Forbrenning av fast brensel, ubevegelig liggende på risten, med den øverste drivstoffbelastningen er vist i fig. 6.2.

På toppen av laget etter lasting er ferskt drivstoff. Under det brenner koks, og rett over risten - slagg. Disse sonene i laget overlapper hverandre delvis. Når drivstoffet brenner ut, passerer det gradvis gjennom alle soner. I den første perioden etter tilførsel av ferskt brensel til den brennende koksen, finner dens termiske forberedelse sted (oppvarming, fuktighetsfordampning, frigjøring av flyktige stoffer), som forbruker en del av varmen som frigjøres i laget. På fig. 6.2 viser omtrentlig forbrenning av fast brensel og temperaturfordelingen langs drivstofflagets høyde. Området med den høyeste temperaturen ligger i koks-forbrenningssonen, hvor hovedmengden av varme frigjøres.

Slaggen som dannes under forbrenningen av drivstoff strømmer i dråper fra de glødende koksbitene mot luften. Gradvis avkjøles slaggen og når allerede i fast tilstand risten, hvorfra den fjernes. Slaggen som ligger på risten beskytter den mot overoppheting, varmer den opp og fordeler luft jevnt over laget. Luften som passerer gjennom risten og kommer inn i brensellaget kalles primær. Hvis det ikke er nok primærluft for fullstendig forbrenning av drivstoffet og det er produkter av ufullstendig forbrenning over laget, tilføres luft i tillegg til rommet over laget. Slik luft kalles sekundær.

Når drivstoffet mates fra toppen til risten, utføres bunntenningen av drivstoffet og den kommende bevegelsen av gass-luft- og drivstoffstrømmene. Dette sikrer effektiv tenning av drivstoffet og gunstige hydrodynamiske forhold for forbrenningen. De primære kjemiske reaksjonene mellom drivstoffet og oksidasjonsmidlet finner sted i den varme kokssonen. Naturen til gassdannelse i laget med brennende drivstoff er vist i fig. 6.3.

I begynnelsen av laget, i oksygensonen (K), hvor oksygen forbrukes intensivt, dannes karbonoksid og karbondioksid CO 2 og CO samtidig. Ved slutten av oksygensonen synker konsentrasjonen av O 2 til 1-2 %, og konsentrasjonen av CO 2 når sitt maksimum. Temperaturen på laget i oksygensonen stiger kraftig, med et maksimum der den høyeste CO 2 -konsentrasjonen er etablert.

I reduksjonssonen (B) er oksygen praktisk talt fraværende. Karbondioksid reagerer med varmt karbon for å danne karbonmonoksid:

Langs høyden av reduksjonssonen synker innholdet av CO 2 i gassen, og CO øker tilsvarende. Reaksjonen av interaksjon av karbondioksid med karbon er endoterm, så temperaturen synker langs høyden av reduksjonssonen. I nærvær av vanndamp i gasser i reduksjonssonen er en endoterm nedbrytningsreaksjon av H 2 O også mulig.

Forholdet mellom mengdene CO og CO 2 oppnådd i den innledende delen av oksygensonen avhenger av temperaturen og varierer i henhold til uttrykket

hvor E co og E CO2 er aktiveringsenergiene for dannelse av henholdsvis CO og CO 2; A - numerisk koeffisient; R er den universelle gasskonstanten; T er den absolutte temperaturen.
Sengetemperaturen avhenger i sin tur av konsentrasjonen av oksidasjonsmidlet, samt av luftoppvarmingsgraden I reduksjonssonen har også forbrenning av fast brensel og temperaturfaktoren avgjørende innflytelse på forholdet mellom CO og CO 2 . Med en økning i reaksjonstemperaturen på CO 2 + C \u003d P 2, skifter CO til høyre og innholdet av karbonmonoksid i gasser øker.
Tykkelsen på oksygen- og reduksjonssonene avhenger hovedsakelig av typen og størrelsen på brennende drivstoff og temperaturregimet. Når drivstoffstørrelsen øker, øker tykkelsen på sonene. Det er fastslått at tykkelsen av oksygensonen er omtrent tre til fire diametre av de brennende partiklene. Gjenvinningssonen er 4-6 ganger tykkere enn oksygensonen.

En økning i sprengningsintensiteten har praktisk talt ingen effekt på tykkelsen på sonene. Dette forklares av det faktum at hastigheten på den kjemiske reaksjonen i laget er mye høyere enn hastigheten på blandingsdannelsen, og alt innkommende oksygen reagerer umiddelbart med de aller første radene med varme brenselpartikler. Tilstedeværelsen av oksygen og reduksjonssoner i laget er typisk for forbrenning av både karbon og naturlig brensel (fig. 6.3). Med en økning i reaktiviteten til drivstoffet, så vel som med en reduksjon i askeinnholdet, reduseres tykkelsen på sonene.

Naturen til gassdannelse i brensellaget viser at, avhengig av organiseringen av forbrenningen, kan enten praktisk talt inerte eller brennbare og inerte gasser oppnås ved utgangen fra laget. Hvis målet er å maksimere omdannelsen av drivstoffvarme til fysisk varme av gasser, bør prosessen utføres i et tynt lag drivstoff med et overskudd av oksidasjonsmiddel. Hvis oppgaven er å oppnå brennbare gasser (gassifisering), utføres prosessen med et lag utviklet langs høyden med mangel på et oksidasjonsmiddel.

Forbrenningen av drivstoff i kjeleovnen tilsvarer det første tilfellet. Og forbrenningen av fast brensel er organisert i et tynt lag, som sikrer maksimalt forløp av oksidative reaksjoner. Siden tykkelsen på oksygensonen avhenger av størrelsen på drivstoffet, jo større størrelsen på bitene er, desto tykkere skal laget være. Så når du brenner brunt og svart kull (opptil 20 mm i størrelse) i et lag med finstoff, opprettholdes lagtykkelsen på omtrent 50 mm. Med de samme kullene, men i stykker større enn 30 mm, økes lagtykkelsen til 200 mm. Den nødvendige tykkelsen på drivstofflaget avhenger også av fuktighetsinnholdet. Jo større fuktighetsinnhold i drivstoffet, desto større skal mengden brennmasse i laget være for å sikre stabil antennelse og forbrenning av en frisk del av drivstoffet.

Hallo! Avhengig av forholdene i forbrenningsprosessen kan en større eller mindre andel av utgangsmaterialene gå inn i reaksjonen. For full bruk av drivstoffets kjemiske energi, er det nødvendig å bringe forbrenningsreaksjonen til drivstoffet nesten til slutten. Under forhold med industriell forbrenning av brensel oppnås sjelden likevekt av forbrenningsreaksjoner på grunn av den korte tiden det tar før forbrenningsreaksjonene oppstår.

Prosessen med å brenne flytende og fast brensel i teorien om forbrenning kalles heterogen forbrenning, siden den fortsetter i et inhomogent (heterogent) system. Hvis en blanding av gasser brenner, kalles forbrenning homogen.

Når du brenner flytende drivstoff i forbrenningskammeret, fordamper drivstoffet fra overflaten av dråpene. På grunn av den høye temperaturen i ovnen gjennomgår de resulterende drivstoffdampene termisk dekomponering og brenner raskt ut på overflaten av partiklene. Under disse forholdene bestemmes hastigheten på forbrenningsprosessen av intensiteten av drivstofffordampning. For å øke den totale overflaten av dråper, blir flytende drivstoff, når det mates inn i forbrenningskammeret, utsatt for fin forstøvning ved hjelp av dyser (overflaten øker flere tusen ganger i dette tilfellet). De tunge fraksjonene som ikke har fordampet fra dråpen utsettes for termisk dekomponering (oppsprekking), som et resultat av at det dannes dispergert karbon som gir en glød til flammen.

Forbrenningsprosessen av fast brensel kan deles inn i to trinn. Etter fordampning av fuktighet fra drivstoffet oppstår forbrenning av flyktige stoffer, som frigjøres som et resultat av termisk nedbrytning av drivstoffet. Deretter begynner brenningen av den faste resten (koks). Når drivstoffet varmes opp veldig raskt, legges begge trinnene over hverandre, siden en del av de flyktige stoffene brenner sammen med karbonet i koksen.

Koksen blir delvis utsatt for gassifisering, og de resulterende gassformige produktene, hovedsakelig bestående av karbonmonoksid CO, brennes i ovnsrommet. Forbrenning av en fast brenselpartikkel skjer ikke bare fra overflaten, men også i volum på grunn av penetrering av oksygen inn i porene. I dette tilfellet dannes et grenselag (laminært) gass på overflaten av partikkelen, hvor oksygeninnholdet avtar og innholdet av gassifiserings- og forbrenningsprodukter (CO og CO2) øker. Dette grenselaget av gass hindrer tilførsel av oksygen, og hastigheten på forbrenningsreaksjonen vil avhenge av diffusjonshastigheten til oksidasjonsmidlet gjennom grenselaget. For å øke forbrenningsintensiteten økes hastigheten til oksidasjonsmidlet (luften) i forhold til overflaten av drivstoffpartiklene, noe som reduserer tykkelsen på grenselaget.

Mineralske urenheter (askeinnhold) påvirker også prosessen med drivstoffforbrenning betydelig. Når karbonet brenner ut, dannes et lag med aske på overflaten av drivstoffpartiklene. Ved lav askemykningstemperatur og høyt askeinnhold omslutter (slagger) dette laget drivstoffpartiklene og forverrer forbrenningsprosessen. For å fjerne askeoppbygging under lagdelt forbrenning av drivstoff, utføres skinning, det vil si løsning av drivstofflaget.

I kraftige moderne kjeler brennes fast brensel i suspensjon. Brenselstykker er forhåndsmalt i spesielle møller, noe som øker deres spesifikke overflate med flere hundre ganger. En blanding av drivstoffstøv og luft føres inn i forbrenningskammeret, hvor drivstoffet antennes og brenner i gass-luftstrømmen. Drivstoffforbrenningen foregår også i to trinn, men forbrenningstiden til en brennstoffpartikkel reduseres i dette tilfellet betydelig. Denne forbrenningsmetoden gjør det mulig å intensivere forbrenningsprosessen, samt fullmekanisere alle produksjonsoperasjoner. Bruk Litteratur: 1) Khzmalyan D.M., Kagan Ya.A. Theory of combustion and furnace devices, Moskva, Energia, 1976; 2) Varmeteknikk, Bondarev V.A., Protsky A.E., Grinkevich R.N. Minsk, red. 2., "Higher School", 1976.

Oppgave………………………………………………………………………………..3

Introduksjon………………………………………………………………………………...4

Teoretisk del

1. Egenskaper ved forbrenning av fast brensel ……………………………… 6

2. Forbrenning av brensel i kammerovner ………………………………….9

3. Plass og rolle for fast brensel i energisektoren i Russland …………………..12

4. Redusere utslipp av askepartikler fra kjeleovner ved hjelp av konstruktive og teknologiske metoder…………………………………………………………………14

5. Askeoppsamling og typer askeoppsamlere………………………….…….15

6. Syklon (treghet) askesamlere…..…………………………..16

Oppgjørsdel

1. Opprinnelige data………………………………………………………………….18

2. Beregning av grunnstoffsammensetningen til arbeidsdrivstoffet…………………..19
3. Beregning av massene og volumene av brenselforbrenningsprodukter under forbrenning i kjelehus …………………………………………………………………………………..19

4. Bestemme høyden på røret H………………………………….…………20

5. Beregning av spredning og standarder for maksimalt tillatte utslipp av skadelige stoffer til atmosfæren……………………………………………….…20

6. Bestemmelse av nødvendig rensegrad……………………………… 21

Begrunnelse for å velge en syklon………………………………………………………..22

Brukte enheter………………………………………………………. ……23

Konklusjon……………………………………………………………………….24

Liste over brukt litteratur…………………………………………...26

Trening

1. I henhold til de gitte designegenskapene til fast brensel, bestemme elementsammensetningen til arbeidsdrivstoffet.

2. Ved å bruke resultatene i paragraf 1 og de første dataene, beregne utslipp og volumer av forbrenningsprodukter av partikulært materiale A, svoveloksider SO x , karbonmonoksid CO, nitrogenoksider NO x , strømningshastigheten til gasser som kommer inn i skorsteinen under driftsforhold for kjeleanlegget.

3. Basert på resultatene i avsnitt 2 og de første dataene, bestemme diameteren på munningen til skorsteinen. Bestem høyden på røret H.

4. Bestem den mest forventede konsentrasjonen C m (mg / m 3) av skadelige stoffer: karbonmonoksid CO, svoveldioksid SO 2, nitrogenoksider NO x, støv, (aske) i atmosfærens overflatelag under ugunstige spredningsforhold.

5. Sammenlign det faktiske innholdet av skadelige stoffer i den atmosfæriske luften, ta hensyn til bakgrunnskonsentrasjonen (C m + C f) med sanitære og hygieniske standarder (MPC), hvis MPC CO \u003d 5 mg / m 3, MPC NO 2 \u003d 0,085, MPC SO 2 \u003d 0, 5 mg/m 3, MPC-støv = 0,5 mg/m 3 .

7. Bestem nødvendig rensegrad og gi anbefalinger for å redusere utslipp dersom det faktiske utslippet M av et stoff overstiger den beregnede standarden (MAL).

8. Utvikle og begrunne metodene og innretningene som brukes for behandling av avfall av farlige stoffer.

Teoretisk del

Introduksjon

Industriell produksjon og andre typer menneskelig økonomisk aktivitet er ledsaget av utslipp av forurensninger til miljøet.

Betydelige skader på miljøet er forårsaket av kjelanlegg som bruker forbrenning av fast, flytende og gassformig brensel ved oppvarming av vann til varmeanlegg.

Hovedkilden til den negative effekten av energisektoren er produktene som dannes under forbrenning av fossilt brensel.

Arbeidsmassen til organisk brensel består av karbon, hydrogen, oksygen, nitrogen, svovel, fuktighet og aske. Som et resultat av fullstendig forbrenning av drivstoff dannes karbondioksid, vanndamp, svoveloksider (svoveldioksid, svovelsyreanhydrid og aske). Svoveloksider og aske er blant de giftige. I kjernen av fakkelen til høyeffektovnskjeler skjer delvis oksidasjon av nitrogen i drivstoffluften med dannelse av nitrogenoksider (nitrogenoksid og nitrogendioksid).

Ved ufullstendig forbrenning av brensel i ovner kan det også dannes karbonmonoksid CO 2, hydrokarboner CH 4, C 2 H 6, samt kreftfremkallende stoffer. Produktene av ufullstendig forbrenning er svært skadelige, men med moderne forbrenningsteknologi kan dannelsen deres elimineres eller minimeres.

Brennbar skifer og brunkull, samt enkelte typer steinkull, har høyest askeinnhold. Flytende drivstoff har lavt askeinnhold; naturgass er et askefritt drivstoff.

Giftige stoffer som slippes ut i atmosfæren fra skorsteinene til kraftverk har en skadelig effekt på hele komplekset av dyreliv og biosfæren.

En omfattende løsning på problemet med å beskytte miljøet mot virkningene av skadelige utslipp fra drivstoffforbrenning i kjeleenheter inkluderer:

· Utvikling og implementering av teknologiske prosesser som reduserer utslipp av skadelige stoffer på grunn av fullstendig forbrenning av drivstoff, etc.;

· Implementering av effektive metoder og måter for rensing av avgasser.

Den mest effektive måten å løse miljøproblemer på på nåværende stadium er å lage teknologier som er nær avfallsfrie. Samtidig løses problemet med rasjonell bruk av naturressurser, både materiell og energi.

Funksjoner ved forbrenning av fast brensel

Forbrenningen av fast brensel inkluderer to perioder: termisk forberedelse og faktisk forbrenning. I prosessen med termisk forberedelse oppvarmes drivstoffet, tørkes, og ved en temperatur på ca. 110°C begynner pyrogenetisk nedbrytning av komponentene med frigjøring av gassformige flyktige stoffer. Varigheten av denne perioden avhenger hovedsakelig av fuktighetsinnholdet i drivstoffet, størrelsen på partiklene og betingelsene for varmeveksling mellom det omgivende forbrenningsmediet og drivstoffpartiklene. Forløpet av prosesser i perioden med termisk forberedelse er assosiert med absorpsjon av varme hovedsakelig for oppvarming, tørking av drivstoffet og termisk dekomponering av komplekse molekylære forbindelser.

Selve forbrenningen begynner med antennelse av flyktige stoffer ved en temperatur på 400-600, og varmen som frigjøres under forbrenningen gir akselerert oppvarming og antennelse av koksresten.

Forbrenningen av koks begynner ved en temperatur på ca. 1000 og er den lengste prosessen.

Dette bestemmes av det faktum at en del av oksygenet i sonen nær overflaten av partikkelen brukes opp til forbrenning av brennbare flyktige stoffer og dens gjenværende konsentrasjon har gått ned, i tillegg er heterogene reaksjoner alltid dårligere i hastighet enn homogene reaksjoner for stoffer som er homogene i kjemisk aktivitet.

Som et resultat bestemmes den totale brenntiden til en fast partikkel hovedsakelig av forbrenningen av koksresten (ca. 2/3 av den totale brenntiden). For unge drivstoff med høyt utbytte av flyktige stoffer er koksresten mindre enn halvparten av partikkelens begynnelsemasse; derfor skjer forbrenningen deres (med like innledende størrelser) ganske raskt og muligheten for underbrenning reduseres. Gamle typer fast brensel har en stor koksrester nær den opprinnelige partikkelstørrelsen, hvis forbrenning opptar hele tiden partikkelen oppholder seg i forbrenningskammeret. Forbrenningstiden til en partikkel med en startstørrelse på 1 mm er fra 1 til 2,5 s, avhengig av typen startdrivstoff.

Koksresten i de fleste fast brensel består hovedsakelig, og for en rekke fast brensel, nesten utelukkende av karbon (fra 60 til 97 % av drivstoffets organiske masse). Tatt i betraktning at karbon gir den viktigste varmefrigjøringen under brennstoffforbrenning, la oss vurdere dynamikken til forbrenning av en karbonpartikkel fra overflaten. Oksygen tilføres fra miljøet til karbonpartikkelen på grunn av turbulent diffusjon (turbulent masseoverføring), som har en ganske høy intensitet, men et tynt gasslag (grenselag) forblir direkte på overflaten av partikkelen, overføringen av oksidasjonsmidlet gjennom som utføres i henhold til lovene for molekylær diffusjon.

Dette laget hemmer tilførselen av oksygen til overflaten betydelig. I den foregår forbrenningen av brennbare gasskomponenter som frigjøres fra karbonoverflaten under en kjemisk reaksjon.

Tildel diffusjon, kinetisk og mellomliggende forbrenningsområde. I mellom- og spesielt i diffusjonsområdet er intensivering av forbrenningen mulig ved å øke tilførselen av oksygen, ved å aktivere blåsingen av de brennende brenselpartiklene med en oksidasjonsmiddelstrøm. Ved høye strømningshastigheter avtar tykkelsen og motstanden til det laminære laget nær overflaten og oksygentilførselen øker. Jo høyere denne hastigheten er, desto mer intens er blandingen av brensel med oksygen, og jo høyere temperatur skjer overgangen fra den kinetiske til den mellomliggende sonen og fra den mellomliggende til diffusjonssonen for forbrenning.

En lignende effekt når det gjelder forbrenningsintensivering oppnås ved å redusere partikkelstørrelsen til pulverisert brensel. Partikler av liten størrelse har en mer utviklet varme- og masseutveksling med omgivelsene. Således, med en reduksjon i partikkelstørrelsen til pulverisert brensel, utvides området for kinetisk forbrenning. En økning i temperatur fører til et skifte til området for diffusjonsforbrenning.

Området med ren diffusjonsforbrenning av pulverisert brensel er hovedsakelig begrenset av flammekjernen, som har den høyeste forbrenningstemperaturen, og etterforbrenningssonen, hvor konsentrasjonene av reaktanter allerede er lave og deres interaksjon bestemmes av diffusjonslovene. Tenningen av ethvert drivstoff begynner ved relativt lave temperaturer, under forhold med tilstrekkelig mengde oksygen, dvs. i det kinetiske området.

I det kinetiske forbrenningsområdet spilles den avgjørende rollen av hastigheten på en kjemisk reaksjon, som avhenger av faktorer som drivstoffets reaktivitet og temperaturnivået. Påvirkningen av aerodynamiske faktorer i dette forbrenningsområdet er ubetydelig.

Organisk brensel (gassformig, flytende og fast) er mye brukt i ulike typer termiske installasjoner: i ovner til damp- og varmtvannskjeler, inkludert dampturbinkraftverk, i industrielle ovner og i landbruket, i forbrenningskamrene til gassturbiner og luftjetmotorer, i sylindere til frem- og tilbakegående forbrenningsmotorer, i forbrenningskamrene til magnetogasdynamiske elektriske generatorer, etc.

Drivstoff i alle varmetekniske installasjoner brennes for å oppnå varme som et resultat av eksoterme kjemiske reaksjoner og for å oppnå glødeprodukter av fullstendig forbrenning (røykgasser) eller gassifiseringsprodukter.

I ovnene til dampkjeler, i industrielle ovner (unntatt akselovner), i forbrenningsmotorer, i forbrenningskamrene til gassturbiner, utføres forbrenningen med størst fullstendighet, og oppnår produkter av fullstendig forbrenning.

I gassgeneratorer utføres gassifiseringsprosesser, der oksygen, luft, vanndamp og karbondioksid brukes som oksidasjonsmidler. Reaksjonene som finner sted i slike anordninger ligner i natur forbrenningsreaksjoner, men som et resultat produserer de brennbare gassformige gassifiseringsprodukter.

Det er også en to-trinns forbrenning av drivstoff: 1 - først forgasses drivstoffet; 2 - da (i samme enhet) er gassifiseringsproduktene fullstendig utbrent.

Betingelsene for drivstoffforbrenning i forskjellige varmetekniske enheter og deres forberedelse for forbrenning er forskjellige, akkurat som selve drivstoffene er forskjellige. For eksempel, i ovnene til damp- og varmtvannskjeler og i industriovner, brenner drivstoff ved atmosfærisk trykk, mens i forbrenningskamrene til gassturbiner og i sylindrene til forbrenningsmotorer brenner drivstoff ved et trykk som er mange ganger høyere enn atmosfærisk trykk. press. Til tross for forskjellene ovenfor, er det mange likheter i forbrenningsprosessene til ulike typer drivstoff. Kort informasjon om forbrenningsprosesser og drivstoffinnretninger er gitt nedenfor.

2. Forbrennings- og gassifiseringsreaksjoner

Forbrenningsprosesser er delt inn i homogene, som forekommer i volumet når drivstoffet og oksidasjonsmidlet er i samme fasetilstand (for eksempel forbrenning av hydrogen i en blanding med luft), og heterogene, som forekommer på overflaten av fast karbon (for eksempel , forbrenning av koks i en luftstrøm). I disse forbrenningsreaksjonene er oksidasjonsmidlet tørr luft, bestående av ca. 21% oksygen og 79% nitrogen i volum, og derfor inneholder forbrenningsproduktene ballast - nitrogen, som fortynner dem. Når rent oksygen brukes som oksidasjonsmiddel, vil det ikke være ballast.

3. Homogen forbrenning. Kinetikk av kjemiske reaksjoner

I alle varmetekniske installasjoner streber de etter å utføre forbrenningsprosesser med høyeste hastighet, fordi dette lar deg lage små maskiner og apparater og få den høyeste produktiviteten i dem. Forbrenningsprosessene i eksisterende installasjoner foregår med høy hastighet med frigjøring av en stor mengde varme under forbrenning av drivstoff og med høye temperaturer. For en bedre forståelse av påvirkningen av ulike faktorer på brennhastigheten, vurderes elementer av kinetikken til kjemiske reaksjoner nedenfor.

Hastigheten av enhver kjemisk reaksjon avhenger av konsentrasjonen av reaktanter, temperatur og trykk. Dette forklares av det faktum at gassmolekyler, som beveger seg i forskjellige retninger med høy hastighet, kolliderer med hverandre. Jo oftere de kolliderer, jo raskere går reaksjonen. Frekvensen av kollisjoner av molekyler avhenger av antall per volumenhet, dvs. av konsentrasjonen og i tillegg av temperaturen. Konsentrasjonen forstås som massen av et stoff per volumenhet og måles i kg / m3, og oftere - antall kilomol per 1 m3.

4. Egenskaper ved forbrenning av gassformig drivstoff

Forbrenningsprosessen til gassformig drivstoff er homogen, det vil si at både drivstoffet og oksidasjonsmidlet er i samme aggregeringstilstand og det er ingen fasegrense. For at forbrenningen skal starte, må gassen være i kontakt med et oksidasjonsmiddel. I nærvær av et oksidasjonsmiddel må det skapes visse forhold for å starte forbrenningen. Oksidasjon av brennbare komponenter er også mulig ved relativt lave temperaturer. Under disse forholdene er hastigheten på kjemiske reaksjoner ubetydelige. Når temperaturen stiger, øker reaksjonshastigheten.

Når en viss temperatur er nådd, antennes gass-luftblandingen, reaksjonshastighetene øker kraftig, og varmemengden blir tilstrekkelig til å spontant opprettholde forbrenningen. Minimumstemperaturen som en blanding antennes ved kalles antennelsestemperaturen. Verdien av denne temperaturen for forskjellige gasser er ikke den samme og avhenger av de termofysiske egenskapene til brennbare gasser, drivstoffinnholdet i blandingen, tenningsforhold, varmefjerningsforhold i hver spesifikke enhet, etc. For eksempel antennelsestemperaturen til hydrogen er i området 820-870 K, og oksider karbon og metan - henholdsvis 870-930 K og 10201070 K.

Brennbar gass blandet med et oksidasjonsmiddel brenner i en lommelykt. En fakkel er et visst volum av bevegelige gasser der forbrenningsprosesser finner sted. I samsvar med de generelle bestemmelsene i teorien om forbrenning, skilles to fundamentalt forskjellige metoder for gassforbrenning i en fakkel - kinetisk og diffusjon. Kinetisk forbrenning er karakterisert ved foreløpig (før forbrenning) blanding av gassen med oksidasjonsmidlet. Gassen og oksidasjonsmidlet mates først inn i blandeanordningen til brenneren. Forbrenning av blandingen utføres utenfor blanderen. I dette tilfellet vil hastigheten på prosessen være begrenset av hastigheten på kjemiske reaksjoner ved forbrenning og
τhor, chem.

Diffusjonsforbrenning skjer i prosessen med å blande brennbar gass med luft. Gassen kommer inn i arbeidsvolumet separat fra luften. Hastigheten på prosessen i dette tilfellet vil være begrenset av hastigheten på blanding av gass med luft og τvarm

En rekke diffusjonsforbrenning er blandet (diffusjonskinetisk) forbrenning. Gassen er forhåndsblandet med noe (ikke nok for fullstendig forbrenning) mengde luft. Denne luften kalles primær. Den resulterende blandingen mates inn i arbeidsvolumet. Resten av luften (sekundærluft) kommer inn der separat fra den.

I ovnene til kjeleenheter brukes kinetiske og blandede prinsipper for drivstoffforbrenning oftere. Diffusjonsmetoden brukes oftest i teknologiske industrielle ovner.

Strukturen og lengden på fakkelen, alt annet likt, avhenger av strømningsregimet. Det er laminære og turbulente gassfakler. En laminær flamme dannes ved lave blandingsstrømningshastigheter (Re 3000-flammen er allerede turbulent nær brennerutløpet.

Gassforbrenning skjer i en smal sone kalt forbrenningsfronten. Gassen, foreløpig blandet med et oksidasjonsmiddel, brenner ut i en forbrenningsfront, som kalles en kinetisk. Denne fronten er grensesnittet mellom friskgass-luftblandingen og forbrenningsproduktene. Overflatearealet til den kinetiske forbrenningsfronten bestemmes av hastigheten på kjemiske reaksjoner.

Ved diffusjonsforbrenning av gass dannes en diffusjonsforbrenningsfront, som er grensesnittet mellom forbrenningsproduktene og blandingen av gass med forbrenningsprodukter som diffunderer mot gasstrømmen. Overflatearealet til denne fronten bestemmes av hastigheten for blanding av gassen med oksidasjonsmidlet.

Diffusjonskinetisk forbrenning av gass er preget av tilstedeværelsen av to fronter. Under kinetisk forbrenning forbrukes oksidasjonsmidlet som tilføres i en blanding med gass, under diffusjon brenner den delen av gassen ut som ikke brant under kinetisk forbrenning på grunn av mangel på oksidasjonsmiddel.

På fig. 1 viser oppbygningen av brennende fakler for forskjellige metoder for brennbar gassforbrenning og et diagram over forbrenningsfronten.

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

Den innkommende friske gass-luftblandingen varmes opp ved varmeoverføring ved ledning og stråling fra forbrenningsfronten. Blandingen oppvarmet til antennelsestemperaturen brenner i forbrenningsfronten, og forbrenningsproduktene forlater denne sonen og diffunderer delvis inn i den innkommende blandingen. Plasseringen av forbrenningsfronten over brennerutgangen avhenger av den brennbare gassens fysiske natur, dens konsentrasjon i blandingen, strømningshastighet og andre faktorer. Forbrenningsfronten kan bevege seg i retning vinkelrett på overflaten inntil det er etablert likhet mellom mengden av forbrent og innkommende blanding per enhet frontflate. I dette tilfellet er termisk likevekt også oppfylt: varmestrømmen fra forbrenningsfronten balanseres av motstrømmen til den overførte kalde kildegassen.

Den viktigste egenskapen ved forbrenning av gassformig brensel er hastigheten på normal flammeutbredelse, hastigheten som forbrenningsfronten beveger seg langs normalen til overflaten i retning av den motgående gass-luftblandingen. Hvis og er lik projeksjonen av strømningshastighetsvektoren på normalen til frontflaten, vil denne fronten være stasjonær i forhold til brennerutgangen. Hovedfaktorene som hastigheten på normal flammeutbredelse avhenger av er reaktiviteten til gassen, dens konsentrasjon i blandingen og forvarmingstemperaturen til blandingen.

Reaktiviteten til en gass bestemmes av verdien av aktiveringsenergien. Det er klart at gasser med lav aktiveringsenergi reagerer med et oksidasjonsmiddel i en høyere hastighet, og disse gassene er preget av høye flammeutbredelseshastigheter (hydrogen, acetylen). Mengden varme som frigjøres under forbrenningen og temperaturen i forbrenningsfronten avhenger av konsentrasjonen av gassen og blandingen. Den første oppvarmingen av blandingen øker temperaturen i fronten. Hvis blandingens utstrømningshastighet er mye høyere enn flammeforplantningshastigheten, kan brenneren tas av. Hvis eksoshastighetene er betydelig mindre enn flammens forplantningshastigheter, er det en tilbaketrekking (overshoot) av flammen inn i brenneren.

5. Nedre og øvre eksplosjonsgrense for brennbare gasser

Et annet viktig trekk ved forbrenning av gass-luftblandinger er tilstedeværelsen av konsentrasjonsgrenser. Brennbare gasser kan antennes eller eksplodere hvis de blandes i visse (for hver gass) proporsjoner med luft og varmes opp til minst antennelsestemperaturen. Antennelse og ytterligere spontan forbrenning av gass-luftblandingen ved visse forhold mellom gass og luft er mulig i nærvær av en brannkilde (til og med en gnist).

Det er nedre og øvre konsentrasjonsgrenser for eksplosivitet (brennbarhet) - minimum og maksimum prosentandel av gass i blandingen der den kan antennes og eksplodere.

Den nedre grensen tilsvarer minimum, og den øvre - til maksimal mengde gass i blandingen, ved hvilken de antennes (under tenning) og spontan (uten varmetilførsel fra utsiden) flammeforplantning (selvantennelse). De samme grensene tilsvarer eksplosiviteten til gass-luftblandinger.

Den nedre eksplosjonsgrensen tilsvarer minimumskonsentrasjonen av drivstoffdamp i en blanding med luft, hvor det oppstår en eksplosjon når en flamme oppstår. Den øvre eksplosjonsgrensen tilsvarer den maksimale konsentrasjonen av drivstoffdamp i en blanding med luft, over hvilken det ikke lenger oppstår et utbrudd på grunn av mangel på oksygen i luften. Jo bredere spekteret av brennbarhetsgrenser (også kalt eksplosjonsgrenser) og jo lavere nedre grense er, jo mer eksplosiv er gassen. De fleste hydrokarboner har lave eksplosjonsgrenser. For CH4-metan er nedre og øvre eksplosjonsgrense henholdsvis 5 % og 15 % i volum.

En rekke gasser har de bredeste eksplosive (brennbarhets)grensene: hydrogen (4,0 - 75 %), acetylen (2,0 - 81 %) og karbonmonoksid (12,5 - 75 %). Det volumetriske innholdet av brennbar gass i gass-luftblandingen, under hvilket flammen ikke kan spre seg spontant i denne blandingen når en høytemperaturkilde innføres i den, kalles den nedre konsentrasjonsgrensen for antennelse (flammeutbredelse) eller den nedre eksplosjonsgrensen. av denne gassen. En blanding av gass og luft er således eksplosiv bare hvis innholdet av brennbar gass i den ligger i området mellom nedre og øvre eksplosjonsgrense.

Eksistensen av brennbarhetsgrenser (eksplosive) er forårsaket av varmetap under forbrenning. Når en brennbar blanding fortynnes med luft, oksygen eller gass, øker varmetapene, flammens forplantningshastighet reduseres, og forbrenningen stopper etter at tennkilden er fjernet.

Med en økning i temperaturen på blandingen utvides brennbarhetsgrensene, og ved en temperatur som overstiger selvantennelsestemperaturen, brenner gassblandinger med luft eller oksygen i et hvilket som helst volumforhold.

Brennbarhetsgrensene (eksplosive) avhenger ikke bare av typene brennbare gasser, men også av forholdene under forsøkene (beholderkapasitet, varmeeffekt fra tennkilden, blandingstemperatur, flammeutbredelse opp, ned, horisontalt, etc.). Dette forklarer de noe forskjellige verdiene til disse grensene i ulike litterære kilder. Når flammen sprer seg fra topp til bunn eller horisontalt, øker de nedre grensene litt, og de øvre avtar.

Det beregnede overtrykket under eksplosjonen av slike blandinger er som følger: naturgass - 0,75 MPa, propan og butan - 0,86 MPa, hydrogen - 0,74 MPa, acetylen - 1,03 MPa. Under reelle forhold når ikke eksplosjonstemperaturen maksimumsverdiene, og de resulterende trykkene er lavere enn de som er angitt, men de er ganske tilstrekkelige til å ødelegge ikke bare foringen av kjeler, bygninger, men også metallbeholdere hvis en eksplosjon oppstår i dem.

Hovedårsaken til dannelsen av eksplosive gass-luftblandinger er lekkasje av gass fra gassforsyningssystemer og dets individuelle elementer (lekkasje av beslag, slitasje på pakkbokstetninger, ødelagte sømmer i gassrørledninger, lekkasje av gjengede forbindelser, etc. ), samt ufullkommen ventilasjon av rom, ovner og gasskanaler kjeler og ovner, kjellere og forskjellige underjordiske verktøybrønner. Oppgaven til driftspersonellet for gasssystemer og installasjoner er rettidig oppdagelse og eliminering av gasslekkasjer og streng implementering av produksjonsinstruksjoner for bruk av gassformig drivstoff, samt ubetinget høykvalitets implementering av planlagt forebyggende inspeksjon og reparasjon av gassforsyningssystemer og gassutstyr.

6. Funksjoner ved forbrenning av flytende drivstoff

Det viktigste flytende drivstoffet som brukes i dag er fyringsolje. I installasjoner med liten kapasitet brukes også fyringsolje, som er en blanding av teknisk parafin med harpiks. Metoden for forbrenning av flytende brensel i atomisert tilstand har størst praktisk anvendelse. Atomisering av drivstoffet gjør det mulig å akselerere forbrenningen betydelig og oppnå høye termiske spenninger i volumene til forbrenningskamrene på grunn av en økning i overflatearealet av kontakt mellom drivstoffet og oksidasjonsmidlet.

Kokepunktet for flytende drivstoff er alltid lavere enn deres selvantennelsestemperatur, det vil si minimumstemperaturen i miljøet, fra hvilket drivstoffet antennes og deretter brenner uten en ekstern varmekilde. Denne temperaturen er høyere enn tenningstemperaturen, hvor drivstoffet bare brenner i nærvær av en ekstern tennkilde (gnist, varm spole, etc.). På grunn av dette, i nærvær av et oksidasjonsmiddel, er forbrenning av flytende drivstoff bare mulig i damptilstand. Denne omstendigheten er den viktigste for å forstå mekanismen til forbrenningsprosessen for flytende brensel.

Prosessen med å brenne flytende drivstoff inkluderer følgende stadier: 1 - atomisering (sprøyting) ved hjelp av dyser; 2 - fordampning og termisk dekomponering av drivstoff; 3 - blande de resulterende produktene med luft; 4 - blandingsantenning; 5 - faktisk forbrenning.

Formålet med atomisering er å øke kontaktflaten til væsken med luft og gasser. I dette tilfellet øker overflaten med flere tusen ganger. På grunn av den sterke strålingen fra den brennende fakkelen, fordamper dråpene veldig raskt og gjennomgår termisk dekomponering (sprekker).

En dråpe flytende drivstoff som har falt inn i et oppvarmet volum, hvis temperatur er høyere enn selvantennelsestemperaturen, begynner delvis å fordampe. Drivstoffdamper blandes med luft, og det dannes en damp-luftblanding. Antennelse skjer i det øyeblikket da konsentrasjonen av damper i blandingen når en verdi som overstiger verdien ved den nedre konsentrasjonsgrensen for antennelse. Forbrenningen opprettholdes deretter spontant på grunn av varmen som mottas av dråpen fra forbrenningen av den brennbare blandingen. Fra og med tenningsøyeblikket øker fordampningshastigheten, siden forbrenningstemperaturen til den brennbare damp-luftblandingen betydelig overstiger starttemperaturen til volumet der det forstøvede drivstoffet innføres.

Således er forbrenning av flytende drivstoff preget av to innbyrdes relaterte prosesser: fordampning av drivstoff på grunn av frigjøring av varme fra den brennende damp-luftblandingen og den faktiske forbrenningen av denne blandingen nær overflaten av dråpen. Homogen forbrenning av en damp-luftblanding er en kjemisk prosess, mens fordampningsprosessen er fysisk av natur. Den resulterende hastigheten og brenntiden for flytende drivstoff vil bli bestemt av intensiteten til den fysiske eller kjemiske prosessen.

Når du brenner flytende drivstoff, består fakkelen av tre faser: 1 - væske; 2 - fast (dispergert karbon fra dekomponering av flytende hydrokarboner); 3 - gassformig.

Forbrenningshastigheten, som ved forbrenning av brennbare gasser, avhenger av forholdene for blandingsdannelse, graden av foreløpig lufting, graden av brennerens turbulens, temperaturen i forbrenningskammeret og betingelsene for utviklingen av brenneren. Høymolekylære hydrokarbongasser, som spaltes ved høye temperaturer til enkle forbindelser, avgir svart karbon, hvis partikkelstørrelse er veldig liten (~ 0,3 mikron). Disse partiklene, når de varmes opp, gir gløden til flammen. Det er mulig å redusere lysstyrken til tunge hydrokarbonflammer. For å gjøre dette må det utføres en delvis forblanding, dvs. en viss mengde luft må tilføres dysen. Oksygen endrer arten av nedbrytningen av organiske molekyler: karbon frigjøres ikke i fast form, men i form av karbonmonoksid, brennende med en blåaktig gjennomsiktig flamme.

Hvis forbrenningshastigheten til de resulterende dampene betydelig overstiger, blir fordampningshastigheten tatt som forbrenningshastigheten, og deretter τforbrenning = τfysisk + τkjem.

Ellers, når hastigheten på kjemisk interaksjon av damper med et oksidasjonsmiddel er mye lavere enn hastigheten på drivstofffordampning, vil intensiteten av forbrenningsprosessen avhenge helt av hastigheten på kjemiske reaksjoner av forbrenning av damp-luftblandingen og dråpefordampning er det lengste stadiet av forbrenning av flytende brensel. Derfor, for vellykket og økonomisk forbrenning av flytende drivstoff, er det nødvendig å øke spredningen av sprayen.

