագությունը կախված է ջերմաստիճանից։ αD (const sk-ty diff-i) թույլ է արձագանքում ջերմաստիճանին: 800-1000 C-ից ցածր ջերմաստիճանում քիմիական ռեակցիան ընթանում է դանդաղ՝ չնայած պինդ մակերեսի մոտ O2-ի ավելցուկին։ Այս դեպքում 1/k-ը մեծ է - այրումը արգելակվում է p-u-ի կինետիկայով (t-ը փոքր է) և շրջանը կոչվում է. Այրման կինետիկ տարածք... (1 / k >> 1 / αD): կ<<αД, kГ ~k (*) - Քանի որ p-I-ը դանդաղ է, դիֆուզիոն միջոցով մատակարարվող թթվածինը չի սպառվում, և դրա կոնցենտրացիան ռեակցիայի մակերևույթում մոտավորապես հավասար է հոսքի կոնցենտրացիային ωГ = k * SPOT-ը կինետիկ շրջանում այրման արագությունն է:

Կինետիկ տարածաշրջանում այրման արագությունը չի փոխվի ուժեղացված թթվածնի մատակարարմամբ՝ բարելավելով աերոդինամիկ գործընթացները (տարածաշրջանԻ), բայց կախված է կինետիկ գործոնից, մասնավորապես ջերմաստիճանից... ok-la >> սպառման մատակարարում - մակերեսի վրա կոնցենտրացիան մնում է գրեթե անփոփոխ: T-ի աճի հետ ռեակցիայի արագությունը մեծանում է, իսկ O2-ի և C-ի կոնցենտրացիան նվազում է։ Հետագա t-ն հանգեցնում է այրման արագության բարձրացմանը և դրա արժեքը սահմանափակվում է մակերեսին O2-ի մատակարարման բացակայությամբ, անբավարար դիֆուզիոնով: Թթվածնի կոնցենտրացիան մակերեսին → 0.

Այրման շրջանը, որտեղ գործընթացի արագությունը կախված է դիֆուզիոն գործոններից, կոչվում է Դիֆուզիոն տարածքIII... Այստեղ k >> αД ( Սկսած * ):kГ ~ աД. Այրման դիֆուզիայի արագությունը սահմանափակվում է O2-ի մակերեսին հասցնելով և հոսքի մեջ դրա կոնցենտրացիայով:

Դիֆուզիոն և կինետիկ շրջանները բաժանված են II միջանկյալ գոտիով, որտեղ թթվածնի մատակարարման արագությունը և քիմիական ռեակցիայի արագությունը մոտավորապես հավասար են միմյանց։ Որքան փոքր է պինդ վառելիքի չափը, այնքան մեծ է ջերմության և զանգվածի փոխանցման տարածքը:

II և III տարածքներում այրումը կարող է ուժեղացվել՝ մատակարարելով ok-la: ok-la-ի բարձր արագության դեպքում ավելանում է um-Xia շերտավոր շերտի դիմադրությունը և հաստությունը և ok-la-ի մատակարարումը։ Որքան բարձր է արագությունը, այնքան վառելիքը ավելի ինտենսիվ է խառնվում O2-ի հետ, և այնքան t է տեղի ունենում անցումը կինետիկից արդյունաբերական, այնուհետև տարբեր շրջանի: Մասնիկների չափի նվազմամբ մեծանում է այրման կինետիկ շրջանը, քանի որ փոքր մասնիկները ունեն ավելի զարգացած ջերմություն և զանգվածային փոխանցում շրջակա միջավայրի հետ:

D1> d2> d3, v1> v2> v3

D - փոշիացված վառելիքի մասնիկների չափը, v - օդի հետ վառելիքի խառնման արագությունը - կերակրման արագությունը

Ցանկացած վառելիքի բռնկումը սկսվում է համեմատաբար ցածր t-ից՝ բավարար քանակությամբ ok-la (I): Զուտ տարբեր այրումը III սահմանափակվում է ջահի միջուկով: Ջերմաստիճանի բարձրացումը հանգեցնում է տեղաշարժի դեպի դիֆուզիոն այրման շրջան: Դիֆուզիոն այրման գոտին գտնվում է ջահի միջուկից մինչև հետայրման գոտի, որտեղ ռեակտիվների կոնցենտրացիան ցածր է և դրանց փոխազդեցությունը որոշվում է դիֆուզիայի օրենքներով։

Այսպիսով, եթե այրումը տեղի է ունենում դիֆուզիոն կամ միջանկյալ շրջանում, ապա փոշիացված վառելիքի մասնիկների չափի նվազմամբ գործընթացը տեղափոխվում է կինետիկ այրման: Զուտ դիֆուզիոն այրման տարածքը սահմանափակ է։ Սա նկատվում է ջահի միջուկում այրման առավելագույն ջերմաստիճանով: Միջուկից դուրս այրումը տեղի է ունենում կինետիկ կամ միջանկյալ շրջանում, որը բնութագրվում է այրման արագության ուժեղ կախվածությամբ ջերմաստիճանից:

Կինետիկ և միջանկյալ այրման շրջանները նույնպես տեղի են ունենում փոշի-օդ հոսքի բռնկման գոտում, իսկ նախնական խառնուրդի ձևավորմամբ բոլոր տեսակի վառելիքների այրումը տեղի է ունենում դիֆուզիոն կամ միջանկյալ շրջանում: