Τα εύφλεκτα αέρια και οι ατμοί πίσσας (τα λεγόμενα πτητικά) που απελευθερώνονται κατά τη θερμική αποσύνθεση των φυσικών στερεών καυσίμων κατά τη θέρμανση, αναμειγνύονται με έναν οξειδωτικό παράγοντα (αέρας), καίγονται αρκετά έντονα σε υψηλές θερμοκρασίες, όπως τα συνηθισμένα αέρια καύσιμα. Επομένως, η καύση καυσίμων με υψηλή πτητική απόδοση (ξύλο, τύρφη, σχιστόλιθος πετρελαίου) δεν προκαλεί δυσκολίες, εκτός εάν φυσικά η περιεκτικότητα σε έρμα σε αυτά (υγρασία συν περιεκτικότητα σε τέφρα) δεν είναι τόσο υψηλή ώστε να αποτελεί εμπόδιο αποκτώντας την απαιτούμενη θερμοκρασία για την καύση.
Ο χρόνος καύσης καυσίμων με μέτρια (καφέ και μαύροι άνθρακες) και χαμηλές (άπαχοι άνθρακας και ανθρακίτες) πτητικά πρακτικά καθορίζεται από τον ρυθμό αντίδρασης στην επιφάνεια του υπολείμματος οπτάνθρακα που σχηματίζεται μετά την απελευθέρωση πτητικών. Η καύση αυτού του υπολείμματος παρέχει επίσης την απελευθέρωση της κύριας ποσότητας θερμότητας.
Η αντίδραση λαμβάνει χώρα στη διεπιφάνεια δύο φάσεων(V αυτή η υπόθεσηστην επιφάνεια του κωκ) που ονομάζεταιετερογενής. Αποτελείται από τουλάχιστον δύο διαδοχικές διαδικασίες: τη διάχυση οξυγόνου στην επιφάνεια και της χημική αντίδρασημε καύσιμο (σχεδόν καθαρό άνθρακα που έμεινε μετά την εξάτμιση) στην επιφάνεια. Αυξάνεται σύμφωνα με το νόμο Arrhenius, ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης σε υψηλή θερμοκρασία γίνεται τόσο υψηλός που όλο το οξυγόνο που παρέχεται στην επιφάνεια αντιδρά αμέσως. Ως αποτέλεσμα, ο ρυθμός καύσης αποδεικνύεται ότι εξαρτάται μόνο από την ένταση της παροχής οξυγόνου στην επιφάνεια του καιόμενου σωματιδίου με μεταφορά μάζας και διάχυση. Πρακτικά παύει να επηρεάζεται τόσο από τη θερμοκρασία της διεργασίας όσο και από τις αντιδραστικές ιδιότητες του υπολείμματος οπτάνθρακα. Αυτός ο τρόπος ετερογενούς αντίδρασης ονομάζεται διάχυση. Η καύση μπορεί να ενταθεί σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας μόνο με την εντατικοποίηση της παροχής του αντιδραστηρίου στην επιφάνεια του σωματιδίου του καυσίμου. Σε διαφορετικές εστίες, αυτό επιτυγχάνεται με διαφορετικές μεθόδους.
Επίπεδες εστίες.Το στερεό καύσιμο, φορτωμένο με ένα στρώμα συγκεκριμένου πάχους στη σχάρα διανομής, αναφλέγεται και φουσκώνεται (τις περισσότερες φορές από κάτω προς τα πάνω) με αέρα (Εικ. 28, α). Φιλτράροντας ανάμεσα σε κομμάτια καυσίμου, χάνει οξυγόνο και εμπλουτίζεται με οξείδια του άνθρακα (CO 2 , CO) λόγω της καύσης του άνθρακα, της μείωσης των υδρατμών και του διοξειδίου του άνθρακα από τον άνθρακα.
Ρύζι. 28. Σχέδια οργάνωσης διαδικασιών κλιβάνου:
ΕΝΑ- σε ένα πυκνό στρώμα. β -σε μια σκονισμένη κατάσταση? _V -σε φούρνο κυκλώνα?
G -σε ρευστοποιημένη κλίνη? ΣΕ- αέρας; T, V -καύσιμο, αέρας? ZhSh -υγρή σκωρία
Η ζώνη μέσα στην οποία το οξυγόνο εξαφανίζεται σχεδόν εντελώς ονομάζεται οξυγόνο. το ύψος του είναι δύο ή τρεις διαμέτρους τεμαχίων καυσίμου. Τα αέρια που εξέρχονται από αυτό περιέχουν όχι μόνο CO 2, H 2 O και N 2, αλλά και εύφλεκτα αέρια CO και H 2, που σχηματίζονται τόσο λόγω της αναγωγής του CO 2 και του H 2 O από τον άνθρακα, όσο και από τα πτητικά που απελευθερώνονται από τον άνθρακα. Εάν το ύψος του στρώματος είναι μεγαλύτερο από τη ζώνη οξυγόνου, τότε η ζώνη οξυγόνου ακολουθείται από μια ζώνη αναγωγής, στην οποία λαμβάνουν χώρα μόνο οι αντιδράσεις CO 2 + C \u003d 2CO και H 2 O + C \u003d CO + H 2 . Ως αποτέλεσμα, η συγκέντρωση των εύφλεκτων αερίων που αναδύονται από το στρώμα αυξάνεται καθώς αυξάνεται το ύψος του.
Στους κλιβάνους στρώσης, προσπαθούν να διατηρήσουν το ύψος του στρώματος ίσο με το ύψος της ζώνης οξυγόνου ή μεγαλύτερο από αυτό. Για την μετάκαυση των προϊόντων ατελούς καύσης (H 2 , CO) που αναδύονται από το στρώμα, καθώς και για την μετακαύση της σκόνης που εκπέμπεται από αυτό, παρέχεται πρόσθετος αέρας στον όγκο του κλιβάνου πάνω από το στρώμα.
Η ποσότητα του καυσίμου που καίγεται είναι ανάλογη με την ποσότητα του αέρα που παρέχεται, ωστόσο, μια αύξηση της ταχύτητας του αέρα πάνω από ένα ορισμένο όριο παραβιάζει τη σταθερότητα του πυκνού στρώματος, καθώς ο αέρας που διαπερνά το στρώμα σε ορισμένα σημεία σχηματίζει κρατήρες. Εφόσον το καύσιμο πολυδιασποράς φορτώνεται πάντα στη στρώση, η αφαίρεση των λεπτών σωματιδίων αυξάνεται. Όσο μεγαλύτερα είναι τα σωματίδια, τόσο πιο γρήγορα μπορεί να διοχετευτεί αέρας μέσα από το στρώμα χωρίς να παραβιαστεί η σταθερότητά του. Αν λάβουμε χονδρικές εκτιμήσεις τη θερμότητα «καύσης» 1 m 3 αέρα υπό κανονικές συνθήκες σε α σε = 1 ίση με 3,8 MJ και κατανοήσουμε με w nμειωθεί σε κανονικές συνθήκες, η ροή αέρα ανά μονάδα επιφάνειας της σχάρας (m / s), τότε η θερμική καταπόνηση του καθρέφτη καύσης (MW / m 2) θα είναι
q R = 3,8W n / α in(105)
Οι συσκευές κλιβάνου για πολυεπίπεδη καύση ταξινομούνται ανάλογα με τη μέθοδο τροφοδοσίας, μετακίνησης και αφαίρεσης στρώματος καυσίμου σε μια σχάρα. Σε μη μηχανοποιημένους κλιβάνους, στους οποίους και οι τρεις λειτουργίες εκτελούνται χειροκίνητα, δεν μπορούν να καούν περισσότερα από 300 - 400 kg / h άνθρακα. Οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενοι στη βιομηχανία είναι οι πλήρως μηχανοποιημένοι κλίβανοι με στρώσεις με πνευμονομηχανικούς τροχούς και σχάρα αντίστροφης αλυσίδας (Εικ. 29). Η ιδιαιτερότητά τους είναι η καύση καυσίμου σε μια σχάρα που κινείται συνεχώς με ταχύτητα 1-15 m/h, σχεδιασμένη με τη μορφή ιστού μεταφορικής ταινίας, που κινείται από ηλεκτροκινητήρα. Ο ιστός σχάρας αποτελείται από μεμονωμένα στοιχεία σχάρας στερεωμένα σε ατέρμονες αρθρωτές αλυσίδες που κινούνται από «αστέρια». Ο αέρας που είναι απαραίτητος για την καύση παρέχεται κάτω από τη σχάρα μέσω των κενών μεταξύ των στοιχείων της σχάρας.
Ρύζι. 29. Το σχήμα του κλιβάνου με πνευματικό-μηχανικό τροχίσκο και σχάρα αντίστροφης αλυσίδας:
1 - υφασμάτινη σχάρα 2 - οδηγείτε "αστερίσκους"? 3 - στρώμα καυσίμου και σκωρίας. 4 – 5 - ρότορας ρίψης 6 - τροφοδότη ζώνης? 7 - αποθήκη καυσίμων? 8 - όγκος κλιβάνου? 9 - Σωλήνες οθόνης? 10 - 11 - επένδυση της εστίας. 12 - πίσω σφραγίδα? 13 - παράθυρα για παροχή αέρα κάτω από το στρώμα
Φάρμακα. Τον περασμένο αιώνα, για καύση σε πολυστρωματικούς κλιβάνους (και δεν υπήρχαν άλλοι τότε), χρησιμοποιήθηκε μόνο άνθρακας που δεν περιείχε λεπτά (συνήθως κλάσμα 6 - 25 mm). Ένα κλάσμα μικρότερο από 6 mm - shtyb (από το γερμανικό staub - dust) ήταν χαμός. Στις αρχές αυτού του αιώνα, αναπτύχθηκε μια κονιοποιημένη μέθοδος για την καύση του, κατά την οποία τα κάρβουνα συνθλίβονταν στα 0,1 mm και οι ανθρακίτες που καίγονταν δύσκολα - ακόμα πιο λεπτόκοκκοι. Τέτοια σωματίδια σκόνης παρασύρονται από τη ροή αερίου, η σχετική ταχύτητα μεταξύ τους είναι πολύ μικρή. Αλλά ο χρόνος της καύσης τους είναι εξαιρετικά σύντομος - δευτερόλεπτα και κλάσματα δευτερολέπτων. Επομένως, με κατακόρυφη ταχύτητα αερίου μικρότερη από 10 m/s και επαρκές ύψος του κλιβάνου (δεκάδες μέτρα σε σύγχρονους λέβητες), η σκόνη έχει χρόνο να καεί εντελώς εν κινήσει κατά τη διαδικασία της κίνησης μαζί με το αέριο από τον καυστήρα μέχρι την έξοδο από τον κλίβανο.
Αυτή η αρχή είναι η βάση των φούρνων (θαλάμου), στους οποίους διοχετεύεται λεπτώς αλεσμένη εύφλεκτη σκόνη μέσω των καυστήρων μαζί με τον αέρα που είναι απαραίτητος για την καύση (βλ. Εικ. 28, β ) παρόμοιο με το πώς καίγονται αέρια ή υγρά καύσιμα. Έτσι, οι φούρνοι θαλάμου είναι κατάλληλοι για καύση οποιουδήποτε καυσίμου, το οποίο είναι το μεγάλο τους πλεονέκτημα έναντι των κλιβάνων στρώσης. Το δεύτερο πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα δημιουργίας κλιβάνου για οποιαδήποτε πρακτικά αυθαίρετα μεγάλη ισχύ. Ως εκ τούτου, οι κάμινοι θαλάμου κατέχουν πλέον κυρίαρχη θέση στον ενεργειακό τομέα. Ταυτόχρονα, η σκόνη δεν μπορεί να καεί σταθερά σε μικρούς κλιβάνους, ειδικά με μεταβλητούς τρόπους λειτουργίας, επομένως δεν κατασκευάζονται κλίβανοι κονιοποιημένου άνθρακα με θερμική ισχύ μικρότερη από 20 MW.
Το καύσιμο συνθλίβεται σε συσκευές μύλου και διοχετεύεται στον θάλαμο καύσης μέσω καυστήρων κονιοποιημένου άνθρακα. Ο αέρας που μεταφέρει μαζί με τη σκόνη ονομάζεται πρωτεύων αέρας.
Κατά την καύση θαλάμου στερεών καυσίμων με τη μορφή σκόνης, πτητικές ουσίες, που απελευθερώνονται κατά τη θέρμανση, καίγονται στον πυρσό ως αέριο καύσιμο, το οποίο συμβάλλει στη θέρμανση των στερεών σωματιδίων στη θερμοκρασία ανάφλεξης και διευκολύνει τη σταθεροποίηση του φακού. Η ποσότητα του πρωτογενούς αέρα πρέπει να είναι επαρκής για την καύση των πτητικών. Κυμαίνεται από 15 - 25% της συνολικής ποσότητας αέρα για άνθρακα με χαμηλή πτητική απόδοση (για παράδειγμα, ανθρακίτες) έως 20 - 55% για καύσιμα με υψηλή απόδοση (φαιούς άνθρακας). Ο υπόλοιπος αέρας που είναι απαραίτητος για την καύση (ονομάζεται δευτερεύων) τροφοδοτείται στον κλίβανο χωριστά και αναμιγνύεται με σκόνη ήδη στη διαδικασία καύσης.
Για να αναφλεγεί η σκόνη πρέπει πρώτα να θερμανθεί σε αρκετά υψηλή θερμοκρασία. Μαζί με αυτό, φυσικά, είναι απαραίτητο να θερμανθεί ο αέρας που το μεταφέρει (δηλ. πρωτεύων). Καταφέρνει να γίνει μόνο με ανάμιξη προϊόντων πυρακτώσεως καύσης στη ροή της ανάρτησης σκόνης.
καλή οργάνωσηη καύση στερεών καυσίμων (ιδιαίτερα δύσκολο να καίγονται, με χαμηλή πτητική απόδοση) εξασφαλίζεται με τη χρήση των λεγόμενων καυστήρων σαλιγκαριού (Εικ. 30).
Ρύζι. 30. Καυστήρας σαλιγκαριού ευθείας ροής για στερεό κονιοποιημένο καύσιμο: ΣΕ- αέρας; T, V -καύσιμο, αέρας
Η σκόνη άνθρακα με πρωτογενή αέρα τροφοδοτείται σε αυτά μέσω του κεντρικού σωλήνα και, λόγω της παρουσίας ενός διαχωριστή, εισέρχεται στον κλίβανο με τη μορφή ενός λεπτού δακτυλιοειδούς πίδακα. Ο δευτερεύων αέρας τροφοδοτείται μέσω του "σαλιγκάρι", στροβιλίζεται έντονα σε αυτό και, εισερχόμενος στον κλίβανο, δημιουργεί έναν ισχυρό στροβιλιζόμενο πυρσό, ο οποίος εξασφαλίζει την αναρρόφηση μεγάλων ποσοτήτων θερμών αερίων από τον πυρήνα του φακού στο στόμιο του καυστήρα. Αυτό επιταχύνει τη θέρμανση του μείγματος του καυσίμου με τον πρωτεύοντα αέρα και την ανάφλεξή του, δηλ. δημιουργεί μια καλή σταθεροποίηση της φλόγας. Ο δευτερεύων αέρας αναμιγνύεται καλά με την ήδη αναφλεγόμενη σκόνη λόγω των ισχυρών αναταράξεων του. Τα μεγαλύτερα σωματίδια σκόνης καίγονται κατά τη διάρκεια της πτήσης τους στη ροή αερίου εντός του όγκου του κλιβάνου.
Κατά τη διάρκεια της ανάφλεξης της σκόνης άνθρακα, ανά πάσα στιγμή, υπάρχει μια ασήμαντη παροχή καυσίμου στον κλίβανο - όχι περισσότερο από μερικές δεκάδες κιλά. Αυτό καθιστά τη διαδικασία εκτόξευσης πολύ ευαίσθητη στις αλλαγές στην κατανάλωση καυσίμου και αέρα και επιτρέπει, εάν είναι απαραίτητο, σχεδόν άμεση αλλαγή της απόδοσης του κλιβάνου, όπως στην περίπτωση καύσης πετρελαίου ή αερίου. Ταυτόχρονα, αυτό αυξάνει τις απαιτήσεις για την αξιοπιστία τροφοδοσίας του κλιβάνου με σκόνη, γιατί η παραμικρή (σε λίγα δευτερόλεπτα!) θραύση θα οδηγήσει στην κατάσβεση του φακού, η οποία συνδέεται με τον κίνδυνο έκρηξης όταν η παροχή σκόνης συνεχίζεται. Επομένως, σε φούρνους κονιοποιημένου άνθρακα, κατά κανόνα, εγκαθίστανται αρκετοί καυστήρες.
Κατά τη διάρκεια της κονιοποιημένης καύσης καυσίμων στον πυρήνα του φακού, που βρίσκεται κοντά στο στόμιο του καυστήρα, αναπτύσσονται υψηλές θερμοκρασίες (μέχρι 1400-1500 ° C), κατά τις οποίες η στάχτη γίνεται υγρή ή παχύρρευστη. Το κόλλημα αυτής της τέφρας στα τοιχώματα του κλιβάνου μπορεί να οδηγήσει στην υπερανάπτυξή τους με σκωρία. Ως εκ τούτου, η καύση κονιοποιημένου καυσίμου χρησιμοποιείται συχνότερα σε λέβητες, όπου τα τοιχώματα του κλιβάνου είναι κλειστά με υδρόψυκτους σωλήνες (σήτες), κοντά στους οποίους ψύχεται το αέριο και τα σωματίδια τέφρας που αιωρούνται σε αυτό έχουν χρόνο να σκληρύνουν πριν από την επαφή με τον τοίχο. Η κονιοποιημένη καύση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε φούρνους υγρού πυθμένα, στους οποίους τα τοιχώματα καλύπτονται με μια λεπτή μεμβράνη υγρής σκωρίας και τα σωματίδια λιωμένης τέφρας ρέουν προς τα κάτω σε αυτό το φιλμ.
Η θερμική καταπόνηση όγκου σε κλιβάνους κονιοποιημένου άνθρακα είναι συνήθως 150-175 kW/m 3 , αυξάνεται έως και 250 kW/m 3 σε μικρούς κλιβάνους. Με καλή ανάμειξη αέρα με καύσιμο, α σε=1,2÷1,25; q γούνα= 0,5÷6% (μεγάλοι αριθμοί - όταν καίγονται ανθρακίτες σε μικρούς φούρνους). q χημικ= 0 ÷1%.
Σε καμίνους θαλάμου, μετά από πρόσθετη άλεση, είναι δυνατή η καύση αποβλήτων άνθρακα που παράγονται κατά τον εμπλουτισμό τους σε μονάδες οπτάνθρακα (βιομηχανικό προϊόν), διαλογές οπτάνθρακα και ακόμη λεπτότερη ιλύς οπτάνθρακα.
Κυκλωνικοί φούρνοι.Μια συγκεκριμένη μέθοδος καύσης πραγματοποιείται σε κυκλωνικούς φούρνους. Χρησιμοποιούν αρκετά μικρά σωματίδια άνθρακα (συνήθως μικρότερα από 5 mm) και ο αέρας που είναι απαραίτητος για την καύση παρέχεται σε υψηλές ταχύτητες (έως 100 m/s) εφαπτομενικά στη γεννήτρια του κυκλώνα. Δημιουργείται μια ισχυρή δίνη στον κλίβανο, η οποία εμπλέκει τα σωματίδια στην κίνηση κυκλοφορίας, στην οποία φυσούνται έντονα από τη ροή. Ως αποτέλεσμα της έντονης καύσης, αναπτύσσονται στον κλίβανο θερμοκρασίες κοντά στην αδιαβατική (έως 2000 °C). Η τέφρα του άνθρακα λιώνει, η υγρή σκωρία ρέει στους τοίχους. Για διάφορους λόγους, η χρήση τέτοιων κλιβάνων στην ενεργειακή βιομηχανία εγκαταλείφθηκε και τώρα χρησιμοποιούνται ως τεχνολογικοί - για την καύση θείου προκειμένου να ληφθεί SO 2 στην παραγωγή H 2 SO 4, ψήσιμο μεταλλευμάτων κ.λπ. Μερικές φορές η εξουδετέρωση πυρκαγιάς πραγματοποιείται σε φούρνους κυκλώνων Λυμάτων, δηλαδή την καύση των επιβλαβών ουσιών που περιέχονται σε αυτά λόγω της παροχής πρόσθετου (συνήθως αερίου ή υγρού) καυσίμου.
Κλίβανοι ρευστοποιημένης κλίνης.Η σταθερή καύση ενός πυρσού κονιοποιημένου άνθρακα είναι δυνατή μόνο σε υψηλή θερμοκρασία στον πυρήνα του - όχι χαμηλότερη από 1300-1500 °C. Σε αυτές τις θερμοκρασίες, το άζωτο του αέρα αρχίζει να οξειδώνεται αισθητά σύμφωνα με την αντίδραση N 2 + O 2 \u003d 2NO. Μια ορισμένη ποσότητα ΝΟ σχηματίζεται επίσης από το άζωτο που περιέχεται στο καύσιμο. Το μονοξείδιο του αζώτου, που εκπέμπεται μαζί με τα καυσαέρια στην ατμόσφαιρα, οξειδώνεται επιπλέον σε αυτό σε εξαιρετικά τοξικό διοξείδιο του NO 2. Στην ΕΣΣΔ, η μέγιστη επιτρεπόμενη συγκέντρωση NO 2 (MPC), ασφαλούς για την ανθρώπινη υγεία, στον αέρα των οικισμών είναι 0,085 mg/m 3 . Για να διασφαλιστεί, σε μεγάλους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς είναι απαραίτητο να κατασκευαστούν ψηλές καμινάδες που διασκορπίζουν τα καυσαέρια στη μεγαλύτερη δυνατή περιοχή. Ωστόσο, όταν ένας μεγάλος αριθμός σταθμών συγκεντρώνεται ο ένας κοντά στον άλλο, αυτό δεν εξοικονομεί.
Σε ορισμένες χώρες, δεν ρυθμίζεται το MPC, αλλά η ποσότητα των επιβλαβών εκπομπών ανά μονάδα θερμότητας που απελευθερώνεται κατά την καύση του καυσίμου. Για παράδειγμα, στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι μεγάλες επιχειρήσεις επιτρέπεται να εκπέμπουν 28 mg οξειδίων του αζώτου ανά 1 MJ θερμότητας καύσης. Στην ΕΣΣΔ, τα πρότυπα εκπομπών για διαφορετικά καύσιμα κυμαίνονται από 125 έως 480 mg/m 3 .
Κατά την καύση καυσίμων που περιέχουν θείο, σχηματίζεται τοξικό SO 2, η επίδραση του οποίου στους ανθρώπους προστίθεται επίσης στην επίδραση του NO 2.
Αυτές οι εκπομπές προκαλούν το σχηματισμό φωτοχημικής αιθαλομίχλης και όξινης βροχής, η οποία επηρεάζει αρνητικά όχι μόνο τους ανθρώπους και τα ζώα, αλλά και τη βλάστηση. ΣΕ Δυτική ΕυρώπηΓια παράδειγμα, ένα σημαντικό μέρος των δασών κωνοφόρων πεθαίνει από τέτοιες βροχές.
Εάν δεν υπάρχουν αρκετά οξείδια ασβεστίου και μαγνησίου στην τέφρα καυσίμου για να δεσμεύσουν όλο το SO 2 (συνήθως απαιτείται διπλάσια ή τριπλάσια περίσσεια σε σύγκριση με τη στοιχειομετρία της αντίδρασης), ο ασβεστόλιθος CaCO 3 αναμιγνύεται στο καύσιμο. Ο ασβεστόλιθος σε θερμοκρασίες 850-950 ° C αποσυντίθεται εντατικά σε CaO και CO 2 και ο γύψος CaSO 4 δεν αποσυντίθεται, δηλαδή η αντίδραση δεν πηγαίνει από τα δεξιά προς τα αριστερά. Έτσι, το τοξικό SO 2 συνδέεται με αβλαβή, πρακτικά αδιάλυτο στο νερό γύψο, ο οποίος απομακρύνεται μαζί με την τέφρα.
Από την άλλη πλευρά, κατά τη διαδικασία της ανθρώπινης δραστηριότητας, παράγεται μεγάλη ποσότητα εύφλεκτων αποβλήτων, τα οποία δεν θεωρούνται καύσιμα με τη γενικά αποδεκτή έννοια: απορρίμματα εμπλουτισμού άνθρακα, χωματερές εξόρυξης άνθρακα, πολυάριθμα απόβλητα από τη βιομηχανία χαρτοπολτού και χαρτιού και άλλα. τομείς της εθνικής οικονομίας. Είναι παράδοξο, για παράδειγμα, ότι ο «βράχος», που είναι στοιβαγμένος σε τεράστιους σωρούς απορριμμάτων κοντά σε ανθρακωρυχεία, συχνά αναφλέγεται αυθόρμητα και μολύνει τον περιβάλλοντα χώρο με καπνό και σκόνη για μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά δεν μπορεί να καεί σε κανένα από τα δύο στρώματα. ή φούρνους θαλάμου λόγω της υψηλής περιεκτικότητας σε τέφρα. Στους κλιβάνους με στρώσεις, η τέφρα, η πυροσυσσωμάτωση κατά την καύση, εμποδίζει τη διείσδυση οξυγόνου στα σωματίδια καυσίμου· σε φούρνους θαλάμου, δεν είναι δυνατή η επίτευξη της υψηλής θερμοκρασίας που απαιτείται για σταθερή καύση σε αυτούς.
Η επείγουσα ανάγκη για την ανάπτυξη τεχνολογιών χωρίς απόβλητα που έχει προκύψει πριν από την ανθρωπότητα έχει εγείρει το ζήτημα της δημιουργίας συσκευών κλιβάνου για την καύση τέτοιων υλικών. Ήταν φούρνοι ρευστοποιημένης κλίνης.
Ρευστοποιημένο (ή βραστό) ονομάζεται ένα στρώμα λεπτόκοκκου υλικού που εμφυσάται από κάτω προς τα πάνω με αέριο με ταχύτητα που υπερβαίνει το όριο σταθερότητας ενός πυκνού στρώματος, αλλά ανεπαρκές για τη μεταφορά σωματιδίων έξω από το στρώμα.Η έντονη κυκλοφορία των σωματιδίων στον περιορισμένο όγκο του θαλάμου δίνει την εντύπωση ενός υγρού που βράζει γρήγορα, γεγονός που εξηγεί την προέλευση του ονόματος.
Ένα πυκνό στρώμα σωματιδίων που φυσάται φυσικά από κάτω χάνει τη σταθερότητά του επειδή η αντίσταση στο φιλτράρισμα αερίου μέσω αυτού γίνεται ίση με το βάρος της στήλης υλικού ανά μονάδα επιφάνειας του πλέγματος στήριξης. Δεδομένου ότι η αεροδυναμική αντίσταση είναι η δύναμη με την οποία το αέριο δρα στα σωματίδια (και, κατά συνέπεια, σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, τα σωματίδια στο αέριο), τότε, εάν η αντίσταση και το βάρος του στρώματος είναι ίσα, τα σωματίδια (αν θεωρήσουμε το ιδανικό περίπτωση) βασίζονται όχι στο πλέγμα, αλλά στο αέριο.