7. Forbrenning av fast brensel (heterogen forbrenning)

For forbrenning av drivstoff er det nødvendig med en stor mengde luft, som er flere ganger større enn mengden drivstoff i vekt. Når drivstofflaget blåses med luft, kan kraften til det aerodynamiske trykket til strømmen P være mindre enn vekten av et stykke drivstoff G eller omvendt mer enn det. I ovner med en "fluidisert seng" er "koking" forbundet med separasjon av brenselpartikler, noe som øker volumet av laget med 1,5-2,5 ganger. Bevegelsen av drivstoffpartikler (vanligvis er de fra 2 til 12 mm) ligner på bevegelsen til en kokende væske, og det er grunnen til at et slikt lag kalles "koking".

I ovner med "fluidisert" sjikt sirkulerer ikke gass-luftstrømmen i lagsonen, men blåser direkte gjennom laget. Luftstrømmen som penetrerer laget opplever ujevn retardasjon, noe som skaper et komplekst hastighetsfelt der partikler hele tiden endrer vindstyrke avhengig av deres posisjon i strømmen. I dette tilfellet får partiklene en rotasjons-pulserende bevegelse, som skaper inntrykk av en kokende væske.

Forbrenningsprosessen til fast brensel kan betinget deles inn i stadier som overlapper hverandre. Disse trinnene foregår under forskjellige temperatur- og termiske forhold og krever forskjellige mengder av oksidasjonsmidlet.

Ferskt brensel som kommer inn i ovnen blir utsatt for mer eller mindre rask oppvarming, fuktighet fordamper fra det og flyktige stoffer frigjøres - produkter av tørr destillasjon av drivstoff. Samtidig fortsetter prosessen med koksdannelse. Koksen brennes og forgasses delvis på risten, og de gassformige produktene brennes i ovnsrommet. Den ikke-brennbare mineraldelen av drivstoffet blir til slagg og aske under forbrenningen av drivstoffet.

8. Design av ulike ovner

En forbrenningsenhet eller ovn er en del av en kjeleenhet, som er designet for å brenne drivstoff og frigjøre varmen kjemisk bundet i den. Samtidig er ovnen en varmevekslingsanordning der en del av varmen som frigjøres ved forbrenning av brensel avgis til varmeflatene ved stråling. I tillegg, når fast brensel brennes i ovnen, faller noe av den resulterende asken ut.

I samsvar med typen brennstoff som brennes, skilles ovner for brenning av fast, flytende og gassformig brensel. I tillegg er det ovner der forskjellige typer drivstoff kan brennes samtidig: fast med væske eller gassformig, flytende og gassformig.

Det er tre hovedmåter å brenne drivstoff på: i et lag, en fakkel og en virvelvind (syklon). I samsvar med dette er ovnene delt inn i tre store klasser: lagdelt, fakkel og virvel. Flare- og virvelovner kombineres ofte til en generell klasse av kammerovner.

Ris. 2. : a - tett lag; b - "kokende" lag; c og d - suspendert lag (heterogene plumer)

I laget brennes drivstoffet under kjeleenheter med en dampeffekt på opptil 20-35 t/t. Bare fast klumpete brensel kan brennes i laget, for eksempel: brun- og steinkull, klumpete torv, oljeskifer, ved. Brenselet som skal brennes i laget, lastes på risten, som det ligger i et tett lag. Forbrenning av drivstoff skjer i en luftstrøm som trenger inn i dette laget, vanligvis fra bunnen og opp.

Ovner for brenning av brensel i et lag er delt inn i tre klasser (fig. 3):

1 - ovner med en fast rist og et lag med drivstoff festet på den (fig. 3, a og b);

2 - ovner med en bevegelig rist som beveger drivstofflaget som ligger på det (fig. 3, c, d);

3 - ovner med en fast rist og et lag med drivstoff som beveger seg langs den (fig. 3, e, f, g).

Ris. 3. Ordninger av ovner for brenning av drivstoff i et lag: a - manuell horisontal rist; b - en ovn med et hjul på et fast lag; i - et brannkammer med et kjede mekanisk gitter; g - en ovn med et mekanisk omvendt kjedegitter og et trinsehjul; d - en brannkasse med en skjærestang; e - en brannboks med en rist; g - brannboks til Pomerantsev-systemet

Den enkleste ovnen med fast rist og fast brensellag er en ovn med manuell horisontal rist (fig. 3, a). Alle typer fast brensel kan brennes på denne risten, men behovet for manuelt vedlikehold begrenser omfanget i kjeler med svært lav dampeffekt (opptil 1-2 t/t).

For stratifisert forbrenning av drivstoff under kjeler med større dampkapasitet, er vedlikeholdet av ovnen mekanisert og fremfor alt tilførselen av ferskt drivstoff til den.

I ovner med fast rist og fast brensellag utføres mekanisering av lasting ved hjelp av hjul 1, som kontinuerlig laster ferskt brensel mekanisk og sprer det over overflaten av risten 2 (fig. 3, b). I slike ovner er det mulig å brenne hardt og brunt kull, og noen ganger antrasitt under kjeler med en dampeffekt på opptil 6,5-10,0 t / t.

Klassen av ovner med en bevegelig rist som beveger drivstofflaget som ligger på den inkluderer ovner med en mekanisk kjettingrist (fig. 3, c), som utføres i forskjellige modifikasjoner. I denne ovnen strømmer brensel fra matetrakten 1 ved hjelp av tyngdekraften til fronten av den sakte bevegelige endeløse kjettingristen 2, som mater det inn i ovnen. Brennende brensel beveger seg kontinuerlig langs ovnen sammen med ristplaten. Samtidig brenner den helt ut, hvoretter slagget som dannes i enden av risten, helles i slaggbeholderen 3.

Kjederist brannkasser er følsomme for drivstoffkvalitet. De egner seg best til brenning av sorterte, ikke-kakefrie, middels fuktige og moderat askekull med relativt høyt askesmeltepunkt og flyktig materialutbytte VG = 10-25 % per brennbar masse. Det er også mulig å brenne sortert antrasitt i slike ovner. For arbeid med sintringskull, så vel som på kull med lavtsmeltende aske, er ovner med kjettingrist uegnet. Disse ovnene kan installeres under kjeler med en dampeffekt på 10 til 150 t/t, men i Russland er de installert under dampkjeler med en dampeffekt på 10-35 t/t, hovedsakelig for forbrenning av sortert antrasitt.

For å brenne drivstoff med høyt fuktighetsinnhold, spesielt torv, kombineres kjettingristen med en sjaktforovn, som er nødvendig for å fortørke drivstoffet. Den vanligste sjaktkjede brannkassen er brennkammeret prof. T. F. Makarieva.

En annen type brannboks i denne klassen er brannbokser med omvendt kjettingrist og hjul. I disse ovnene beveger ristplaten seg i motsatt retning, dvs. fra ovnens bakvegg til fronten. Hjulene er plassert på frontveggen av ovnen, og tilfører kontinuerlig drivstoff til lerretet. Det brente slagget helles fra risten i en slaggbeholder plassert under ovnens front. Ovnene av den aktuelle typen er mye mindre følsomme for brenselkvalitet enn ovner med rettløpende rist, derfor brukes de til å brenne både sortert og usortert hard- og brunkull under kjeler med en dampeffekt på 10-35 t/t .

Brannkasser med en fast rist og et lag med drivstoff som beveger seg langs den er basert på forskjellige prinsipper for organisering av prosessene for bevegelse og forbrenning av drivstoff. I ovner med en skrustang beveger drivstoffet seg langs en fast horisontal rist med en spesiell stang av spesiell form, og beveger seg frem og tilbake langs risten. De brukes til å brenne brunkull under kjeler med en dampkapasitet på opptil 6,5 t / t. En type brennkammer med skrustang er en brennkammer med fakkellag av prof. S. V. Tatishchev, som ble brukt til å brenne malt torv under kjeler med en dampkapasitet på opptil 75 t / t. Den skiller seg fra en konvensjonell ovn med skorstein ved tilstedeværelsen av en sjaktforovn, der malt torv blir forhåndstørket av røykgasser som suges inn i sjakten av en spesiell ejektor. Dette brennkammeret kan også brenne brunt og steinkull.

I ovner med skrå rist og høyhastighetsovner i V.V. Pomerantsev-systemet, glir brenselet, etter å ha kommet inn i ovnen ovenfra, under forbrenning under påvirkning av tyngdekraften inn i den nedre delen av ovnen, slik at nye deler av drivstoffet kommer inn i ovnen. ovnen. Disse ovnene brukes til å brenne vedavfall under kjeler med en dampeffekt på 2,5 til 20 t / t, og gruveovner og for å brenne klumpete torv - under kjeler med en dampeffekt på opptil 6,5 t / t.

I forbindelse med særegenhetene ved drivstoffbalansen i Russland, hvor det hovedsakelig brukes hardt og delvis brunt kull, er ovner med hjul og mekaniske kjederister mest vanlige. Ovner designet for å brenne torv, skifer og tre er mye mindre vanlige, siden disse typer drivstoff spiller en sekundær rolle i drivstoffbalansen i Russland.

Fakkelprosessen kan brenne fast, flytende og gassformig brensel. Hvori:

Gassformig drivstoff krever ingen foreløpig forberedelse;

Fast brensel må forhåndsmales til et fint pulver i spesielle pulveriseringsinstallasjoner, hvor hovedelementet er kullmøller;

Flytende brensel må forstøves til svært fine dråper i spesielle dyser.

Flytende og gassformig brensel brennes under kjeler av enhver dampkapasitet, og pulverisert brensel brennes under kjeleenheter med en dampkapasitet fra 35-50 t/t og over.

Fakkelforbrenning av hver av de tre drivstofftypene er forskjellig i spesifikke egenskaper, men de generelle prinsippene for fakkelforbrenningsmetoden forblir de samme for ethvert drivstoff.

Fakkelovnen (fig. 4) er et rektangulært kammer 1 laget av ildfast murstein, inn i hvilket drivstoff og luften som er nødvendig for forbrenningen, det vil si drivstoff-luftblandingen, innføres i nær kontakt gjennom brennere 2. Denne blandingen antennes og brenner i den resulterende flammen. Gassformige forbrenningsprodukter forlater ovnen i dens øvre del. Når pulverisert brensel forbrennes med disse forbrenningsproduktene, føres også en betydelig del av brenselasken inn i kjelens gasskanaler, og resten av asken faller inn i den nedre delen (slaggtrakten) av ovnen i form av slagg.

Ris. fire.: en - enkeltkammerovn for pulverisert brensel med fjerning av fast slagg; b - enkeltkammerovn for pulverisert brensel med flytende slaggfjerning; c - ovn for flytende og gassformig brensel; g - en ovn med et halvåpent forbrenningskammer for brenning av pulverisert brensel

Veggene i forbrenningskammeret er dekket fra innsiden med et system av vannkjølte rør - ovnsvannskjermer. Disse skjermene er utformet for å beskytte belegget i forbrenningskammeret mot slitasje og ødeleggelse under påvirkning av den høye temperaturen til fakkelen og smeltet slagg, men viktigst av alt representerer de en effektiv varmeoverflate som absorberer en stor mengde varme som sendes ut av lommelykt. Derfor blir disse forbrenningssilene et meget effektivt middel for å kjøle ned røykgassene i brennkammeret.

Fakkelovner for pulverisert brensel er delt inn i to klasser i henhold til metoden for slaggfjerning: a) ovner med askefjerning i fast tilstand; b) ovner med flytende slaggfjerning.

Ovnens kammer 1 med fjerning av slagg i fast tilstand (fig. 4, a) er begrenset nedenfra av en slaggtrakt 3, hvis vegger er beskyttet av silrør. Denne trakten kalles "kald". Slaggdråper som faller fra fakkelen og faller inn i denne trakten, på grunn av den relativt lave temperaturen til mediet i den, størkner, granulerer til separate korn. Fra den kalde trakten kommer slagggranuler gjennom halsen 4 inn i slaggmottaksanordningen 5, hvorfra de fjernes ved hjelp av en spesiell mekanisme inn i aske-askefjerningssystemet.

Ovnkammeret 1 med flytende slaggfjerning (fig. 4, b) er begrenset nedenfra av en horisontal eller svakt skrånende ildsted 3, nær hvilken, som et resultat av termisk isolasjon av den nedre delen av ovnsskjermene, en temperatur som overstiger askesmeltetemperaturen opprettholdes. Som et resultat av dette forblir slaggen som har falt fra fakkelen ned på denne ildstedet i smeltet tilstand og strømmer ut av ovnen gjennom tappehullet 4 inn i slaggmottaksbadet 5 fylt med vann, hvor det ved herding, det sprekker til små glassaktige partikler.

Ovner med flytende slaggfjerning er delt inn i ett- (fig. 4, b) og to-kammer for store kjeler (fig. 4, d). I sistnevnte er forbrenningskammeret delt inn i to kamre:

1 - forbrenningskammer der drivstoffforbrenning skjer;

2 - kjølekammer der forbrenningsproduktene avkjøles.

Skjermene til brennkammeret er dekket med varmeisolasjon for å

for å maksimere forbrenningstemperaturen for mer pålitelig å oppnå flytende slagg, og skjermene til kjølekammeret er åpne slik at de kan senke temperaturen på forbrenningsproduktene mer.

Fakkelovner for flytende og gassformig brensel (fig. 4, c) er laget med en horisontal eller svakt skrånende ildsted.

I veldig store kjeleenheter, sammen med prismatisk formede forbrenningskamre, lages såkalte halvåpne kamre, som er preget av tilstedeværelsen av en spesiell klype som deler ovnen i to soner: forbrenning og kjøling. Halvåpne kamre brukes til å brenne pulverisert (fig. 4, d), flytende og gassformig brensel.

Fakkelovner kan også klassifiseres etter type brennere, som er direktestrøm og virvlende, og plasseringen av brennerne i forbrenningskammeret. Brennere er plassert på fronten (fig. 4) og sideveggene og i hjørnene av brennkammeret (fig. 4). I store kjeleenheter er det også mulig å bruke motsatt plassering av brennere på ovnens for- og bakvegger (fig. 4, d).

I virvelovner (syklon) er det mulig å brenne fast brensel med høyt innhold av flyktige stoffer, knust til støvete tilstand eller til en kornstørrelse på 4-6 mm, samt (fortsatt sjelden) fyringsolje.

Funksjonsprinsippet for syklonovnen er at det i en nesten horisontal (fig. 5, a) eller vertikal sylindrisk forovn 1 med liten diameter dannes en gass-luft-virvel hvor partiklene av brennende drivstoff gjentatte ganger snur til de brenne ut nesten fullstendig i en balansert tilstand.

Ris. 5. : a - en ovn med horisontale syklonforovner; b - ovn med vertikale syklonforovner

Forbrenningsproduktene fra forovnene under forbrenning av fast brensel kommer inn i etterforbrenningskammeret 2, og fra det - inn i kjølekammeret 3 og deretter inn i gasskanalene til kjeleenheten. Slagg fra forovnene fjernes i flytende form gjennom tappehull 5, og for å øke mengden fanget slagg mellom etterbrenneren og kjølekammeret eller mellom syklonforovnene og etterbrenneren, er en slaggfangende bunt av rør 4 installert Ved brenning av fyringsolje, og noen ganger knust fast brensel, lages det ikke etterbrennere og forbrenningsproduktene fjernes direkte fra forovnene inn i kjølekammeret. Syklonovner brukes i kjeleenheter med relativt høy dampeffekt.

I tillegg til de tre hovedmetodene for drivstoffforbrenning som er oppført ovenfor, er det noen mer mellomliggende metoder.

Forbrenning av fast brensel skjer i to trinn: termisk forberedelse; selve forbrenningen.

I det første trinnet varmes drivstoffet og tørkes. Ved 100 C begynner pyrogenetisk dekomponering av drivstoffkomponenter med frigjøring av gassformige flyktige stoffer. (Sone I). Varigheten av denne prosessen avhenger av fuktighetsinnholdet i drivstoffet, partikkelstørrelsen og betingelsene for varmeveksling mellom drivstoffpartiklene og forbrenningsmediet.

Drivstoffforbrenning begynner med antennelse av flyktige stoffer (sone II). t i denne sonen er 400-600 C. Ved forbrenning frigjøres varme, noe som gir akselerert oppvarming og antennelse av koksresten. (To nødvendige forhold for at drivstoffet skal brenne ut: temperatur og tilstrekkelig mengde oksidasjonsmiddel. I enhver ovn er det 2 innganger: en for drivstoff og den andre for oksidasjonsmiddel)

Denne prosessen skjer på tideler av et sekund. Flyktige brenner fra 0,2 til 0,5 sekunder. Q skiller seg ut når t 800-1000 - sone III begynner. Forbrenning av koks begynner ved en temperatur på 1000 C og skjer i region III. Denne prosessen er lang. 1 – Tgassformig medium rundt partikkelen. 2-Tselve partikkelen . Jeg– termisk forberedelsessone,II- sonen for forbrenning av flyktige stoffer,III– forbrenning av kokspartikler.

III - heterogen prosess. Hastigheten avhenger av oksygentilførselshastigheten. Brenntiden til en kokspartikkel er fra ½ til 2/3 av den totale brennetiden (fra 1 til 2,5 s) - avhenger av typen og størrelsen på drivstoffet. For unge drivstoff er karbonifiseringsprosessen ikke fullført, et stort utbytte av flyktige stoffer. Koksrester< ½ начальной массы частицы. Горение идет быстро, возможность недожога низкая. У стар. топ. большой коксовый остаток, ближе к начальн размерам частиц. Время горения 1 мм ~ 1-2,5 с. Кокс остаток С = 60-97% массы топлива органического. 1 – kokspartikkelomdreining, 2 – smalt laminært lag med tykkelse δ, 3 – turbulent strømningssone.

Oksygen tilføres fra miljøet til karbonpartikkelen på grunn av turbulent diffusjon, som har høy intensitet, men nær overflaten av partikkelen er det et tynt gasslag (2), hvor tilførselen av oksidasjonsmidlet følger lovene for molekylær diffusjon. (lam sl) - det hemmer tilførselen av oksygen til overflaten av partikkelen. I dette laget foregår forbrenningen av brennbare gasskomponenter som frigjøres fra karbonoverflaten under kjemiske reaksjoner.

Mengden oksygen som tilføres per tidsenhet til en enhetsoverflate av en partikkel ved hjelp av turbulent diffusjon bestemmes av:

GOK \u003d A (SPOT - CSL) (1) , A - sett med turbulent masseoverføring. Den samme mengden oksygen diffunderer gjennom nedsenkingslaget på grunn av molekylær diffusjon:

GOK = Dδ (CSL - SPOV) (2) D – sett med mol dif- og h/h nedsenkingslag δ. ssl = GOK* δ D+ SPOV, GOK \u003d A (SPOT - GOK* δ D– SPOV), GOK = MEN*( FRA POT - SPOV ) 1+ AδD = ( FRA POT - SPOV ) 1 MEN + δ D = αD*(SPOT - SPOV) , 1 MEN + δ D= αD er den generaliserte diffusjonshastighetskonstanten.

Antall oppsummerte ok-la avhenger av αD og forskjellen mellom konsentrasjonene av strømningen og overflaten. Tilførselen av oksygen til den reagerende brenseloverflaten bestemmes av diffusjonshastigheten og oksygenkonsentrasjonen i strømmen og på den reagerende overflaten.

I steady-state forbrenningsregimet er mengden oksygen som tilføres reaksjonsoverflaten ved diffusjon lik mengden oksygen som har reagert med denne overflaten.

ωР = αD(SPOT - SPOV) . Samtidig er brennhastigheten: ωG = k * PHRS, hvis de er like, kan den bestemme: ωG = 1 1 K + 1 α D* FRASVETTE= kg*SPOT. KG = 1 1 K + 1 α D = K * α D α D + K (*) er den reduserte forbrenningskonstanten. 1 k G = 1 K + 1 α D er den generaliserte motstanden mot forbrenningsprosessen. 1/k - kinetisk motstand, bestemt av intensiteten av strømmen av kjemisk stråling og forbrenning; 1/αD - fysisk (diffusjons) motstand - avhenger av intensiteten til oksidasjonsmiddeltilførselen.

Avhengig av motstanden skilles de kinetiske og diffusjonsområdene ved heterogen forbrenning.

I – kinetisk område (ωG = k*PHOT), II – mellomareal, III – diffusjonsområde (ωG = αD*PHOT)

I følge Arrhenius-loven avhenger hastigheten av en kjemisk reaksjon av temperaturen. αD (const sk-ti dif-i) reagerer svakt på temperaturen. Ved temperaturer under 800-1000 C går den kjemiske reaksjonen sakte, til tross for overskudd av O2 nær den faste overflaten. I dette tilfellet er 1/k en stor verdi - forbrenningen forsinkes av kinetikken til p-u (t er liten) og området kalles Det kinetiske forbrenningsområdet. (1/k >> 1/aD). k<<αД, kГ ~k (*) - Siden p-th er treg, forbrukes ikke oksygen tilført ved diffusjon og konsentrasjonen ved reaksjonsoverflaten er omtrent lik konsentrasjonen i strømmen ωG = k * PHRS - dette er brennhastigheten i det kinetiske området.

Forbrenningshastigheten i det kinetiske området vil ikke endres med økt tilførsel av oksygen, ved å forbedre aerodynamiske prosesser (regionJeg), men avhenger av den kinetiske faktoren, nemlig temperaturen. Tilgangen på ok-la >> forbruk - konsentrasjonen på overflaten endres nesten ikke. Når t øker, øker reaksjonshastigheten, og konsentrasjonen av O2 og C synker. Videre fører t til en økning i brennhastigheten og dens verdi begrenses av mangel på O2-tilførsel til overflaten, utilstrekkelig diffusjon. Overflateoksygenkonsentrasjon →0 .

Forbrenningsområdet der prosesshastigheten avhenger av diffusjonsfaktorer kalles diffusjonsområdeIII. Her k>>αD ( Fra * ): kg~αD. Diffusjonshastigheten for forbrenningen begrenses av tilførselen av O2 til overflaten og dens konsentrasjon i strømmen.

Diffusjons- og kinetiske områdene er atskilt av en mellomsone II, hvor oksygentilførselshastigheten og hastigheten på den kjemiske reaksjonen er omtrent lik hverandre. Jo mindre størrelsen på fast brensel er, desto større er området for varme- og masseoverføring.

I region II og III kan brenningen forbedres ved å gi en ok-la. Ved høye hastigheter, ok-la, avtar motstanden og tykkelsen på det laminære laget og tilførselen av ok-la øker. Jo høyere hastighet, jo mer intensivt blandes drivstoffet med O2 og jo mer t er det en overgang fra kinetisk til industriell, deretter til differensialregion. Med en reduksjon i partikkelstørrelse øker arealet av kinetisk forbrenning, siden små partikler har en mer utviklet varme- og masseutveksling med miljøet.

D1>d2>d3, v1>v2>v3

D - partikkelstørrelse på pulverisert drivstoff, v - hastighet på blanding av drivstoff med luft - hastighet på tilførsel av ok-la

Tenning av eventuelt drivstoff begynner ved relativt lav t med tilstrekkelig antall ok-la (I). Ren differensialforbrenning III - begrenset av brennerens kjerne. En økning i temperatur fører til et skifte til området for diffusjonsforbrenning. Diffusjonsforbrenningssonen er lokalisert fra flammekjernen til etterforbrenningssonen, hvor konsentrasjonen av reaktanter er lav og deres interaksjon bestemmes av diffusjonslovene.

Således, hvis forbrenningen fortsetter i et diffusjons- eller mellomområde, med en reduksjon i partikkelstørrelsen til pulverisert brensel, skifter prosessen mot kinetisk forbrenning. Området med ren diffusjonsforbrenning er begrenset. Dette observeres i flammens kjerne med maksimal forbrenningstemperatur. Utenfor kjernen skjer forbrenning i det kinetiske eller mellomliggende området, som er preget av en sterk avhengighet av forbrenningshastigheten på temperaturen.

De kinetiske og mellomliggende forbrenningsområdene forekommer også i antennelsessonen til støv-luftstrømmen, og forbrenningen av brennstoff av alle typer med foreløpig blandingsdannelse foregår i diffusjons- eller mellomområdet.