Verbranding van vaste brandstof, onbeweeglijk liggend op het rooster, met de bovenste brandstofbelading wordt getoond in Fig. 6.2.

Bovenaan de laag bevindt zich na het laden verse brandstof. Daaronder brandt cokes, en direct boven het rooster - slakken. Deze zones van de laag overlappen elkaar gedeeltelijk. Naarmate de brandstof opbrandt, passeert deze geleidelijk alle zones. In de eerste periode na de toevoer van verse brandstof aan de brandende cokes vindt de thermische voorbereiding plaats (verhitting, vochtverdamping, vrijkomen van vluchtige stoffen), waarbij een deel van de in de laag vrijkomende warmte wordt verbruikt. Op afb. 6.2 toont bij benadering de verbranding van vaste brandstof en de temperatuurverdeling over de hoogte van de brandstoflaag. Het gebied met de hoogste temperatuur bevindt zich in de verbrandingszone van cokes, waar de grootste hoeveelheid warmte vrijkomt.

De slak die ontstaat bij de verbranding van brandstof stroomt in druppeltjes van de gloeiend hete stukjes cokes naar de lucht. Geleidelijk koelt de slak af en bereikt, al in vaste toestand, het rooster, van waaruit het wordt verwijderd. De slak die op het rooster ligt, beschermt het tegen oververhitting, verwarmt het en verdeelt de lucht gelijkmatig over de laag. De lucht die door het rooster gaat en de brandstoflaag binnenkomt, wordt primair genoemd. Als er niet voldoende primaire lucht is voor volledige verbranding van de brandstof en er zijn producten van onvolledige verbranding boven de laag, dan wordt extra lucht toegevoerd aan de bovenlaagse ruimte. Dergelijke lucht wordt secundair genoemd.

Wanneer de brandstof van boven naar het rooster wordt toegevoerd, vindt de onderontsteking van de brandstof en de tegemoetkomende beweging van de gas-lucht- en brandstofstromen plaats. Dit zorgt voor een efficiënte ontsteking van de brandstof en gunstige hydrodynamische omstandigheden voor de verbranding ervan. De primaire chemische reacties tussen de brandstof en de oxidator vinden plaats in de hete cokeszone. De aard van gasvorming in de laag brandende brandstof wordt getoond in Fig. 6.3.

Aan het begin van de laag, in de zuurstofzone (K), waarin intensief zuurstof wordt verbruikt, worden gelijktijdig kooloxide en kooldioxide CO 2 en CO gevormd. Tegen het einde van de zuurstofzone neemt de concentratie van O2 af tot 1-2% en bereikt de concentratie van CO2 zijn maximum. De temperatuur van de laag in de zuurstofzone stijgt sterk, met een maximum waar de hoogste CO 2 -concentratie wordt vastgesteld.

In de reductiezone (B) is zuurstof praktisch afwezig. Kooldioxide reageert met hete koolstof om koolmonoxide te vormen:

Langs de hoogte van de reductiezone neemt het gehalte aan CO2 in het gas af, en CO stijgt dienovereenkomstig. De reactie van interactie van koolstofdioxide met koolstof is endotherm, dus de temperatuur neemt af langs de hoogte van de reductiezone. Bij aanwezigheid van waterdamp in gassen in de reductiezone is ook een endotherme ontledingsreactie van H20 mogelijk.

De verhouding van de hoeveelheden CO en CO 2 die in het eerste deel van de zuurstofzone worden verkregen, hangt af van de temperatuur en varieert volgens de uitdrukking

waarbij Eco en ECO2 respectievelijk de activeringsenergieën van vorming van CO en CO2 zijn; A - numerieke coëfficiënt; R is de universele gasconstante; T is de absolute temperatuur.
De bedtemperatuur is op zijn beurt afhankelijk van de concentratie van het oxidatiemiddel, evenals van de mate van luchtverwarming. In de reductiezone hebben de verbranding van vaste brandstof en de temperatuurfactor ook een beslissende invloed op de verhouding tussen CO en CO2. Met een toename van de reactietemperatuur van CO 2 + C \u003d P 2 verschuift CO naar rechts en neemt het gehalte aan koolmonoxide in gassen toe.
De diktes van de zuurstof- en reductiezones hangen voornamelijk af van het type en de grootte van de stukken brandende brandstof en het temperatuurregime. Naarmate de brandstofgrootte toeneemt, neemt de dikte van de zones toe. Er is vastgesteld dat de dikte van de zuurstofzone ongeveer drie tot vier diameters van de brandende deeltjes is. De herstelzone is 4-6 keer dikker dan de zuurstofzone.

Een verhoging van de straalintensiteit heeft praktisch geen effect op de dikte van de zones. Dit wordt verklaard door het feit dat de snelheid van de chemische reactie in de laag veel hoger is dan de snelheid van mengselvorming, en alle binnenkomende zuurstof reageert onmiddellijk met de allereerste rijen hete brandstofdeeltjes. De aanwezigheid van zuurstof- en reductiezones in de laag is typerend voor de verbranding van zowel koolstof als natuurlijke brandstoffen (Fig. 6.3). Met een toename van de reactiviteit van de brandstof, evenals met een afname van het asgehalte, neemt de dikte van de zones af.

Uit de aard van de gasvorming in de brandstoflaag blijkt dat, afhankelijk van de organisatie van de verbranding, ofwel praktisch inerte ofwel brandbare en inerte gassen kunnen worden verkregen aan de uitgang van de laag. Als het doel is om de omzetting van brandstofwarmte in fysieke warmte van gassen te maximaliseren, dan moet het proces worden uitgevoerd in een dunne laag brandstof met een overmaat aan oxidatiemiddel. Als het de taak is om brandbare gassen te verkrijgen (vergassing), dan wordt het proces uitgevoerd met een laag ontwikkeld langs de hoogte met een gebrek aan een oxidatiemiddel.

De verbranding van brandstof in de keteloven komt overeen met het eerste geval. En de verbranding van vaste brandstof is georganiseerd in een dunne laag, wat zorgt voor een maximaal verloop van oxidatieve reacties. Aangezien de dikte van de zuurstofzone afhangt van de grootte van de brandstof, moet de laag dikker zijn naarmate de stukken groter zijn. Dus bij het verbranden van bruine en zwarte kolen (tot 20 mm groot) in een laag fijnstof wordt de laagdikte op ongeveer 50 mm gehouden. Bij dezelfde kolen, maar in stukken groter dan 30 mm, wordt de laagdikte vergroot tot 200 mm. De benodigde dikte van de brandstoflaag is ook afhankelijk van het vochtgehalte. Hoe hoger het vochtgehalte van de brandstof, hoe groter de hoeveelheid verbrandingsmassa in de laag dient te zijn om een ​​stabiele ontsteking en verbranding van een vers deel van de brandstof te verzekeren.

Hallo! Afhankelijk van de omstandigheden van het verbrandingsproces kan een groter of kleiner deel van de uitgangsmaterialen in de reactie terechtkomen. Om de chemische energie van de brandstof volledig te benutten, is het noodzakelijk om de verbrandingsreactie van de brandstof bijna tot een einde te brengen. Onder omstandigheden van industriële verbranding van brandstof wordt het evenwicht van verbrandingsreacties zelden bereikt vanwege de korte tijd die de verbrandingsreacties nodig hebben.

Het proces van het verbranden van vloeibare en vaste brandstoffen in de verbrandingstheorie wordt heterogene verbranding genoemd, omdat het verloopt in een inhomogeen (heterogeen) systeem. Als een mengsel van gassen brandt, wordt de verbranding homogeen genoemd.

Bij het verbranden van vloeibare brandstof in de verbrandingskamer verdampt de brandstof van het oppervlak van de druppeltjes. Vanwege de hoge temperatuur in de oven ondergaan de resulterende brandstofdampen thermische ontleding en branden ze snel op aan het oppervlak van de deeltjes. Onder deze omstandigheden wordt de snelheid van het verbrandingsproces bepaald door de intensiteit van de verdamping van de brandstof. Om het totale oppervlak van druppeltjes te vergroten, wordt vloeibare brandstof, wanneer deze in de verbrandingskamer wordt gevoerd, onderworpen aan fijne verneveling met behulp van sproeiers (het oppervlak neemt in dit geval enkele duizenden keren toe). De zware fracties die niet uit de druppel zijn verdampt, worden onderworpen aan thermische ontleding (kraken), waardoor gedispergeerde koolstof wordt gevormd, die een gloed aan de vlam geeft.

Het verbrandingsproces van vaste brandstof kan in twee fasen worden verdeeld. Na verdamping van vocht uit de brandstof ontstaat de verbranding van vluchtige stoffen, die vrijkomen als gevolg van thermische ontleding van de brandstof. Dan begint het verbranden van het vaste residu (cokes). Wanneer de brandstof zeer snel wordt verwarmd, worden beide fasen over elkaar heen gelegd, aangezien een deel van de vluchtige stoffen samen met de koolstof van de cokes verbrandt.

De cokes wordt gedeeltelijk vergast en de resulterende gasvormige producten, voornamelijk bestaande uit koolmonoxide CO, worden verbrand in de ovenruimte. Verbranding van een vast brandstofdeeltje vindt niet alleen plaats vanaf het oppervlak, maar ook in volume door de penetratie van zuurstof in de poriën. Hierbij wordt op het oppervlak van het deeltje een (laminaire) grenslaag van gas gevormd, waarbij het zuurstofgehalte afneemt en het gehalte aan vergassings- en verbrandingsproducten (CO en CO2) toeneemt. Deze grenslaag van gas verhindert de toevoer van zuurstof en de snelheid van de verbrandingsreactie zal afhangen van de diffusiesnelheid van het oxidatiemiddel door de grenslaag. Om de intensiteit van de verbranding te vergroten, wordt de snelheid van de oxidator (lucht) ten opzichte van het oppervlak van de brandstofdeeltjes verhoogd, waardoor de dikte van de grenslaag afneemt.

Minerale onzuiverheden (asgehalte) hebben ook een aanzienlijke invloed op het proces van brandstofverbranding. Terwijl de koolstof opbrandt, vormt zich een laag as op het oppervlak van de brandstofdeeltjes. Bij een lage asverwekingstemperatuur en een hoog asgehalte omhult (slakt) deze laag de brandstofdeeltjes en verslechtert het verbrandingsproces. Om asophoping tijdens gelaagde verbranding van brandstof te verwijderen, wordt villen uitgevoerd, dat wil zeggen het losmaken van de brandstoflaag.

In krachtige moderne ketels wordt vaste brandstof in suspensie verbrand. Stukken brandstof worden voorgemalen in speciale molens, waardoor hun specifieke oppervlak honderden malen groter wordt. Een mengsel van brandstofstof en lucht wordt in de verbrandingskamer geleid, waar de brandstof ontbrandt en verbrandt in de gas-luchtstroom. Brandstofverbranding verloopt ook in twee fasen, maar de verbrandingstijd van een brandstofdeeltje wordt in dit geval aanzienlijk verkort. Deze verbrandingsmethode maakt het mogelijk het verbrandingsproces te intensiveren en alle productieactiviteiten volledig te mechaniseren. Gebruiken Literatuur: 1) Khzmalyan D.M., Kagan Ya.A. Theorie van verbrandings- en ovenapparaten, Moskou, Energia, 1976; 2) Warmtetechniek, Bondarev V.A., Protsky A.E., Grinkevich R.N. Minsk, red. 2e, "Hogere school", 1976.

Taak…………………………………………………………………………..3

Inleiding……………………………………………………………………...4

Theoretisch gedeelte

1. Kenmerken van de verbranding van vaste brandstoffen ……………………..... 6

2. Verbranding van brandstof in kamerovens ….………………………….9

3. Plaats en rol van vaste brandstof in de energiesector van Rusland …………..12

4. Vermindering van de uitstoot van asdeeltjes uit ketelovens door constructieve en technologische methoden……………………………………………………14

5. Asopvang en soorten asopvangers…………………….…….15

6. Cycloon (inertiële) asverzamelaars…..……………………..16

schikkingsdeel

1. Initiële gegevens…………………………………………………….18

2. Berekening van de elementaire samenstelling van de werkbrandstof………………..19
3. Berekening van de massa's en volumes van verbrandingsproducten van brandstof tijdens verbranding in ketelhuizen ……………………………………………………………………..19

4. Bepalen van de hoogte van de leiding H………………………….…………20

5. Berekening van de verspreiding en normen voor maximaal toelaatbare emissies van schadelijke stoffen naar de atmosfeer………………………………………….…20

6. Bepaling van de benodigde zuiveringsgraad…………………….… 21

Reden voor het kiezen van een cycloon………………………………………………..22

Toegepaste apparaten…………………………………………. ……23

Conclusie…………………………………………………………………….24

Lijst met gebruikte literatuur……………………………………...26

Oefening

1. Bepaal volgens de gegeven ontwerpkenmerken van vaste brandstoffen de elementaire samenstelling van de werkende brandstof.

2. Bereken met behulp van de resultaten van paragraaf 1 en de initiële gegevens de emissies en volumes van verbrandingsproducten van fijnstof A, zwaveloxiden SO x , koolmonoxide CO, stikstofoxiden NO x , het debiet van gassen die de schoorsteen binnenkomen onder bedrijfsomstandigheden van de ketelinstallatie.

3. Bepaal op basis van de resultaten van paragraaf 2 en de initiële gegevens de diameter van de opening van de schoorsteen. Bepaal de hoogte van de buis H.

4. Bepaal de meest verwachte concentratie C m (mg/m 3) van schadelijke stoffen: koolmonoxide CO, zwaveldioxide SO 2, stikstofoxiden NO x, stof, (as) in de oppervlaktelaag van de atmosfeer onder ongunstige verspreidingsomstandigheden.

5. Vergelijk het werkelijke gehalte aan schadelijke stoffen in de atmosferische lucht, rekening houdend met de achtergrondconcentratie (C m + C f) met sanitaire en hygiënische normen (MPC), als MPC CO \u003d 5 mg / m 3, MPC NO 2 \u003d 0,085, MPC SO 2 \u003d 0,5 mg/m 3 , MPC stof = 0,5 mg/m 3 .

7. Bepaal de vereiste zuiveringsgraad en geef aanbevelingen voor emissiereductie als de werkelijke emissie M van een stof de berekende norm (MAL) overschrijdt.

8. Ontwikkelen en rechtvaardigen van de methoden en apparaten die worden gebruikt voor de behandeling van gevaarlijke afvalstoffen.

Theoretisch gedeelte

Invoering

Industriële productie en andere vormen van menselijke economische activiteit gaan gepaard met het vrijkomen van verontreinigende stoffen in het milieu.

Aanzienlijke schade aan het milieu wordt veroorzaakt door ketelinstallaties die de verbranding van vaste, vloeibare en gasvormige brandstoffen gebruiken bij het verwarmen van water voor verwarmingssystemen.

De belangrijkste bron van de negatieve impact van de energiesector zijn de producten die ontstaan ​​bij de verbranding van fossiele brandstoffen.

De werkmassa van organische brandstof bestaat uit koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof, zwavel, vocht en as. Als gevolg van de volledige verbranding van brandstoffen worden kooldioxide, waterdamp, zwaveloxiden (zwaveldioxide, zwavelzuuranhydride en as) gevormd. Zwaveloxiden en as behoren tot de giftige. In de kern van de toorts van krachtige ovenketels vindt gedeeltelijke oxidatie van stikstof in de brandstoflucht plaats met de vorming van stikstofoxiden (stikstofoxide en stikstofdioxide).

Bij onvolledige verbranding van brandstof in ovens kunnen ook koolmonoxide CO 2, koolwaterstoffen CH 4, C 2 H 6 en kankerverwekkende stoffen worden gevormd. De producten van onvolledige verbranding zijn zeer schadelijk, maar met moderne verbrandingstechnologie kan hun vorming worden geëlimineerd of geminimaliseerd.

Brandbare schalie en bruinkool, evenals sommige soorten steenkool, hebben het hoogste asgehalte. Vloeibare brandstof heeft een laag asgehalte; aardgas is een asloze brandstof.

Giftige stoffen die door de schoorstenen van energiecentrales in de atmosfeer worden uitgestoten, hebben een schadelijk effect op het hele complex van dieren in het wild en de biosfeer.

Een alomvattende oplossing voor het probleem van de bescherming van het milieu tegen de effecten van schadelijke emissies van brandstofverbranding in keteleenheden omvat:

· Ontwikkeling en implementatie van technologische processen die de uitstoot van schadelijke stoffen verminderen door volledige verbranding van brandstoffen, enz.;

· Implementatie van effectieve methoden en manieren van zuivering van afvalgassen.

De meest effectieve manier om milieuproblemen in de huidige fase op te lossen, is het creëren van technologieën die bijna geen afval bevatten. Tegelijkertijd wordt het probleem van rationeel gebruik van natuurlijke hulpbronnen, zowel materiaal als energie, opgelost.

Kenmerken van verbranding van vaste brandstof

De verbranding van vaste brandstof omvat twee perioden: thermische voorbereiding en daadwerkelijke verbranding. Tijdens het thermische bereidingsproces wordt de brandstof verwarmd, gedroogd en bij een temperatuur van ongeveer 110 begint de pyrogenetische ontleding van de componenten ervan met het vrijkomen van gasvormige vluchtige stoffen. De duur van deze periode hangt voornamelijk af van het vochtgehalte van de brandstof, de grootte van de deeltjes en de omstandigheden van warmte-uitwisseling tussen het omringende verbrandingsmedium en brandstofdeeltjes. Het verloop van processen tijdens de periode van thermische voorbereiding houdt verband met de absorptie van warmte, voornamelijk voor verwarming, het drogen van de brandstof en thermische ontleding van complexe moleculaire verbindingen.

De verbranding zelf begint met de ontsteking van vluchtige stoffen bij een temperatuur van 400-600, en de warmte die vrijkomt bij de verbranding zorgt voor een versnelde verwarming en ontsteking van het cokesresidu.

De verbranding van cokes begint bij een temperatuur van ongeveer 1000 en is het langste proces.

Dit wordt bepaald door het feit dat een deel van de zuurstof in de zone nabij het oppervlak van het deeltje wordt opgebruikt voor de verbranding van brandbare vluchtige stoffen en de resterende concentratie ervan is afgenomen, bovendien zijn heterogene reacties altijd inferieur in snelheid dan homogene reacties voor stoffen die homogeen zijn in chemische activiteit.

Hierdoor wordt de totale brandtijd van een vast deeltje voornamelijk bepaald door de verbranding van het cokesresidu (ongeveer 2/3 van de totale brandtijd). Voor jonge brandstoffen met een hoog rendement aan vluchtige stoffen is het cokesresidu minder dan de helft van de aanvankelijke massa van het deeltje; daarom vindt hun verbranding (met gelijke begingroottes) vrij snel plaats en is de kans op onderverbranding kleiner. Oude soorten vaste brandstoffen hebben een groot cokesresidu dicht bij de oorspronkelijke deeltjesgrootte, waarvan de verbranding de hele tijd in beslag neemt dat het deeltje in de verbrandingskamer blijft. De verbrandingstijd van een deeltje met een initiële grootte van 1 mm is van 1 tot 2,5 s, afhankelijk van het type initiële brandstof.

Het cokesresidu van de meeste vaste brandstoffen bestaat voornamelijk, en voor een aantal vaste brandstoffen, bijna volledig uit koolstof (van 60 tot 97% van de organische massa van de brandstof). Aangezien koolstof zorgt voor de belangrijkste warmteafgifte tijdens de verbranding van brandstof, laten we eens kijken naar de dynamiek van de verbranding van een koolstofdeeltje vanaf het oppervlak. Zuurstof wordt vanuit de omgeving aan het koolstofdeeltje toegevoerd door turbulente diffusie (turbulente massaoverdracht), die een vrij hoge intensiteit heeft, maar een dunne gaslaag (grenslaag) blijft direct aan het oppervlak van het deeltje, de overdracht van de oxidator waardoor wordt uitgevoerd volgens de wetten van moleculaire diffusie.

Deze laag remt de toevoer van zuurstof naar het oppervlak aanzienlijk. Daarin vindt de verbranding plaats van brandbare gascomponenten die vrijkomen van het koolstofoppervlak tijdens een chemische reactie.

Wijs diffusie, kinetische en tussenliggende verbrandingsgebieden toe. In het tussenliggende en vooral in het diffusiegebied is intensivering van de verbranding mogelijk door de toevoer van zuurstof te vergroten, door het blazen van de brandende brandstofdeeltjes te activeren met een oxidatiemiddelstroom. Bij hoge stroomsnelheden nemen de dikte en weerstand van de laminaire laag nabij het oppervlak af en neemt de toevoer van zuurstof toe. Hoe hoger deze snelheid, hoe intenser de vermenging van brandstof met zuurstof en hoe hoger de temperatuur, de overgang van de kinetische naar de tussenliggende zone en van de tussenliggende naar de diffusiezone van de verbranding.

Een soortgelijk effect in termen van verbrandingsintensivering wordt bereikt door de deeltjesgrootte van verpulverde brandstof te verkleinen. Kleine deeltjes hebben een meer ontwikkelde warmte- en massa-uitwisseling met de omgeving. Dus met een afname van de deeltjesgrootte van verpulverde brandstof, breidt het gebied van kinetische verbranding zich uit. Een temperatuurstijging leidt tot een verschuiving naar het gebied van diffusieverbranding.

Het gebied van zuivere diffusieverbranding van poedervormige brandstof wordt voornamelijk beperkt door de vlamkern, die de hoogste verbrandingstemperatuur heeft, en de naverbrandingszone, waar de concentraties van reactanten al laag zijn en hun interactie wordt bepaald door de wetten van diffusie. De ontsteking van elke brandstof begint bij relatief lage temperaturen, onder omstandigheden van voldoende zuurstof, d.w.z. in het kinetische gebied.

In het kinetische verbrandingsgebied wordt de beslissende rol gespeeld door de snelheid van een chemische reactie, die afhankelijk is van factoren zoals de reactiviteit van de brandstof en het temperatuurniveau. De invloed van aerodynamische factoren in dit verbrandingsgebied is onbeduidend.

Organische brandstoffen (gasvormig, vloeibaar en vast) worden veel gebruikt in verschillende soorten thermische installaties: in de ovens van stoom- en heetwaterketels, waaronder stoomturbinecentrales, in industriële ovens en in de landbouw, in de verbrandingskamers van gasturbines en luchtstraalmotoren, in cilinders van zuigermotoren met inwendige verbranding, in de verbrandingskamers van magnetogasdynamische elektrische generatoren, enz.

Brandstof in alle warmtetechnische installaties wordt verbrand om warmte te verkrijgen als gevolg van exotherme chemische reacties en om gloeiende producten van volledige verbranding (rookgassen) of vergassingsproducten te verkrijgen.

In de ovens van stoomketels, in industriële ovens (behalve schachtovens), in verbrandingsmotoren, in de verbrandingskamers van gasturbines, wordt de verbranding met de grootste volledigheid uitgevoerd, waarbij producten van volledige verbranding worden verkregen.

In gasgeneratoren worden vergassingsprocessen uitgevoerd, waarbij zuurstof, lucht, waterdamp en kooldioxide als oxidatiemiddelen worden gebruikt. De reacties die in dergelijke apparaten plaatsvinden, zijn vergelijkbaar met verbrandingsreacties, maar produceren daardoor brandbare gasvormige vergassingsproducten.

Er is ook een tweetrapsverbranding van brandstof: 1 - eerst wordt de brandstof vergast; 2 - dan (in hetzelfde apparaat) zijn de vergassingsproducten volledig uitgebrand.

De omstandigheden voor brandstofverbranding in verschillende warmtetechnische apparaten en hun voorbereiding voor verbranding zijn verschillend, net zoals de brandstoffen zelf verschillend zijn. In de ovens van stoom- en heetwaterketels en in industriële ovens verbrandt brandstof bijvoorbeeld bij atmosferische druk, terwijl in de verbrandingskamers van gasturbines en in de cilinders van verbrandingsmotoren brandstof verbrandt bij een druk die vele malen hoger is dan de atmosferische druk. druk. Ondanks bovenstaande verschillen zijn er veel overeenkomsten in de verbrandingsprocessen van verschillende soorten brandstof. Hieronder wordt beknopte informatie gegeven over verbrandingsprocessen en brandstofapparaten.

2. Verbrandings- en vergassingsreacties

Verbrandingsprocessen zijn verdeeld in homogeen, optredend in het volume wanneer de brandstof en het oxidatiemiddel zich in dezelfde fase bevinden (bijvoorbeeld de verbranding van waterstof in een mengsel met lucht), en heterogeen, voorkomend op het oppervlak van vaste koolstof (bijvoorbeeld , de verbranding van cokes in een luchtstroom). Bij deze verbrandingsreacties is het oxidatiemiddel droge lucht, bestaande uit ongeveer 21% zuurstof en 79% stikstof per volume, en daarom bevatten de verbrandingsproducten ballast - stikstof, waardoor ze worden verdund. Wanneer zuivere zuurstof als oxidatiemiddel wordt gebruikt, zal er geen ballast zijn.

3. Homogene verbranding. Kinetiek van chemische reacties

In alle warmtetechnische installaties streven ze ernaar om verbrandingsprocessen met de hoogste snelheid uit te voeren, omdat je hiermee kleine machines en apparaten kunt maken en de hoogste productiviteit erin kunt krijgen. De verbrandingsprocessen in bestaande installaties verlopen met hoge snelheid waarbij bij de verbranding van brandstof en bij hoge temperaturen veel warmte vrijkomt. Voor een beter begrip van de invloed van verschillende factoren op de verbrandingssnelheid worden hieronder elementen van de kinetiek van chemische reacties beschouwd.

De snelheid van een chemische reactie hangt af van de concentratie van reactanten, temperatuur en druk. Dit wordt verklaard door het feit dat gasmoleculen, die met hoge snelheid in verschillende richtingen bewegen, met elkaar in botsing komen. Hoe vaker ze botsen, hoe sneller de reactie verloopt. De frequentie van botsingen van moleculen hangt af van hun aantal per volume-eenheid, d.w.z. van de concentratie en bovendien van de temperatuur. De concentratie wordt opgevat als de massa van een stof per volume-eenheid en wordt gemeten in kg / m3, en vaker - het aantal kilomol per 1 m3.

4. Eigenaardigheden van de verbranding van gasvormige brandstof

Het verbrandingsproces van gasvormige brandstof is homogeen, d.w.z. zowel de brandstof als het oxidatiemiddel bevinden zich in dezelfde aggregatietoestand en er is geen fasegrens. Om de verbranding te laten beginnen, moet het gas in contact zijn met een oxidatiemiddel. In aanwezigheid van een oxidatiemiddel moeten bepaalde voorwaarden worden gecreëerd om de verbranding te starten. Ook bij relatief lage temperaturen is oxidatie van brandbare componenten mogelijk. Onder deze omstandigheden zijn de snelheden van chemische reacties onbeduidend. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de snelheid van reacties toe.

Bij het bereiken van een bepaalde temperatuur ontsteekt het gas-luchtmengsel, nemen de reactiesnelheden sterk toe en wordt de hoeveelheid warmte voldoende om de verbranding spontaan in stand te houden. De minimumtemperatuur waarbij een mengsel ontbrandt, wordt de ontstekingstemperatuur genoemd. De waarde van deze temperatuur voor verschillende gassen is niet hetzelfde en hangt af van de thermofysische eigenschappen van brandbare gassen, het brandstofgehalte in het mengsel, ontstekingsomstandigheden, warmteafvoercondities in elk specifiek apparaat, enz. Bijvoorbeeld de ontstekingstemperatuur van waterstof ligt in het bereik van 820-870 K en oxideert koolstof en methaan - respectievelijk 870-930 K en 10201070 K.

Brandbaar gas gemengd met een oxidatiemiddel brandt in een fakkel. Een fakkel is een bepaald volume bewegende gassen waarin verbrandingsprocessen plaatsvinden. In overeenstemming met de algemene bepalingen van de verbrandingstheorie worden twee fundamenteel verschillende methoden van gasverbranding in een toorts onderscheiden - kinetisch en diffusie. Kinetische verbranding wordt gekenmerkt door voorafgaande (vóór verbranding) vermenging van het gas met de oxidator. Het gas en het oxidatiemiddel worden eerst in de menginrichting van de brander gevoerd. De verbranding van het mengsel wordt buiten de mixer uitgevoerd. In dit geval wordt de snelheid van het proces beperkt door de snelheid van chemische verbrandingsreacties en
hor, chem.

Diffusieverbranding vindt plaats tijdens het mengen van brandbaar gas met lucht. Het gas komt gescheiden van de lucht het werkvolume binnen. De snelheid van het proces wordt in dit geval beperkt door de snelheid van het mengen van gas met lucht en "heet"

Een verscheidenheid aan diffusieverbranding is gemengde (diffusiekinetische) verbranding. Het gas wordt vooraf gemengd met een (niet genoeg voor volledige verbranding) hoeveelheid lucht. Deze lucht wordt primair genoemd. Het resulterende mengsel wordt in het werkvolume gevoerd. De rest van de lucht (secundaire lucht) komt daar afzonderlijk van binnen.

In de ovens van keteleenheden worden vaker kinetische en gemengde principes van brandstofverbranding gebruikt. De diffusiemethode wordt meestal gebruikt in technologische industriële ovens.

De opbouw en lengte van de toorts is, onder gelijke omstandigheden, afhankelijk van het stromingsregime. Er zijn laminaire en turbulente gastoortsen. Een laminaire vlam wordt gevormd bij lage mengselstroomsnelheden (Re 3000 vlam is al turbulent nabij de branderuitlaat.

Gasverbranding vindt plaats in een smalle zone die het verbrandingsfront wordt genoemd. Het gas, vooraf gemengd met de oxidator, verbrandt in het verbrandingsfront, dat het kinetische front wordt genoemd. Dit front is het grensvlak tussen het verse gas-luchtmengsel en de verbrandingsproducten. Het oppervlak van het kinetische verbrandingsfront wordt bepaald door de snelheid van chemische reacties.

Bij diffusieverbranding van gas wordt een diffusieverbrandingsfront gevormd, dat het grensvlak is tussen de verbrandingsproducten en het mengsel van gas met verbrandingsproducten die naar de gasstroom diffunderen. Het oppervlak van dit front wordt bepaald door de mengsnelheid van het gas met de oxidator.

Diffusie-kinetische verbranding van gas wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van twee fronten. Bij kinetische verbranding wordt de in een mengsel met gas aangevoerde oxidator verbruikt; tijdens diffusie verbrandt dat deel van het gas dat bij kinetische verbranding niet brandde door gebrek aan oxidator.

Op afb. 1 toont de opbouw van brandende fakkels voor verschillende methoden van verbranding van brandbaar gas en een diagram van het verbrandingsfront.

Rijst. een. : kinetisch (a), gemengd (b) en diffusie (c), evenals een diagram van het verbrandingsfront

Het binnenkomende verse gas-luchtmengsel wordt verwarmd door warmteoverdracht door geleiding en straling van het verbrandingsfront. Het tot de ontstekingstemperatuur verwarmde mengsel verbrandt in het verbrandingsfront en de verbrandingsproducten verlaten deze zone en diffunderen gedeeltelijk in het binnenkomende mengsel. De positie van het verbrandingsfront boven de branderuitgang hangt af van de fysieke aard van het brandbare gas, de concentratie in het mengsel, de stroomsnelheid en andere factoren. Het verbrandingsfront kan in de richting loodrecht op zijn oppervlak bewegen totdat gelijkheid is vastgesteld tussen de hoeveelheden verbrand en binnenkomend mengsel per eenheid vooroppervlak. In dit geval is ook het thermisch evenwicht bereikt: de warmtestroom van het verbrandingsfront wordt gecompenseerd door de tegenstroom van het overgedragen koude brongas.

Het belangrijkste kenmerk van de verbranding van gasvormige brandstof is de snelheid van normale vlamvoortplanting, de snelheid waarmee het verbrandingsfront langs de normaal naar zijn oppervlak beweegt in de richting van het naderende gas-luchtmengsel. Indien en gelijk zijn aan de projectie van de stroomsnelheidsvector op de normaal op het voorvlak, zal dit front stationair zijn ten opzichte van de branderuitgang. De belangrijkste factoren waarvan de snelheid van normale vlamvoortplanting afhangt, zijn de reactiviteit van het gas, de concentratie in het mengsel en de voorverwarmtemperatuur van het mengsel.

De reactiviteit van een gas wordt bepaald door de waarde van de activeringsenergie. Het is duidelijk dat gassen met een lage activeringsenergie sneller reageren met een oxidatiemiddel, en deze gassen worden gekenmerkt door hoge vlamvoortplantingssnelheden (waterstof, acetyleen). De hoeveelheid warmte die vrijkomt bij de verbranding en de temperatuur in het verbrandingsfront zijn afhankelijk van de concentratie van het gas en het mengsel. De initiële verwarming van het mengsel verhoogt de temperatuur aan de voorkant. Als de uitstroomsnelheid van het mengsel aanzienlijk hoger is dan de vlamvoortplantingssnelheid, kan de toorts worden losgekoppeld. Als de uitlaatsnelheden aanzienlijk lager zijn dan de vlamvoortplantingssnelheden, is er een terugtrekking (doorschieten) van de vlam in de brander.

5. Onderste en bovenste explosiegrenzen van brandbare gassen

Een ander belangrijk kenmerk van de verbranding van gas-luchtmengsels is de aanwezigheid van concentratiegrenzen. Brandbare gassen kunnen ontbranden of exploderen als ze in bepaalde (voor elk gas) verhoudingen worden gemengd met lucht en worden verwarmd tot ten minste hun ontstekingstemperatuur. Ontsteking en verdere zelfontbranding van het gas-luchtmengsel bij bepaalde verhoudingen van gas en lucht is mogelijk in aanwezigheid van een vuurbron (zelfs een vonk).

Er zijn onder- en bovengrenzen voor explosiviteit (ontvlambaarheid) - het minimale en maximale percentage gas in het mengsel waarbij het kan ontbranden en exploderen.

De ondergrens komt overeen met de minimale en de bovenste - met de maximale hoeveelheid gas in het mengsel, waarbij ze ontbranden (tijdens ontsteking) en spontane (zonder warmte-instroom van buitenaf) vlamvoortplanting (zelfontbranding). Dezelfde limieten komen overeen met de explosiviteitsvoorwaarden van gas-luchtmengsels.

De onderste explosiegrens komt overeen met de minimale concentratie brandstofdamp in een mengsel met lucht, waarbij bij het opsteken van een vlam een ​​explosie optreedt. De bovenste explosiegrens komt overeen met de maximale concentratie van brandstofdamp in een mengsel met lucht, waarboven een uitbraak niet meer optreedt door een gebrek aan zuurstof in de lucht. Hoe groter het bereik van ontvlambaarheidsgrenzen (ook wel explosiegrenzen genoemd) en hoe lager de ondergrens, hoe explosiever het gas. De meeste koolwaterstoffen hebben lage explosiegrenzen. Voor CH4-methaan zijn de onderste en bovenste explosiegrenzen respectievelijk 5% en 15% per volume.

Een aantal gassen hebben de breedste explosiegrenzen (ontvlambaarheid): waterstof (4,0 - 75%), acetyleen (2,0 - 81%) en koolmonoxide (12,5 - 75%). Het volumetrische gehalte aan brandbaar gas in het gas-luchtmengsel, waaronder de vlam zich in dit mengsel niet spontaan kan verspreiden wanneer er een hoge temperatuurbron in wordt gebracht, wordt de onderste concentratiegrens van ontsteking (vlamvoortplanting) of de onderste explosiegrens genoemd. van dit gas. Een mengsel van gas en lucht is dus alleen explosief als het gehalte aan brandbaar gas erin tussen de onderste en bovenste explosiegrens ligt.

Het bestaan ​​van ontvlambaarheids- (explosie)grenzen wordt veroorzaakt door warmteverliezen tijdens verbranding. Wanneer het brandbare mengsel wordt verdund met lucht, zuurstof of gas, nemen de warmteverliezen toe, neemt de voortplantingssnelheid van de vlam af en stopt de verbranding nadat de ontstekingsbron is verwijderd.

Met een toename van de temperatuur van het mengsel, breiden de ontvlambaarheidsgrenzen uit en bij een temperatuur die de zelfontbrandingstemperatuur overschrijdt, verbranden mengsels van gas met lucht of zuurstof bij elke volumeverhouding.

De ontvlambaarheids- (explosieve) limieten hangen niet alleen af ​​van de soorten brandbare gassen, maar ook van de omstandigheden van de experimenten (vatcapaciteit, warmteafgifte van de ontstekingsbron, mengseltemperatuur, vlamvoortplanting omhoog, omlaag, horizontaal, enz.). Dit verklaart de enigszins verschillende waarden van deze limieten in verschillende literaire bronnen. Wanneer de vlam zich van boven naar beneden of horizontaal verspreidt, nemen de ondergrenzen iets toe en de bovengrenzen af.

De berekende overdruk tijdens de explosie van dergelijke mengsels is als volgt: aardgas - 0,75 MPa, propaan en butaan - 0,86 MPa, waterstof - 0,74 MPa, acetyleen - 1,03 MPa. In reële omstandigheden bereikt de explosietemperatuur niet de maximale waarden en zijn de resulterende drukken lager dan aangegeven, maar ze zijn voldoende om niet alleen de bekleding van ketels, gebouwen, maar ook metalen containers te vernietigen als er een explosie optreedt in hen.

De belangrijkste reden voor de vorming van explosieve gas-luchtmengsels is het lekken van gas uit gastoevoersystemen en zijn afzonderlijke elementen (lekkende sluiting van fittingen, slijtage van stopbusafdichtingen, gescheurde naden van gaspijpleidingen, lekkage van schroefdraadverbindingen, enz. ), evenals onvolmaakte ventilatie van kamers, ovens en gaskanalen, ketels en ovens, kelders en verschillende ondergrondse waterputten. De taak van het bedienend personeel van gassystemen en -installaties is het tijdig opsporen en verhelpen van gaslekken en het strikt uitvoeren van productie-instructies voor het gebruik van gasvormige brandstof, alsmede het onvoorwaardelijk hoogwaardig uitvoeren van geplande preventieve inspectie en reparatie van gastoevoersystemen en gasapparatuur.

6. Kenmerken van verbranding van vloeibare brandstof:

De belangrijkste vloeibare brandstof die momenteel wordt gebruikt, is stookolie. In installaties met een kleine capaciteit wordt ook stookolie gebruikt, een mengsel van technische kerosine met harsen. De methode van verbranding van vloeibare brandstof in verstoven toestand heeft de grootste praktische toepassing. Verneveling van de brandstof maakt het mogelijk om de verbranding aanzienlijk te versnellen en hoge thermische spanningen in de volumes van de verbrandingskamers te verkrijgen als gevolg van een toename van het contactoppervlak tussen de brandstof en de oxidator.

Het kookpunt van vloeibare brandstoffen is altijd lager dan hun zelfontbrandingstemperatuur, d.w.z. de minimumtemperatuur van de omgeving, waarbij de brandstof ontbrandt en vervolgens verbrandt zonder een externe warmtebron. Deze temperatuur is hoger dan de ontstekingstemperatuur, waarbij de brandstof alleen verbrandt in aanwezigheid van een externe ontstekingsbron (vonk, hete spoel, etc.). Hierdoor is de verbranding van vloeibare brandstoffen in aanwezigheid van een oxidatiemiddel alleen in dampvorm mogelijk. Deze omstandigheid is de belangrijkste om het mechanisme van het verbrandingsproces van vloeibare brandstof te begrijpen.

Het proces van het verbranden van vloeibare brandstof omvat de volgende fasen: 1 - verneveling (sproeien) met behulp van sproeiers; 2 - verdamping en thermische ontleding van brandstof; 3 - het mengen van de resulterende producten met lucht; 4 - mengselontsteking; 5 - werkelijke verbranding.

Het doel van verneveling is om het contactoppervlak van de vloeistof met lucht en gassen te vergroten. In dit geval neemt het oppervlak enkele duizenden keren toe. Door de sterke straling van de brandende fakkel verdampen de druppeltjes zeer snel en ondergaan ze thermische ontleding (kraken).

Een druppel vloeibare brandstof die in een verwarmd volume is gevallen, waarvan de temperatuur hoger is dan de zelfontbrandingstemperatuur, begint gedeeltelijk te verdampen. Brandstofdampen worden vermengd met lucht en er ontstaat een damp-luchtmengsel. Ontsteking vindt plaats op het moment dat de concentratie van dampen in het mengsel een waarde bereikt die de waarde bij de onderste concentratiegrens van ontsteking overschrijdt. De verbranding wordt dan spontaan in stand gehouden door de warmte die wordt ontvangen door de druppel van de verbranding van het brandbare mengsel. Vanaf het moment van ontsteking neemt de snelheid van het verdampingsproces toe, omdat de verbrandingstemperatuur van het brandbare damp-luchtmengsel aanzienlijk hoger is dan de begintemperatuur van het volume waar de vernevelde brandstof wordt ingebracht.

De verbranding van vloeibare brandstof wordt dus gekenmerkt door twee onderling samenhangende processen: de verdamping van brandstof door het vrijkomen van warmte uit het brandende damp-luchtmengsel en de feitelijke verbranding van dit mengsel nabij het oppervlak van de druppel. Homogene verbranding van een damp-luchtmengsel is een chemisch proces, terwijl het verdampingsproces fysiek van aard is. De resulterende snelheid en brandtijd van vloeibare brandstof wordt bepaald door de intensiteit van het fysische of chemische proces.

Bij het verbranden van vloeibare brandstof bestaat de toorts uit drie fasen: 1 - vloeistof; 2 - vast (gedispergeerde koolstof uit de ontleding van vloeibare koolwaterstoffen); 3 - gasvormig.

De verbrandingssnelheid, zoals bij de verbranding van brandbare gassen, hangt af van de omstandigheden van mengselvorming, de mate van voorafgaande beluchting, de mate van toortsturbulentie, de temperatuur van de verbrandingskamer en de voorwaarden voor de ontwikkeling van de toorts. Hoogmoleculaire koolwaterstofgassen, die bij hoge temperaturen uiteenvallen in eenvoudige verbindingen, stoten zwarte koolstof uit, waarvan de deeltjesgrootte erg klein is (~ 0,3 micron). Deze deeltjes zorgen bij verhitting voor de gloed van de vlam. Het is mogelijk om de helderheid van zware koolwaterstofvlammen te verminderen. Hiervoor moet een gedeeltelijke voormenging worden uitgevoerd, d.w.z. er moet een bepaalde hoeveelheid lucht aan het mondstuk worden toegevoerd. Zuurstof verandert de aard van de ontbinding van organische moleculen: koolstof komt niet in vaste vorm vrij, maar in de vorm van koolmonoxide, brandend met een blauwachtige transparante vlam.

Als de verbrandingssnelheid van de resulterende dampen de verdampingssnelheid van de brandstof aanzienlijk overschrijdt, wordt de verdampingssnelheid genomen als de verbrandingssnelheid, en dan wordt τburn = τphysical + τchem.

Anders, wanneer de snelheid van chemische interactie van dampen met een oxidatiemiddel veel lager is dan de snelheid van brandstofverdamping, zal de intensiteit van het verbrandingsproces volledig afhangen van de snelheid van chemische verbrandingsreacties van het damp-luchtmengsel en de druppelverdamping is de langste fase van de verbranding van vloeibare brandstof. Daarom is het voor een succesvolle en economische verbranding van vloeibare brandstof noodzakelijk om de verspreiding van de spray te vergroten.

7. Verbranding van vaste brandstof (heterogene verbranding)

Voor de verbranding van brandstof is een grote hoeveelheid lucht nodig, die meerdere malen groter is dan de hoeveelheid brandstof in gewicht. Wanneer de brandstoflaag met lucht wordt geblazen, kan de kracht van de aërodynamische druk van de stroom P kleiner zijn dan het gewicht van een stuk brandstof G of juist meer. In ovens met een "wervelbed" wordt "koken" geassocieerd met de scheiding van brandstofdeeltjes, waardoor het volume van de laag 1,5-2,5 keer toeneemt. De beweging van brandstofdeeltjes (meestal zijn ze van 2 tot 12 mm) is vergelijkbaar met de beweging van een kokende vloeistof, daarom wordt zo'n laag "kokend" genoemd.

In ovens met een "gefluïdiseerd" bed circuleert de gas-luchtstroom niet in de laagzone, maar blaast deze direct door de laag. De luchtstroom die de laag binnendringt, ondervindt een niet-uniforme vertraging, waardoor een complex snelheidsveld ontstaat waarin deeltjes hun windrichting voortdurend veranderen, afhankelijk van hun positie in de stroom. In dit geval krijgen de deeltjes een roterende pulserende beweging, die de indruk wekt van een kokende vloeistof.

Het verbrandingsproces van vaste brandstof kan voorwaardelijk worden onderverdeeld in fasen die elkaar overlappen. Deze stadia verlopen onder verschillende temperatuur- en thermische omstandigheden en vereisen verschillende hoeveelheden van het oxidatiemiddel.

Verse brandstof die de oven binnenkomt, wordt onderworpen aan min of meer snelle verwarming, er verdampt vocht uit en vluchtige stoffen komen vrij - producten van droge destillatie van brandstof. Tegelijkertijd gaat het proces van cokesvorming door. De cokes wordt verbrand en gedeeltelijk vergast op het rooster, en de gasvormige producten worden verbrand in de ovenruimte. Het niet-brandbare minerale deel van de brandstof verandert in slakken en as tijdens de verbranding van de brandstof.

8. Ontwerpen van verschillende ovens

Een verbrandingsapparaat of oven is een onderdeel van een keteleenheid, die is ontworpen om brandstof te verbranden en de daarin chemisch gebonden warmte af te geven. Tegelijkertijd is de oven een warmtewisselaar waarin een deel van de warmte die vrijkomt bij de verbranding van brandstof door straling wordt afgegeven aan de verwarmingsoppervlakken. Bovendien, wanneer vaste brandstoffen in de oven worden verbrand, valt een deel van de resulterende as eruit.

In overeenstemming met het type verbrande brandstof, worden ovens voor het verbranden van vaste, vloeibare en gasvormige brandstoffen onderscheiden. Daarnaast zijn er ovens waarin verschillende soorten brandstof tegelijk kunnen worden verbrand: vast met vloeibaar of gasvormig, vloeibaar en gasvormig.

Er zijn drie manieren om brandstof te verbranden: in een laag, een fakkel en een wervelwind (cycloon). In overeenstemming hiermee zijn de ovens onderverdeeld in drie grote klassen: gelaagd, toorts en vortex. Flare- en wervelovens worden vaak gecombineerd tot een algemene klasse kamerovens.

Rijst. 2. : a - dichte laag; b - "kokende" laag; c en d - zwevende laag (heterogene pluimen)

In de laag wordt de brandstof verbrand onder ketelunits met een stoomopbrengst tot 20-35 t/h. Alleen vaste klonterige brandstof kan in de laag worden verbrand, bijvoorbeeld: bruin- en harde kolen, klonterige turf, olieschalie, hout. De in de laag te verbranden brandstof wordt op het rooster geladen, waarop het in een dichte laag ligt. Verbranding van brandstof vindt plaats in een luchtstroom die deze laag binnendringt, meestal van onder naar boven.

Ovens voor het verbranden van brandstof in een laag zijn onderverdeeld in drie klassen (Fig. 3):

1 - ovens met een vast rooster en een laag brandstof erop bevestigd (Fig. 3, a en b);

2 - ovens met een bewegend rooster dat de laag brandstof verplaatst die erop ligt (Fig. 3, c, d);

3 - ovens met een vast rooster en een laag brandstof die erlangs beweegt (Fig. 3, e, f, g).

Rijst. 3. Schema's van ovens voor het verbranden van brandstof in een laag: a - handmatig horizontaal rooster; b - een oven met een zwenkwiel op een vaste laag; in - een verbrandingskamer met een mechanisch kettingrooster; g - een oven met een mechanisch omgekeerd kettingrooster en een zwenkwiel; d - een vuurhaard met een snijbalk; e - een vuurhaard met een rooster; g - vuurhaard van het Pomerantsev-systeem

De eenvoudigste oven met een vast rooster en een vaste laag brandstof is een oven met een handmatig horizontaal rooster (Fig. 3, a). Alle soorten vaste brandstoffen kunnen op dit rooster worden verbrand, maar de noodzaak van handmatig onderhoud beperkt de reikwijdte ervan in ketels met een zeer lage stoomproductie (tot 1-2 t / h).

Voor gelaagde verbranding van brandstof onder ketels met een grotere stoomcapaciteit, wordt het onderhoud van de oven gemechaniseerd en vooral de toevoer van verse brandstof eraan.

In ovens met een vast rooster en een vaste brandstoflaag wordt de mechanisatie van het laden uitgevoerd met behulp van zwenkwielen 1, die continu mechanisch verse brandstof laden en deze over het oppervlak van het rooster 2 verspreiden (Fig. 3, b). In dergelijke ovens is het mogelijk om harde en bruinkool te verbranden, en soms antraciet onder ketels met een stoomvermogen tot 6,5-10,0 t/u.

De klasse van ovens met een bewegend rooster dat de laag brandstof verplaatst die erop ligt, omvat ovens met een mechanisch kettingrooster (Fig. 3, c), die in verschillende modificaties worden uitgevoerd. In deze oven stroomt brandstof uit de toevoertrechter 1 door de zwaartekracht naar de voorkant van het langzaam bewegende eindeloze kettingrooster 2, dat het in de oven voert. Brandende brandstof beweegt continu mee met de roosterplaat langs de oven. Tegelijkertijd brandt het volledig uit, waarna de aan het einde van het rooster gevormde slak in de slakkentrechter 3 wordt gegoten.

Kettingroosters zijn gevoelig voor de brandstofkwaliteit. Ze zijn het meest geschikt voor het verbranden van gesorteerde, niet-klonterende, matig vochtige en matig askolen met een relatief hoog assmeltpunt en vluchtige stof opbrengst VG = 10-25% per brandbare massa. Het is ook mogelijk om in dergelijke ovens gesorteerd antraciet te verbranden. Voor werkzaamheden aan sinterkolen, evenals aan kolen met laagsmeltende as, zijn ovens met een kettingrooster niet geschikt. Deze ovens kunnen geplaatst worden onder ketels met een stoomvermogen van 10 tot 150 t/u, maar in Rusland worden ze geplaatst onder stoomketels met een stoomvermogen van 10-35 t/u, voornamelijk voor de verbranding van gesorteerd antraciet.

Voor het verbranden van brandstof met een hoog vochtgehalte, in het bijzonder graszoden, wordt het kettingrooster gecombineerd met een schachtvooroven, die nodig is voor het voordrogen van de brandstof. De meest voorkomende vuurhaard met schachtketting is de vuurhaard prof. T.F. Makarieva.

Een ander type vuurhaard in deze klasse zijn vuurhaarden met een omgekeerd kettingrooster en een zwenkwiel. Bij deze ovens beweegt de roosterplaat in de tegenovergestelde richting, d.w.z. van de achterwand van de oven naar voren. Zwenkwielen worden op de voorwand van de oven geplaatst en leveren continu brandstof aan het canvas. De verbrande slak wordt vanaf het rooster in een slakkenbak onder de voorkant van de oven gegoten. De ovens van het beschouwde type zijn veel minder gevoelig voor brandstofkwaliteit dan ovens met een rechtlopend rooster, daarom worden ze gebruikt voor het verbranden van zowel gesorteerde als ongesorteerde harde en bruinkool onder ketels met een stoomvermogen van 10-35 t/h .

Vuurhaarden met een vast rooster en een laag brandstof die erlangs beweegt, zijn gebaseerd op verschillende principes voor het organiseren van de processen van beweging en verbranding van brandstof. In ovens met een schroefstang beweegt de brandstof langs een vast horizontaal rooster met een speciale balk met een speciale vorm, heen en weer bewegend langs het rooster. Ze worden gebruikt voor het verbranden van bruinkool onder ketels met een stoomcapaciteit tot 6,5 t/h. Een type vuurhaard met een schroefstang is een fakkellaaghaard van de prof. S. V. Tatishchev, die werd gebruikt voor het verbranden van gemalen turf onder ketels met een stoomcapaciteit tot 75 t / h. Het verschilt van een conventionele oven met een schoorsteenbalk door de aanwezigheid van een schachtvooroven, waarin gemalen turf wordt voorgedroogd door rookgassen die door een speciale ejector in de schacht worden gezogen. Deze vuurhaard kan ook bruine en harde kolen verbranden.

In ovens met een schuin rooster en hogesnelheidsovens van het V.V. Pomerantsev-systeem, glijdt de brandstof, die van bovenaf in de oven is gekomen, tijdens de verbranding onder invloed van de zwaartekracht in het onderste deel van de oven, waardoor nieuwe hoeveelheden brandstof kunnen binnendringen De oven. Deze ovens worden gebruikt voor het verbranden van houtafval onder ketels met een stoomvermogen van 2,5 tot 20 t/u, en mijnovens en voor het verbranden van klonterige turf - onder ketels met een stoomvermogen tot 6,5 t/u.

In verband met de eigenaardigheden van de brandstofbalans van Rusland, waarin voornamelijk harde en deels bruinkool wordt gebruikt, komen ovens met zwenkwielen en mechanische kettingroosters het meest voor. Ovens die zijn ontworpen voor het verbranden van turf, schalie en hout komen veel minder vaak voor, omdat deze soorten brandstof een secundaire rol spelen in de brandstofbalans van Rusland.

Het fakkelproces kan vaste, vloeibare en gasvormige brandstoffen verbranden. Waarin:

Gasvormige brandstof vereist geen voorafgaande voorbereiding;

Vaste brandstof moet worden voorgemalen tot een fijn poeder in speciale verpulveringsinstallaties, waarvan het hoofdbestanddeel kolenmolens zijn;

Vloeibare brandstof moet in speciale sproeiers worden verneveld tot zeer fijne druppeltjes.

Vloeibare en gasvormige brandstoffen worden verbrand onder ketels van elke stoomcapaciteit, en verpulverde brandstof wordt verbrand onder keteleenheden met een stoomcapaciteit van 35-50 t/u en meer.

Flare-verbranding van elk van de drie soorten brandstof verschilt in specifieke kenmerken, maar de algemene principes van de flare-verbrandingsmethode blijven voor elke brandstof hetzelfde.

De fakkeloven (Fig. 4) is een rechthoekige kamer 1 gemaakt van vuurvaste stenen, waarin brandstof en de lucht die nodig is voor de verbranding ervan, dat wil zeggen het brandstof-luchtmengsel, in nauw contact worden gebracht via branders 2. Dit mengsel ontsteekt en brandt in de resulterende vlam. Gasvormige verbrandingsproducten verlaten de oven in het bovenste gedeelte. Wanneer verpulverde brandstof wordt verbrand met deze verbrandingsproducten, wordt een aanzienlijk deel van de brandstofas ​​ook afgevoerd naar de ketelgaskanalen en valt de rest van de as in het onderste deel (slakkentrechter) van de oven in de vorm van slakken .

Rijst. vier. : a - eenkameroven voor poedervormige brandstof met verwijdering van vaste slakken; b - eenkameroven voor poedervormige brandstof met verwijdering van vloeibare slakken; c - oven voor vloeibare en gasvormige brandstoffen; g - een oven met een halfopen verbrandingskamer voor het verbranden van poedervormige brandstof

De wanden van de verbrandingskamer zijn van binnenuit bedekt met een systeem van watergekoelde buizen - ovenwaterschermen. Deze schermen zijn ontworpen om de bekleding van de verbrandingskamer te beschermen tegen slijtage en vernietiging onder invloed van de hoge temperatuur van de toorts en gesmolten slak, maar het belangrijkste is dat ze een effectief verwarmingsoppervlak vormen dat een grote hoeveelheid warmte absorbeert die wordt afgegeven door de fakkel. Hierdoor worden deze verbrandingsschermen een zeer effectief middel om de rookgassen in de verbrandingskamer te koelen.

Flare-ovens voor poedervormige brandstof worden onderverdeeld in twee klassen volgens de methode van slakverwijdering: a) ovens met asverwijdering in vaste toestand; b) ovens met verwijdering van vloeibare slakken.

De kamer 1 van de oven met de verwijdering van slakken in vaste toestand (Fig. 4, a) wordt van onderaf begrensd door een slakkentrechter 3, waarvan de wanden worden beschermd door schermbuizen. Deze trechter wordt "koud" genoemd. Druppels slak die van de toorts vallen en in deze trechter vallen, vanwege de relatief lage temperatuur van het medium erin, stollen en granuleren in afzonderlijke korrels. Vanuit de koude trechter komen slakkorrels door de hals 4 de slakopvanginrichting 5 binnen, van waaruit ze door een speciaal mechanisme in het asverwijderingssysteem worden verwijderd.

De ovenkamer 1 met verwijdering van vloeibare slakken (Fig. 4, b) wordt van onderaf begrensd door een horizontale of licht hellende haard 3, waar in de buurt, als gevolg van thermische isolatie van het onderste deel van de ovenschermen, een temperatuur hoger is dan de de smelttemperatuur van de as wordt gehandhaafd. Als gevolg hiervan blijft de slak die van de toorts op deze haard is gevallen in gesmolten toestand en stroomt uit de oven via het kraangat 4 in het met water gevulde slakopvangbad 5, waar, bij uitharding, het barst in kleine glasachtige deeltjes.

Ovens met verwijdering van vloeibare slakken zijn verdeeld in een- (Fig. 4, b) en tweekamer voor grote ketels (Fig. 4, d). In de laatste is de verbrandingskamer verdeeld in twee kamers:

1 - verbrandingskamer waarin brandstof wordt verbrand;

2 - koelkamer waarin de verbrandingsproducten worden gekoeld.

De schermen van de verbrandingskamer zijn bedekt met thermische isolatie om:

om de verbrandingstemperatuur te maximaliseren om betrouwbaarder vloeibare slakken te verkrijgen, en de schermen van de koelkamer zijn open zodat ze de temperatuur van de verbrandingsproducten meer kunnen verlagen.

Flare-ovens voor vloeibare en gasvormige brandstoffen (Fig. 4, c) zijn gemaakt met een horizontale of licht hellende haard.

In zeer grote keteleenheden, samen met prismatisch gevormde verbrandingskamers, worden zogenaamde halfopen kamers gemaakt, die worden gekenmerkt door de aanwezigheid van een speciale kneep die de oven in twee zones verdeelt: verbranding en koeling. Halfopen kamers worden gebruikt om verpulverde (Fig. 4, d), vloeibare en gasvormige brandstoffen te verbranden.

Flare-ovens kunnen ook worden geclassificeerd op basis van het type branders, die direct stromend en wervelend zijn, en de locatie van de branders in de verbrandingskamer. De branders worden op de voorkant (Fig. 4) en de zijwanden en op de hoeken van de verbrandingskamer (Fig. 4) geplaatst. In grote keteleenheden is het ook mogelijk om de tegenovergestelde plaatsing van branders op de voor- en achterwanden van de oven te gebruiken (Fig. 4, d).

In whirlpool (cycloon) ovens is het mogelijk om vaste brandstoffen met een hoog gehalte aan vluchtige stoffen, vermalen tot een stoffige toestand of tot een korrelgrootte van 4-6 mm, evenals (nog steeds zeldzame) stookolie te verbranden.

Het werkingsprincipe van de cycloonoven is dat in een bijna horizontale (Fig. 5, a) of verticale cilindrische vooroven 1 met een kleine diameter, een gas-luchtwerveling wordt gecreëerd waarin de deeltjes van brandende brandstof herhaaldelijk draaien totdat ze burn-out bijna volledig in een evenwichtige staat.

Rijst. 5. : a - een oven met horizontale cycloonvoorovens; b - oven met verticale cycloonvoorovens

De verbrandingsproducten van de voorovens tijdens de verbranding van vaste brandstoffen komen de naverbrandingskamer 2 binnen, en van daaruit - in de koelkamer 3 en vervolgens in de gaskanalen van de keteleenheid. Slak uit de voorovens wordt in vloeibare vorm verwijderd via aftapgaten 5, en om de hoeveelheid ingesloten slak tussen de naverbrander en de koelkamer of tussen de cycloonvoorovens en de naverbrander te vergroten, wordt een slakkenvangende bundel pijpen 4 Bij verbranding van stookolie, en soms gebroken vaste brandstof, worden geen naverbranders gemaakt en worden de verbrandingsproducten rechtstreeks uit de voorovens afgevoerd naar de koelkamer. Cycloonovens worden gebruikt in keteleenheden met een relatief hoge stoomproductie.

Naast de drie belangrijkste methoden voor brandstofverbranding die hierboven zijn vermeld, zijn er nog enkele tussenliggende methoden.

De verbranding van vaste brandstof vindt plaats in twee fasen: thermische voorbereiding; verbranding zelf.

In de eerste fase wordt de brandstof verwarmd en gedroogd. Bij 100 C begint de pyrogenetische ontleding van brandstofcomponenten met het vrijkomen van gasvormige vluchtige stoffen. (Zone I). De duur van dit proces hangt af van het vochtgehalte van de brandstof, de deeltjesgrootte en de omstandigheden van warmte-uitwisseling tussen de brandstofdeeltjes en het verbrandingsmedium.

Brandstofverbranding begint met de ontsteking van vluchtige stoffen (zone II). De temperatuur in deze zone is 400-600 C. Bij de verbranding komt warmte vrij die zorgt voor een versnelde verwarming en ontbranding van het cokesresidu. (Twee noodzakelijke voorwaarden voor het uitbranden van de brandstof: temperatuur en voldoende oxidatiemiddel. In elke oven zijn er 2 ingangen: één voor brandstof en de andere voor oxidatiemiddel)

Dit proces vindt plaats in tienden van een seconde. Vluchtige exemplaren branden van 0,2 tot 0,5 seconden. Q valt op wanneer t 800-1000 - zone III begint. De verbranding van cokes begint bij een temperatuur van 1000 C en vindt plaats in regio III. Dit proces is langdurig. 1 – Tgasvormig medium rond het deeltje. 2-Thet deeltje zelf . l– thermische voorbereidingszone,II- de verbrandingszone van vluchtige stoffen,III– verbranding van cokesdeeltjes.

III - heterogeen proces. De snelheid is afhankelijk van de zuurstoftoevoer. De brandtijd van een cokesdeeltje is van ½ tot 2/3 van de totale brandtijd (van 1 tot 2,5 s) - hangt af van het type en de grootte van de brandstof. Voor jonge brandstoffen is het verkolingsproces nog niet voltooid, een grote opbrengst aan vluchtige stoffen. Cokesresidu< 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 – draaiing van cokesdeeltjes, 2 – smalle laminaire laag met dikte δ, 3 – turbulente stromingszone.

Zuurstof wordt vanuit de omgeving aan het koolstofdeeltje toegevoerd door turbulente diffusie, die een hoge intensiteit heeft, maar nabij het oppervlak van het deeltje bevindt zich een dunne gaslaag (2), waar de toevoer van het oxidatiemiddel de wetten van moleculaire diffusie gehoorzaamt (lam sl) - het remt de toevoer van zuurstof naar het oppervlak van het deeltje. In deze laag vindt de verbranding plaats van brandbare gascomponenten die vrijkomen van het koolstofoppervlak tijdens chemische reacties.

De hoeveelheid zuurstof die per tijdseenheid aan een eenheidsoppervlak van een deeltje wordt toegevoerd door middel van turbulente diffusie wordt bepaald door:

GOK \u003d A (SPOT - CSL) (1) , A - set van turbulente massaoverdracht. Door moleculaire diffusie diffundeert dezelfde hoeveelheid zuurstof door de immersielaag:

GOK = Dδ (CSL - SPOV) (2) D – set van mol dif- en h/h immersielaag δ. ssl = GOké* δ D+ SPOV, GOK \u003d A (SPOT - GOké* δ D– SPOV) , ​​​​GOK = MAAR*( UIT POT - SPOV ) 1+ AδD = ( UIT POT - SPOV ) 1 MAAR + δ D = αD*(SPOT - SPOV) , 1 MAAR + δ D= αD is de gegeneraliseerde diffusiesnelheidsconstante.

Het aantal opgesomde ok-la hangt af van αD en het verschil tussen de concentraties van de stroming en het oppervlak. De toevoer van zuurstof naar het reagerende brandstofoppervlak wordt bepaald door de diffusiesnelheid en de zuurstofconcentratie in de stroming en op het reagerende oppervlak.

In het stationaire verbrandingsregime is de hoeveelheid zuurstof die door diffusie aan het reactieoppervlak wordt toegevoerd gelijk aan de hoeveelheid zuurstof die met dit oppervlak heeft gereageerd.

ωР = αD(SPOT - SPOV) . Tegelijkertijd is de brandsnelheid: ωG = k * PHRS, als ze gelijk zijn, dan kan het bepalen: ωG = 1 1 K + 1 α D* VANZWEET= kg*SPOT. KG = 1 1 K + 1 α D = K * α D α D + K (*) is de gereduceerde verbrandingsconstante. 1 kg = 1 K + 1 α D is de algemene weerstand tegen het verbrandingsproces. 1/k - kinetische weerstand, bepaald door de intensiteit van de stroom van chemische straling en verbranding; 1/αD - fysieke (diffusie)weerstand - hangt af van de intensiteit van de toevoer van oxidatiemiddel.

Afhankelijk van de weerstand worden de kinetische en diffusiegebieden van heterogene verbranding onderscheiden.

I – kinetisch gebied (ωG = k*PHOT), II – tussengebied, III – diffusiegebied (ωG = αD*PHOT)

Volgens de wet van Arrhenius is de snelheid van een chemische reactie afhankelijk van de temperatuur. αD (const sk-ti dif-i) reageert zwak op temperatuur. Bij temperaturen lager dan 800-1000 C verloopt de chemische reactie langzaam, ondanks de overmaat aan O2 nabij het vaste oppervlak. In dit geval is 1/k een grote waarde - verbranding wordt vertraagd door de kinetiek van p-u (t is klein) en het gebied wordt genoemd Het kinetische gebied van verbranding. (1/k >> 1/αD) . k<<αД, kГ ~k (*) - Omdat de p-th traag is, wordt de door diffusie aangevoerde zuurstof niet verbruikt en is de concentratie aan het reactieoppervlak ongeveer gelijk aan de concentratie in de stroom ωG = k * PHRS - dit is de verbrandingssnelheid in het kinetische gebied.

De verbrandingssnelheid in het kinetische gebied zal niet veranderen met een verhoogde toevoer van zuurstof, door verbetering van de processen van aerodynamica (regiol), maar hangt af van de kinetische factor, namelijk de temperatuur. Het aanbod van ok-la >> consumptie - de concentratie aan de oppervlakte verandert bijna niet. Naarmate t toeneemt, neemt de reactiesnelheid toe en neemt de concentratie van O2 en C af. Verdere t leidt tot een toename van de verbrandingssnelheid en de waarde ervan wordt beperkt door het gebrek aan O2-toevoer naar het oppervlak, onvoldoende diffusie. Oppervlakte zuurstofconcentratie →0 .

Het verbrandingsgebied waarin de processnelheid afhangt van diffusiefactoren heet diffusiegebiedIII. Hier k>>αD ( Van * ): kg~αD. De diffusiesnelheid van de verbranding wordt beperkt door de afgifte van O2 aan het oppervlak en de concentratie ervan in de stroom.

De diffusie- en kinetische gebieden worden gescheiden door een tussenzone II, waar de snelheid van zuurstoftoevoer en de snelheid van de chemische reactie ongeveer gelijk aan elkaar zijn. Hoe kleiner de grootte van vaste brandstof, hoe groter het gebied van warmte- en massaoverdracht.

In de regio's II en III kan het branden worden verbeterd door een ok-la te leveren. Bij hoge snelheden, ok-la, neemt de weerstand en dikte van de laminaire laag af en neemt de aanvoer van ok-la toe. Hoe hoger de snelheid, hoe intensiever de brandstof wordt gemengd met O2 en hoe meer er een overgang is van kinetisch naar industrieel en vervolgens naar differentieel gebied. Met een afname van de deeltjesgrootte neemt het gebied van kinetische verbranding toe, omdat kleine deeltjes een meer ontwikkelde warmte- en massa-uitwisseling met de omgeving hebben.

D1>d2>d3 , v1>v2>v3

D - deeltjesgrootte van verpulverde brandstof, v - snelheid van het mengen van brandstof met lucht - snelheid van toevoer van ok-la

Ontsteking van elke brandstof begint bij relatief lage t met een voldoende aantal ok-la (I). Pure differentiële verbranding III - beperkt door de kern van de toorts. Een temperatuurstijging leidt tot een verschuiving naar het gebied van diffusieverbranding. De zone van diffusieverbranding bevindt zich van de kern van de toorts tot de naverbrandingszone, waar de concentratie van reactanten laag is en hun interactie wordt bepaald door de wetten van diffusie.

Dus als de verbranding plaatsvindt in een diffusie- of tussengebied, verschuift het proces naar kinetische verbranding met een afname van de deeltjesgrootte van verpulverde brandstof. Het gebied van zuiver diffusieverbranding is beperkt. Dit wordt waargenomen in de kern van de vlam met de maximale verbrandingstemperatuur. Buiten de kern vindt verbranding plaats in het kinetische of tussenliggende gebied, dat wordt gekenmerkt door een sterke afhankelijkheid van de verbrandingssnelheid van de temperatuur.

De kinetische en intermediaire verbrandingsgebieden komen ook voor in de ontstekingszone van de stof-luchtstroom, en de verbranding van alle soorten brandstoffen met voorlopige mengselvorming vindt plaats in de diffusie- of tussenliggende regio.