Το μέσο μέγεθος σωματιδίων σε φούρνους ρευστοποιημένης κλίνης είναι τυπικά 2-3 mm. Αντιστοιχούν στην ταχύτητα εργασίας της ρευστοποίησης (λαμβάνεται 2-3 φορές περισσότερο από w να) 1,5 ÷ 4 m/s. Αυτό καθορίζει, ανάλογα, την περιοχή της σχάρας διανομής αερίου για μια δεδομένη απόδοση θερμότητας του κλιβάνου. Όγκος θερμικής καταπόνησης qvπάρτε περίπου το ίδιο όπως για τους κλιβάνους με στρώσεις.
Ο απλούστερος κλίβανος ρευστοποιημένης κλίνης (Εικ. 31) μοιάζει από πολλές απόψεις με φούρνο με στρώματα και έχει πολλά κοινά δομικά στοιχεία με αυτόν. Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ τους έγκειται στο γεγονός ότι η εντατική ανάμειξη των σωματιδίων εξασφαλίζει σταθερή θερμοκρασία σε όλο τον όγκο της ρευστοποιημένης κλίνης.
Ρύζι. 31. Διάγραμμα κλιβάνου ρευστοποιημένης κλίνης: 1 - εκφόρτωση τέφρας. 2 - παροχή αέρα κάτω από το στρώμα. 3 - μια ρευστοποιημένη κλίνη τέφρας και καυσίμου. 4 - παροχή αέρα στον τροχό. 5 - ρότορας ρίψης 6 - τροφοδότη ζώνης? 7 - αποθήκη καυσίμων 8 - όγκος κλιβάνου? 9 - Σωλήνες οθόνης? 10 - απότομη έκρηξη και επιστροφή συμπαρασύρματος. 11- επένδυση της εστίας? 12 - σωλήνες αντίληψης θερμότητας σε ρευστοποιημένη κλίνη. ΣΕ -νερό; Π- ατμός.
Η διατήρηση της θερμοκρασίας της ρευστοποιημένης κλίνης εντός των απαιτούμενων ορίων (850 - 950 °C) παρέχεται με δύο διαφορετικές μεθόδους. Σε μικρούς βιομηχανικούς κλιβάνους που καίνε απόβλητα ή φθηνά καύσιμα, παρέχεται πολύ περισσότερος αέρας στην κλίνη από ό,τι χρειάζεται για την πλήρη καύση, πήξη α σε ≥ 2.
Με την ίδια ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται, η θερμοκρασία των αερίων μειώνεται όσο α σε,γιατί η ίδια θερμότητα δαπανάται για τη θέρμανση μεγάλης ποσότητας αερίων.
Σε μεγάλες μονάδες ισχύος, αυτή η μέθοδος μείωσης της θερμοκρασίας καύσης είναι αντιοικονομική, επειδή ο "επιπλέον" αέρας, που φεύγει από τη μονάδα, απομακρύνει επίσης τη θερμότητα που δαπανάται για τη θέρμανση (αυξάνονται οι απώλειες με τα καυσαέρια - βλέπε παρακάτω). Επομένως, στους κλιβάνους ρευστοποιημένης κλίνης των μεγάλων λεβήτων τοποθετούνται σωλήνες 9 και 12 δευττο λειτουργικό ρευστό που κυκλοφορεί σε αυτά (νερό ή ατμός), το οποίο αντιλαμβάνεται την απαιτούμενη ποσότητα θερμότητας. Το εντατικό «πλύσιμο» αυτών των σωλήνων με σωματίδια παρέχει υψηλό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας από το στρώμα στους σωλήνες, ο οποίος σε ορισμένες περιπτώσεις επιτρέπει τη μείωση της κατανάλωσης μετάλλου του λέβητα σε σύγκριση με τον παραδοσιακό. Το καύσιμο καίγεται σταθερά όταν η περιεκτικότητά του στη ρευστοποιημένη κλίνη είναι 1% ή λιγότερο. το υπόλοιπο 99% Μεπεριττό - στάχτη. Ακόμη και κάτω από τέτοιες δυσμενείς συνθήκες, η εντατική ανάμειξη δεν επιτρέπει στα σωματίδια τέφρας να εμποδίσουν τα εύφλεκτα υλικά από την πρόσβαση στο οξυγόνο (σε αντίθεση με ένα πυκνό στρώμα). Η συγκέντρωση των καυσίμων σε αυτή την περίπτωση αποδεικνύεται η ίδια σε όλο τον όγκο της ρευστοποιημένης κλίνης. Για την απομάκρυνση της τέφρας που εισάγεται με το καύσιμο, μέρος του υλικού της κλίνης αφαιρείται συνεχώς από αυτό με τη μορφή λεπτόκοκκη σκωρίας - τις περισσότερες φορές απλώς "στραγγίζεται" μέσω των οπών στον πυθμένα, καθώς η ρευστοποιημένη κλίνη είναι σε θέση να ρέει ως υγρό.
Φούρνοι με κυκλοφορούσα ρευστοποιημένη κλίνη.ΣΕ Πρόσφαταεμφανίστηκαν φούρνοι δεύτερης γενιάς με τη λεγόμενη κυκλοφορούσα ρευστοποιημένη κλίνη. Πίσω από αυτούς τους κλιβάνους εγκαθίσταται ένας κυκλώνας, στον οποίο όλα τα άκαυστα σωματίδια παγιδεύονται και επιστρέφουν πίσω στον κλίβανο. Έτσι, τα σωματίδια «κλειδώνονται» στο σύστημα φούρνου-κυκλώνα-φούρνου μέχρι να καούν εντελώς. Αυτοί οι φούρνοι έχουν υψηλή απόδοση, η οποία δεν είναι κατώτερη από τη μέθοδο καύσης του θαλάμου, διατηρώντας παράλληλα όλα τα περιβαλλοντικά οφέλη.
Οι κλίβανοι ρευστοποιημένης κλίνης χρησιμοποιούνται ευρέως όχι μόνο στον ενεργειακό τομέα, αλλά και σε άλλες βιομηχανίες, για παράδειγμα, για την καύση πυριτών. SO2,ψήσιμο διαφόρων μεταλλευμάτων και των συμπυκνωμάτων τους (ψευδάργυρος, χαλκός, νικέλιο, χρυσοφόρο) κ.λπ. (Από την άποψη της θεωρίας καύσης, ψήσιμο, για παράδειγμα, μεταλλεύματος ψευδαργύρου σύμφωνα με την αντίδραση 2ZnS + 3O 2 \u003d 2ZnO + 2SO 2 είναι η καύση αυτού του συγκεκριμένου «καυσίμου», που προχωρά, όπως όλες οι αντιδράσεις καύσης, με απελευθέρωση μεγάλων ποσοτήτων θερμότητας.) Οι κλίβανοι ρευστοποιημένης κλίνης έχουν βρει ευρεία διανομή, ειδικά στο εξωτερικό, για εξουδετέρωση πυρκαγιάς (δηλαδή καύση) διάφορα επικίνδυνα απόβλητα παραγωγής (στερεά, υγρά και αέρια) - λάσπη καθαρισμού λυμάτων, σκουπίδια κ.λπ.
Θέμα 12. Κλίβανοι χημικής βιομηχανίας. διάγραμμα κυκλώματοςσόμπα καυσίμου. Ταξινόμηση κλιβάνων στη χημική βιομηχανία. Οι κύριοι τύποι κλιβάνων, χαρακτηριστικά του σχεδιασμού τους. Θερμική ισορροπία κλιβάνων
Φούρνοι χημικής βιομηχανίας. Σχηματικό διάγραμμα σόμπας καυσίμου
Ο βιομηχανικός κλίβανος είναι μια ενεργειακά-τεχνολογική μονάδα που έχει σχεδιαστεί για τη θερμική επεξεργασία υλικών προκειμένου να τους παρέχει τις απαραίτητες ιδιότητες. Η πηγή θερμότητας σε καμίνους καυσίμου (φλόγας) είναι διάφοροι τύποι καυσίμων άνθρακα (αέριο, μαζούτ κ.λπ.). Οι σύγχρονες εγκαταστάσεις κλιβάνων είναι συχνά μεγάλες μηχανοποιημένες και αυτοματοποιημένες μονάδες υψηλής απόδοσης.
Η μεγαλύτερη αξία για την επιλογή του τεχνολογικού τρόπου της διαδικασίας είναι βέλτιστη θερμοκρασίατεχνολογική διαδικασία, η οποία καθορίζεται από θερμοδυναμικούς και κινητικούς υπολογισμούς διεργασιών. Αριστος καθεστώς θερμοκρασίαςδιαδικασία ονομάζεται οι συνθήκες θερμοκρασίας υπό τις οποίες εξασφαλίζεται η μέγιστη παραγωγικότητα του προϊόντος στόχου σε μια δεδομένη κάμινο.
Συνήθως θερμοκρασία εργασίαςστον κλίβανο είναι ελαφρώς χαμηλότερο από το βέλτιστο, εξαρτάται από τις συνθήκες καύσης καυσίμου, τις συνθήκες μεταφοράς θερμότητας, τις μονωτικές ιδιότητες και την ανθεκτικότητα της επένδυσης του κλιβάνου, τις θερμοφυσικές ιδιότητες του επεξεργασμένου υλικού και άλλους παράγοντες. Για παράδειγμα, για κλιβάνους, η θερμοκρασία λειτουργίας είναι στο εύρος μεταξύ της θερμοκρασίας της ενεργού πορείας των οξειδωτικών διεργασιών και της θερμοκρασίας πυροσυσσωμάτωσης των προϊόντων καβουρδίσματος. