Glavne faze procesa spaljivanja goriva. Velika enciklopedija nafte i plina

Stadiju izgaranja prethodi faza paljenja goriva povezanog s njegovim grijanjem. Ovaj stupanj ne zahtijeva kisik, a tijekom njegovog protoka gorivo je potrošač topline. Što je temperatura goriva brža, to se intenzivnije pali. Očito, čimbenici koji zapaljuju paljenje su: visoka vlažnost goriva, povišena temperatura paljenja, mala površina koja prima toplinu, niska početna temperatura goriva i opskrba peći bez zagrijavanja.

Faza gorenja je glavni potrošač zraka. U ovoj fazi se oslobađa glavni dio topline goriva i razvijaju se najviše temperature. Što više isparljiva tvar  emitira gorivo, intenzivnije dolazi do gorenja i mora doći do koncentriranijeg zraka. Stupanj izgaranja zahtijeva malo zraka; prema tome, malo je topline.

Stupanj spaljivanja vodika najduži je u životu zvijezde. Fotonska osvijetljenost zvijezda na glavnom nizu, gdje gori vodik, obično je manja nego u kasnijim fazama evolucije, a njihova neutrinska svjetlost je znatno manja, s obzirom na to da središnje temperature ne prelaze 4 107 K. Stoga su zvijezde glavnih slijedova najčešće u galaksiji iu cijelom svemiru (vidi poglavlje 3).

Stupanj sagorijevanja vodika u jezgri zauzima veći dio života zvijezde, a zvijezde solarne masene mase ostaju na glavnom slijedu oko 1010 godina. Odgovarajući stupanj za zvijezde s masom 20 MQ traje samo 106 godina, dok bi zvijezde mase 0 ZM0 trebale provesti 3 1011 godina u ovoj fazi, što je 30 puta više od starosti Galaksije.

Izgaranje plinovitog zapaljivog i koksa prati stvaranje topline, koja osigurava povećanje temperature potrebno za ubrzanje oksidacije koksa.

U fazi gorenja, glavni dio zraka se troši, a glavni dio goriva se oslobađa. Temperature u ovoj fazi procesa dosežu najviše vrijednosti. Izgaranje hlapljivih tvari odvija se najbrže, zbog čega je potrebna koncentrirana opskrba zrakom i velika pozornost na osiguravanje brzog i potpunog stvaranja smjese.

Faza sagorijevanja uključuje spaljivanje hlapivih tvari, koksa na temperaturama iznad 1000 ° C, uz potrošnju većine potrebnog zraka i oslobađanje glavne količine topline. Stupanj spaljivanja karakterizira najviša temperatura. Izgaranje hlapljivih tvari se odvija brzo, stoga je iznimno važno da se na koncentrirani način dostavi dovoljna količina zraka u uvjetima potpunog stvaranja smjese. Koks sagorijeva sporije, a reakcija ugljika s kisikom odvija se na površini čestica koksa. Intenzitet sagorijevanja koksa je viši, što je gorivo sitnije. Posljednja faza sagorijevanja krutog goriva je naknadno izgaranje, što zahtijeva manje zraka i popraćeno je manje topline. Razvoj ove faze kasni zbog začepljenja čestica koksa s pepelom, što otežava pristup zraka njima, posebno u gorivima s niskim tlakom pepela.

Drugo, faza sagorijevanja ostatka koksa je najduža od svih faza i može potrajati do 90% ukupnog vremena potrebnog za sagorijevanje.

Gore navedene faze sagorijevanja tekućeg goriva - zagrijavanje, isparavanje i pirogeno raspadanje raspršenih čestica goriva često ne djeluju dovoljno učinkovito, štoviše, nisu dovoljno kontrolirane, što je uzrokovalo pojavu mlaznica-plamenika s preliminarnim rasplinjavanjem tekućeg goriva.

Na početku faze spaljivanja, odmah nakon trenutka paljenja goriva, temperatura nije vrlo visoka. Brzina gorenja je također niska. Stoga je vrlo važno brzo zapaliti gorivo i brzo podići temperaturu procesa. Nadalje, u glavnom dijelu faze izgaranja, razina temperature u pećima za kotlove je već prilično visoka. Brzina reakcije ugljika s kisikom na površini čestica koksa je odgovarajuće visoka. Stoga je brzina sagorijevanja koksa ograničena u glavnom dijelu faze sagorijevanja koksa ne ovim čimbenikom, već difuzijskim procesima opskrbe kisika gorećim česticama, odvijajući se relativno sporije. Pravilnom organizacijom početnog dijela faze izgaranja upravo ti procesi u većini slučajeva služe kao glavni faktor koji regulira intenzitet sagorijevanja koksa u kotlovnicama.

Glavni uvjeti izgaranja su: prisutnost zapaljive tvari, protok oksidirajućeg sredstva u zonu kemijskih reakcija i kontinuirani razvoj topline potreban za održavanje izgaranja.

Zona paljenja

Zona izloženosti toplini

zona dima prostor u blizini zone izgaranja je nemoguće za ljude da ostanu bez respiratorne zaštite

A - početna faza   požar - od pojave nekontroliranog lokalnog izvora izgaranja do punog pokrivanja prostorije plamenom. Prosječna temperatura u prostoriji je mala, ali unutar i oko zone gorenja lokalne temperature mogu doseći značajnu razinu.

(

C - Faza prigušenja požara - intenzitet procesa izgaranja u prostorijama počinje se smanjivati ​​zbog potrošnje glavne mase zapaljivih materijala u prostoriji ili izloženosti sredstvima za gašenje.

6. Čimbenici koji karakteriziraju mogući razvoj požara (navesti i dati objašnjenja). Zone i stadije požara. Faze razvoja požara, njihove značajke.

Zona paljenja   dio prostora u kojem se odvija proces kemijskog raspadanja i isparavanja

Zona izloženosti toplini   Postoji proces izmjene topline m / d površine i plamena, m / d ograđene strukture i zapaljivog materijala

Zona dima   prostor u blizini zone izgaranja je nemoguće za ljude da ostanu bez respiratorne zaštite

U procesu razvoja požara postoje tri faze:

A - početna faza   vatra  - od pojave nekontroliranog lokalnog ložišta do punog pokrivanja prostorije s plamenom. Prosječna temperatura u prostoriji je mala, ali unutar i oko zone gorenja lokalne temperature mogu doseći značajnu razinu.

B - Faza potpunog razvoja vatre (ili požar koji potpuno zahvaća zgradu). Svi zapaljivi materijali i materijali u prostoriji gori. Intenzitet proizvodnje topline iz zapaljenih objekata dostiže maksimum, što dovodi do brzog porasta temperature u prostoriji do maksimuma (do 1100S)

C - Faza prigušenja požara -    intenzitet procesa sagorijevanja u prostorijama počinje se smanjivati ​​zbog potrošnje glavne mase zapaljivih materijala u prostoriji ili izlaganja sredstvima za gašenje.

7. Pokazatelji opasnosti od požara i eksplozije tvari i materijala (navesti glavne, dati definicije, karakterizirati njihovu primjenjivost ovisno o agregacijskom stanju).

pokazatelji opasnosti od požara i eksplozije tvari i materijala - skup svojstava tvari (materijala) koje karakteriziraju njihovu sposobnost pojavljivanja i širenja izgaranja. Razlikuje se agregacijom:

plinovi - tvari čiji tlak zasićene pare na temperaturi od 25 ° C i tlaku od 101,3 kPa prelazi 101,3 kPa;

tekućine - tvari čiji je tlak zasićene pare na temperaturi od 25 ° C i tlaku od 101,3 kPa manji od 101,3 kPa; tekućine također uključuju krute tvari za taljenje čija je točka taljenja ili kapanja manja od 50 ° C;

krute tvari (materijali) - pojedinačne tvari i njihove smjese s talištem ili padom većim od 50 ° C, kao i tvari koje nemaju točku taljenja (npr. drvo, tkanine itd.);

prašina - raspršene krutine (materijali) s veličinom čestica manjom od 850 mikrona.

8. Definirati i pojasniti sljedeće pojmove: zapaljivost; vatra; vatrootporni materijali; negorivi materijali; zapaljivi materijali. Navedite glavne metode za određivanje zapaljivosti krutih materijala (bez detaljnog objašnjenja njihove suštine).

Zapaljivost -sposobnost materijala i materijala za požar.

Vatra -  početak gorenja pod usponom izvora paljenja.

Početak spaljivanja -početak odabira toplinu na otocima, uz luminiscenciju itd.

Sklonost uzbuđenju.  - sposobnost materijala za samozapaljenje, zapaljenje / zatel iz različitih razloga.

U pogledu zapaljivosti, materijali i materijali podijeljeni su u 3 skupine:

negorivo (vatrootporno)  - pod djelovanjem vatre / visoke. da se ne zapali, ne tinjaju, a ne spaljuju (jedu i umjetnički. organizacijski materijali koji se koriste u gradnji), v / v i materijali koji ne mogu gorjeti u zraku. Nezapaljive tvari u m / b zračnoj obrani (npr. Oksidi ili in / va, koji emitiraju zapaljive proizvode u interakciji s vodom, kisikom iz zraka ili drugim s drugima);

usporivač plamena (usporivač plamena)  - pod djelovanjem vatre / visoke. je teško zapaliti, tinjati i spaliti i nastaviti sagorijevati / tinjati samo kada postoji izvor paljenja (w / w i materijali koji se sastoje od zapaljivih i negorivih: polimernih materijala);

zapaljiv (zapaljiv) - zapaliti, tinjati i nastaviti sagorijevati nakon uklanjanja izvora paljenja (svi organski materijali koji ne zadovoljavaju zahtjeve negorivih i tvrdih materijala); Pri određivanju skupine materijala metodom kalorimetrije kao oscilator, isp. za zapaljivost, tj. rel-e broj topline odabran od strane uzorka tijekom izgaranja na broj topline odabranog izvora paljenja. Nesgor. m., imam mačku. k0,1, trudnosgor. m do = 0,1-0,5, spaljeno. m do = 2.1.

Nanesite s klassifik. materija i materijal za zapaljivost; u određivanju kategorije prostora za EP i softvera u skladu sa zahtjevima tehnologa za standarde. dizajn; u razvoju mjera kojima se osigurava PB.

Izgaranje je proces interakcije goriva s oksidatorom, praćen oslobađanjem topline, a ponekad i svjetla. U golemoj većini slučajeva ulogu oksidirajućeg agensa igra kisik u zraku. Svako gorenje uključuje, prije svega, bliski kontakt između molekula goriva i oksidatora. Stoga, da bi došlo do izgaranja, potrebno je osigurati taj kontakt, tj. Potrebno je miješati gorivo sa zrakom. Prema tome, proces izgaranja sastoji se od dvije faze: 1) mješavine goriva i zraka; 2) sagorijevanje goriva, Tijekom drugog stupnja dolazi do prvog paljenja, a zatim izgaranja goriva,

U procesu izgaranja stvara se plamen u kojem se odvijaju reakcije sagorijevanja sastojaka goriva i nastaje toplina, pri čemu se pri sagorijevanju plinovitih, tekućih i krutih praškastih goriva koristi tzv. Baklja je poseban slučaj plamena, kada gorivo i zrak ulaze u radni prostor peći u obliku mlazova, koji se postupno miješaju. Stoga je oblik i duljina svjetiljke obično sasvim sigurni.

Najčešće u metalurgiji i strojarstvu spaljivanja goriva, aerodinamična osnova procesa su mlazni tokovi, čije se proučavanje temelji na primjeni odredbi teorije slobodne turbulencije na različite slučajeve. Budući da priroda gibanja mlaza u spaljivanju bakljama može biti laminarna i turbulentna, molekularna i turbulentna difuzija igraju važnu ulogu u procesima miješanja. U praksi se pri izradi uređaja za sagorijevanje goriva (plamenika, mlaznica) koriste različite metode projektiranja (one usmjeravaju mlaznice pod kutom jedna prema drugoj, stvaraju uvijanje mlazom, itd.) Kako bi se organiziralo miješanje na način koji je potreban za određeni slučaj sagorijevanja goriva.

Postoji homogeno i heterogeno spaljivanje. Kod homogenog izgaranja dolazi do prijenosa topline i mase između tijela koja su u istom agregatnom stanju. Homogeno izgaranje se odvija u rasutom stanju i karakteristično je za plinovita goriva.

Kod heterogenog izgaranja dolazi do prijenosa topline i mase između tijela koja su u različitom stanju agregacije (plin i površina čestica goriva su u stanju izmjene). Takvo gorenje svojstveno je tekućim i krutim gorivima. Međutim, kod sagorijevanja tekućih i krutih goriva zbog isparavanja kapljica i ispuštanja hlapljivih elemenata dolazi do homogenog izgaranja. Međutim, u heterogenom procesu, uglavnom se odvija izgaranje s površine.

Homogeno izgaranje može se dogoditi u kinetičkim i difuzijskim područjima.

Tijekom kinetičkog sagorijevanja, unaprijed se provodi potpuno miješanje goriva s zrakom, te se u zonu izgaranja dovodi prethodno pripremljena smjesa goriva i zraka. U ovom slučaju, igra se glavna uloga kemijski procesipovezane s pojavom reakcija oksidacije goriva. U homogenom difuzijskom izgaranju procesi miješanja i izgaranja nisu odvojeni i javljaju se gotovo istodobno. U tom slučaju, proces izgaranja se određuje miješanjem, budući da je vrijeme miješanja mnogo dulje od vremena potrebnog za nastavak kemijske reakcije. Dakle, ukupno vrijeme procesa izgaranja sastoji se od vremena stvaranja smjese (τ cm) i vremena stvarne kemijske reakcije (τx), tj.

Kada se pali kinetika, kad se prije pripremi smjesa

U difuzijskom sagorijevanju, naprotiv, vrijeme miješanja je neizmjerno duže od vremena kemijske reakcije.

U slučaju heterogenog izgaranja krutih goriva razlikuju se i kinetička i difuzijska područja. Kinetička regija nastaje kada brzina difuzije u porama goriva uvelike prelazi brzinu kemijske reakcije; područje difuzije nastaje kada je inverzni omjer difuzije i brzine izgaranja.

Sa stajališta miješanja uz pomoć plinskih uređaja, organizacija procesa izgaranja goriva u struji zraka može se provesti na temelju triju principa: difuzijske, kinetičke i mješovite.

Pojava plamena

Pojava plamena (paljenja goriva) može nastati tek nakon što se postigne potreban kontakt molekula goriva i oksidanata. Svaka oksidacijska reakcija odvija se s toplinom. U početku, oksidacijska reakcija je spora s malom količinom topline. Međutim, oslobođena toplina doprinosi povećanju temperature i ubrzanju reakcije, što dovodi do snažnijeg oslobađanja topline, što opet ima povoljan učinak na razvoj reakcije. Dakle, postupno se povećava brzina reakcije do trenutka paljenja, nakon čega se reakcija odvija vrlo visokom brzinom i predstavlja lavinu. U oksidacijskim reakcijama, mehanizam kemijske reakcije i toplinska svojstva oksidacijskog procesa su neraskidivo povezani. Primarni faktor je kemijska reakcija  i sekundarna - toplina. Oba ova fenomena blisko su povezana i utječu jedni na druge.

Utvrđeno je da je paljenje moguće i pod izotermnim uvjetima i uz povećanje temperature. U prvom slučaju dolazi do tzv. Lančanog paljenja, pri čemu se brzina reakcije povećava kao rezultat povećanja broja aktivnih centara koji nastaju samo kao posljedica kemijske interakcije. Najčešće, paljenje se događa u neizotermnim uvjetima, kada dolazi do povećanja broja aktivnih centara kao posljedica i kemijskih interakcija i toplinskog izlaganja. U praktičnom smislu, oni obično pribjegavaju umjetnom paljenju goriva, uvodeći određenu količinu topline u zonu izgaranja, što dovodi do naglog ubrzanja trenutka kada se dostigne paljenje.

Plamište nije fizikalno-kemijska konstanta, koju određuju samo svojstva smjese; ona je određena uvjetima procesa, tj. prirodom razmjene topline s okolinom (temperatura, oblik posude, itd.).

Temperatura paljenja različitih goriva prikazana je u tablici 5. \\ t

Tablica. 5 - temperature paljenja na zraku pri atmosferskom tlaku

tlak u sferi.

Osim temperature, koncentracija gorive komponente u mješavini ima veliki utjecaj na proces paljenja goriva, a minimalne i maksimalne koncentracije gorive komponente, ispod i iznad kojih se ne može dogoditi prisilno paljenje. Takve granične koncentracije nazivaju se donje i gornje granice koncentracije paljenja; njihove vrijednosti za neke plinove dane su u tablici 6. \\ t

Tablica 6 - Granice zapaljenja u zraku i mješavini kisika pri atmosferskom tlaku i temperaturi od 20 ° C

Za utvrđivanje granica zapaljenja industrijskih plinova, koji su mješavina raznih zapaljivih komponenata, upotrijebite pravilo Le Chatelier, prema kojem

Izgaranje goriva je proces oksidacije zapaljivih komponenata koji se javlja na visokim temperaturama i koji je praćen otpuštanjem topline. Priroda izgaranja određena je mnogim čimbenicima, uključujući način izgaranja, projektiranje peći, koncentraciju kisika, itd. Međutim, uvjeti protoka, trajanje i konačni rezultati procesa izgaranja uvelike ovise o sastavu, fizičkim i kemijskim svojstvima goriva.

Sastav goriva

Na kruto gorivo su kamen i lignit, treset, uljni škriljac, drvo. Ove vrste goriva su složeni organski spojevi koji se uglavnom sastoje od pet elemenata - ugljika C, vodika H, ​​kisika O, sumpora S i dušika N. Sastav goriva uključuje i vlagu i negorljive mineralne tvari koje tvore pepeo nakon izgaranja. Vlaga i pepeo su vanjski balast goriva, dok su kisik i dušik unutarnji.

Glavni element zapaljivog dijela je ugljik, koji uzrokuje oslobađanje najveće količine topline. Međutim, što je veći udio ugljika u sastavu krutog goriva, to je teže zapaliti se. Kada se spali, vodik emitira 4,4 puta više topline od ugljika, ali je njezin udio u sastavu krutih goriva mali. Kisik, koji nije element koji stvara toplinu i vezuje vodik i ugljik, smanjuje toplinu izgaranja, stoga je nepoželjan element. Njegov sadržaj u tresetu i drvu posebno je visok. Količina dušika u krutim gorivima je mala, ali može stvarati okside štetne za okoliš i ljude. Sumpor je također štetna nečistoća, emitira malo topline, ali nastali oksidi dovode do korozije metala kotlova i zagađenja atmosfere.

Tehnička svojstva goriva i njihov utjecaj na proces izgaranja

Najvažnije tehničke karakteristike goriva su: toplina izgaranja, prinos hlapljivih tvari, svojstva nehlapljivog ostatka (koks), sadržaj pepela i sadržaj vlage.

Toplina izgaranja

Toplina izgaranja je količina topline koja se oslobađa tijekom potpunog izgaranja jedinične mase (kJ / kg) ili volumena goriva (kJ / m3). Ima višu i nižu kalorijsku vrijednost. Najviša je toplina dobivena kondenzacijom para koje se nalaze u proizvodima izgaranja. Kod spaljivanja goriva u kotlovima peći, ispušni dimni plinovi imaju temperaturu na kojoj je vlaga u parnom stanju. Stoga se u ovom slučaju koristi donja ogrjevna vrijednost, koja ne uzima u obzir toplinu kondenzacije vodene pare.

Sastav i donja ogrjevna vrijednost svih poznatih ležišta ugljena određuju se i navode u projektnim karakteristikama.

Hlapljive tvari

Kada se kruto gorivo zagrijava bez pristupa zraku pod utjecajem visoke temperature, vodena para se najprije ispušta, a zatim dolazi do termičke razgradnje molekula s otpuštanjem plinovitih tvari, nazvanih hlapljive tvari.

Oslobađanje hlapljivih tvari može se dogoditi u temperaturnom rasponu od 160 do 1100 ° C, ali u prosjeku - u temperaturnom rasponu od 400-800 ° C. Temperatura početka ispuštanja hlapljivih tvari, količina i sastav plinovitih produkata ovisi o kemijskom sastavu goriva. Gorivo je kemijski starije, što je niži prinos hlapljivih i viša je temperatura početka njihovog ispuštanja.

Hlapljive tvari omogućuju ranije paljenje krutih čestica i značajno utječu na izgaranje goriva. Mladi u smislu starosti, treseta i lignita, lako se upaljuju, sagorijevaju brzo i gotovo u potpunosti. Naprotiv, slabo hlapljivo gorivo, na primjer, antracit, gori teže, gori mnogo sporije i ne gori u potpunosti (s povećanim gubitkom topline).

Svojstva nehlapljivih ostataka (koksa)

Kruti dio preostalog goriva nakon ispuštanja hlapljivih tvari, koji se sastoji uglavnom od ugljika i mineralnog dijela, naziva se koks. Ostaci koksa mogu ovisiti o svojstvima organskih spojeva koji ulaze u zapaljivu masu: sprženi, slabo kokirani (uništeni pri izlaganju), u prahu. Antracit, treset, mrki ugljen daju praškasti nehlapljivi ostatak. Većina ugljena se peče, ali ne uvijek snažno. Aglomerirani ili praškasti nehlapljivi ostatak daje bituminozni ugljen s vrlo visokim prinosom hlapljivih (42-45%) i vrlo niskog prinosa (manje od 17%).

Struktura ostatka koksa važna je pri sagorijevanju ugljena u pećima na rešetki. Kod spaljivanja u kotlovima na struju, karakteristika koksa nije bitna.

Sadržaj pepela

Čvrsta goriva sadrže najveću količinu negorivih mineralnih nečistoća. To su ponajprije gline, silikati, željezni piriti, ali mogu uključivati ​​i željezni oksid, sulfate, karbonate i silikate željeza, okside različitih metala, kloride, alkalije itd. Većina njih pada tijekom rudarstva u obliku stijena, između kojih se talože ugljeni slojevi, ali postoje i mineralne tvari koje su prešle u gorivo iz agensa za preradu ugljena ili u procesu pretvaranja njegove početne mase.

Kada gorivo izgori, mineralne nečistoće prolaze kroz niz reakcija koje rezultiraju čvrstim nezapaljivim ostatkom, nazvanim pepeo. Težina i sastav pepela nisu identični težini i sastavu mineralnih nečistoća goriva.

Svojstva pepela igraju veliku ulogu u organizaciji kotla i ložišta. Njegove čestice, koje proizvodi za izgaranje odvode, pri velikim brzinama, zagrijavaju površine grijanja, a pri malim brzinama se nanose na njih, što dovodi do pogoršanja prijenosa topline. Pepeo u dimnjak može naštetiti okolišu, kako bi se to spriječilo, potrebna je ugradnja sakupljača pepela.

Važno svojstvo pepela je njegova topljivost, a razlikuju se između vatrostalnog (iznad 1425 ° C), srednje taljenog (1200-1425 ° C) i niskog tališta (manje od 1200 ° C) pepela. Pepeo koji je prošao fazu taljenja i pretvoren u sinteriranu ili fuzioniranu masu naziva se šljaka. Temperaturna karakteristika topljivosti pepela je od velike važnosti kako bi se osigurao pouzdan rad peći i površina kotla, a pravilan odabir temperature plinova u blizini tih površina spriječit će stvaranje šljake.

Vlaga je nepoželjna komponenta goriva, uz mineralne nečistoće, ona je balast i smanjuje sadržaj zapaljivog dijela. Osim toga, smanjuje toplinsku vrijednost, jer dodatno zahtijeva troškove energije za njegovo isparavanje.

Vlaga u gorivu može biti unutarnja i vanjska. Vanjska se vlaga nalazi u kapilarama ili zadržana na površini. Kod kemijske starosti smanjuje se količina kapilarne vlage. Vlažnost površine je veća, što je manje komada goriva. Unutarnja vlaga ulazi u organsku tvar.

Metode sagorijevanja goriva, ovisno o vrsti peći

Glavni tipovi peći:

• slojevi
• komora.

Slojevite peći su dizajnirane za sagorijevanje lumpy krutog goriva. Mogu biti s gustim i fluidiziranim slojem. Kada gori u gustom sloju, zrak za izgaranje prolazi kroz sloj bez utjecaja na njegovu stabilnost, tj. Gravitacija čestica koje gori prelazi dinamički tlak zraka. Kada se sagorijevaju u fluidiziranom sloju zbog povećane brzine zraka, čestice prelaze u "ključajuće" stanje. Kada se to dogodi, aktivno miješanje oksidirajućeg sredstva i goriva, čime se pojačava izgaranje goriva.

U komornim pećima se spaljuje čvrsto gorivo u prahu, kao i tekuće i plinovito. Komorne peći se dijele na ciklon i baklju. Kod spaljivanja, čestice ugljena ne bi smjele biti veće od 100 mikrona, one izgaraju u volumenu komore za izgaranje. Ciklonsko sagorijevanje dopušta veću veličinu čestica, pod utjecajem centrifugalnih sila, one se bacaju na zidove peći i potpuno izgaraju u vrtložnom strujanju u zoni visokih temperatura.

Spaljivanje goriva Glavne faze procesa

U procesu sagorijevanja krutog goriva mogu se razlikovati pojedine faze: zagrijavanje i isparavanje vlage, sublimacija hlapljivih tvari i stvaranje ostataka koksa, izgaranje hlapljivih i koksa, stvaranje troske. Ova podjela procesa izgaranja je relativno proizvoljna, budući da, iako se ove faze odvijaju sekvencijalno, one su djelomično nametnute jedna drugoj. Dakle, sublimacija hlapljivih tvari počinje prije konačnog isparavanja sve vlage, nastajanje hlapljivih tvari se odvija istodobno s procesom njihovog izgaranja, kao i početak oksidacije ostatka koksa prethodi prestanku izgaranja hlapljivih tvari, a naknadno izgaranje koksa može se dogoditi nakon stvaranja šljake.

Vrijeme protoka svakog stupnja procesa izgaranja u velikoj mjeri ovisi o svojstvima goriva. Faza sagorijevanja koksa traje najduže, čak i za goriva s visokim volatilnim prinosom. Značajan utjecaj na trajanje faza procesa izgaranja imaju razni faktori režima i konstrukcijske značajke peći.

1. Priprema goriva prije paljenja

Gorivo koje ulazi u peć podvrgava se zagrijavanju, što rezultira da u prisutnosti vlage isparava i suši gorivo. Vrijeme potrebno za zagrijavanje i sušenje ovisi o količini vlage i temperaturi pri kojoj se gorivo dovodi u uređaj za izgaranje. Za goriva s visokim sadržajem vlage (treset, vlažni smeđi ugljevi), stupanj grijanja i sušenja je relativno dug.

Gorivo se dovodi u slojevite peći s temperaturom blizu okoline. Samo u zimi u slučaju smrzavanja ugljena je njegova temperatura niža nego u kotlovnici. Za izgaranje u bakljama i vrtložnim pećima, gorivo se mrvi i melje, nakon čega slijedi sušenje vrućim zrakom ili dimnim plinovima. Što je viša temperatura ulaznog goriva, potrebno je manje vremena i topline za zagrijavanje do temperature paljenja.

Sušenje goriva u peći se događa zbog dva izvora topline: konvektivne topline produkata izgaranja i topline zračenja gorionika, obloge, troske.

U komornim pećima, grijanje se provodi uglavnom na trošak prvog izvora, tj. Miješanje produkata izgaranja na mjestu ulaska u gorivo. Stoga je jedan od važnih zahtjeva za projektiranje uređaja za unos goriva u peć da se osigura intenzivno usisavanje produkata izgaranja. Smanjenje vremena grijanja i sušenja također doprinosi višoj temperaturi u peći. U tu svrhu, kod sagorijevanja goriva s nastankom hlapljivih tvari pri visokim temperaturama (više od 400 ° C), u komornim pećima se izrađuju zapaljivi pojasevi, tj. Zaslonske cijevi se zatvaraju vatrostalnim termoizolacijskim materijalom kako bi se smanjila njihova toplinska percepcija.

Prilikom sagorijevanja goriva u sloju, uloga svake vrste izvora topline određena je konstrukcijom peći. U pećima s lančanim rešetkama, grijanje i sušenje se provodi uglavnom toplinom zračenja plamenika. U pećima s fiksnom rešetkom i gorivom odozgo dolazi do zagrijavanja i sušenja uslijed kretanja proizvoda izgaranja kroz sloj odozdo prema gore.

U procesu grijanja na temperaturama iznad 110 ° C počinje termička razgradnja organskih tvari koje čine gorivo. Najmanje izdržljivi su oni spojevi koji sadrže značajne količine kisika. Ovi spojevi se razgrađuju pri relativno niskim temperaturama s nastankom hlapljivih tvari i krutog ostatka koji se uglavnom sastoji od ugljika.

Mlade u kemijskom sastavu goriva koje sadrži puno kisika, imaju nisku temperaturu početka ispuštanja plinovitih tvari i daju im veći postotak. Goriva s niskim sadržajem kisikovih spojeva imaju mali prinos hlapljivih tvari i višu temperaturu paljenja.

Sadržaj molekula krutog goriva, koji se lako raspadne pri zagrijavanju, utječe na reaktivnost nehlapljivog ostatka. Prvo, raspadanje zapaljive mase događa se uglavnom na vanjskoj površini goriva. S daljnjim zagrijavanjem unutar čestica goriva počinju se pojavljivati ​​pirogenetske reakcije, tlak u njima se povećava, a vanjska ljuska se lomi. Prilikom sagorijevanja goriva s visokim prinosom isparljivog ostatka koksa postaje porozan i ima veću površinu u usporedbi s gustim krutim ostatkom.

2. Proces izgaranja plinovitih spojeva i koksa

Stvarno sagorijevanje goriva započinje paljenjem hlapljivih tvari. Tijekom pripreme goriva odvijaju se razgranate lančane reakcije oksidacije plinovitih tvari, koje se najprije odvijaju pri malim brzinama. Oslobođena toplina se opaža površinama ložišta i djelomično se akumulira u obliku energije pomičnih molekula. Ovo posljednje dovodi do povećanja brzine lančanih reakcija. Kod određene temperature, reakcije oksidacije se odvijaju takvom brzinom da oslobođena toplina potpuno pokriva apsorpciju topline. Ova temperatura je temperatura paljenja.

Temperatura paljenja nije konstantna, ona ovisi o svojstvima goriva i uvjetima u zoni paljenja, u prosjeku je 400-600 ° C. Nakon paljenja plinovite smjese, daljnje samo-ubrzanje oksidacijskih reakcija uzrokuje povećanje temperature. Za održavanje izgaranja potrebna je kontinuirana opskrba oksidantima i zapaljivim tvarima.

Paljenje plinovitih tvari dovodi do omatanja čestica koksa vatrenim ljuskom. Spaljivanje koksa počinje kada se izgaraju hlapljive tvari. Čvrste čestice zagrijavaju se na visoku temperaturu, a kako se količina isparljivih tvari smanjuje, debljina graničnog sloja se smanjuje, kisik dospijeva na vruću površinu ugljika.

Izgaranje koksa počinje na temperaturi od 1000 ° C i najduži je proces. Razlog tome je što se, prvo, koncentracija kisika smanjuje, a drugo, heterogene reakcije odvijaju se sporije od homogenih. Kao rezultat toga, trajanje sagorijevanja čestice krutog goriva uglavnom je određeno vremenom sagorijevanja ostatka koksa (oko 2/3 ukupnog vremena). Za goriva s visokim prinosom hlapljivih, kruti ostatak je manji od 1/2 početne mase čestice, tako da se njihovo sagorijevanje događa brzo i mogućnost slabog spaljivanja je niska. Kemijski stara goriva imaju gustu česticu, čije spaljivanje traje gotovo svo vrijeme provedeno u peći.

Ostaci koksa većine krutih goriva uglavnom i za neke vrste - u cijelosti se sastoje od ugljika. Izgaranje čvrstog ugljika nastaje stvaranjem ugljičnog monoksida i ugljičnog dioksida.

Optimalni uvjeti za odvođenje topline

Stvaranje optimalnih uvjeta za proces sagorijevanja ugljika osnova je za pravilnu izgradnju tehnološke metode za sagorijevanje krutih goriva u kotlovskim jedinicama. Na postizanje najveće proizvodnje topline u peći mogu utjecati sljedeći čimbenici: temperatura, višak zraka, primarno i sekundarno stvaranje smjese.

Temperatura. Rasipanje topline tijekom izgaranja goriva značajno ovisi o temperaturnom režimu peći. Pri relativno niskim temperaturama, nepotpuno izgaranje zapaljivih tvari odvija se u jezgri struje, ugljikov monoksid, vodik i ugljikovodici ostaju u proizvodima izgaranja. Na temperaturama od 1000 do 1800-2000 ° C može se postići potpuno izgaranje goriva.

Višak zraka. Specifična toplina dostiže maksimalnu vrijednost s potpunim izgaranjem i omjerom viška zraka od jednog. Sa smanjenjem koeficijenta suviška zraka, oslobađanje topline se smanjuje, jer nedostatak kisika dovodi do oksidacije manje količine goriva. Temperaturna razina se smanjuje, brzina reakcije se smanjuje, što dovodi do naglog smanjenja proizvodnje topline.

Povećanje koeficijenta suvišnog zraka više od jedne jedinice smanjuje proizvodnju topline čak i više od nedostatka zraka. U stvarnim uvjetima izgaranja goriva u kotlovima ložišta granične vrijednosti disipacije topline nisu dosegnute jer postoji nepotpuno izgaranje. To uvelike ovisi o tome kako su organizirani procesi miješanja.

Procesi miješanja. U komornim pećima, primarno stvaranje smjese postiže se sušenjem i miješanjem goriva sa zrakom, dovodeći zrak (primarno) u zonu pripreme, stvarajući široko otvorenu svjetiljku sa širokom površinom i visokom turbulizacijom, koristeći zagrijani zrak.

U slojevitim pećima, primarna zadaća miješanja je opskrba potrebne količine zraka različitim zonama sagorijevanja na rešetki.

Kako bi se osiguralo izgaranje plinovitih produkata nepotpunog izgaranja i koksa organizirati procese sekundarnog miješanja. Ovim procesima doprinose: dovod sekundarnog zraka velikom brzinom, stvaranje takve aerodinamike, u kojoj se postiže ravnomjerno punjenje cijele peći s bakljom, te se time povećava vrijeme zadržavanja plinova i čestica koksa u peći.

3. Nastajanje šljake

U procesu oksidacije zapaljive mase krutog goriva javljaju se značajne promjene i mineralne nečistoće. Topljive tvari i legure s niskim talištem otapaju vatrostalne spojeve.

Preduvjet za normalan rad kotlova je neprekidno uklanjanje produkata izgaranja i nastale troske.

Kada slojevito spaljivanje, stvaranje šljake može dovesti do mehaničkog slabog sagorijevanja - mineralne nečistoće obuhvaćaju neizgorene čestice koksa ili viskozne troske koje mogu blokirati prolaz zraka, blokirajući pristup kisika gorenjem koksa. Kako bi se smanjilo slabljenje pečenja, primjenjuju se različite mjere - u pećima s lančanim rešetkama povećavaju vrijeme zadržavanja troske na rešetki i proizvode česta pojava.

U slojevitim pećima, šljaka se proizvodi u suhom obliku. U komornim pećima uklanjanje troske može biti suho i tekuće.

Stoga je teško goriti gorivo fizikalni i kemijski proces, na što utječe velik broj različitih čimbenika, ali svi oni moraju biti uzeti u obzir pri projektiranju kotlova i peći.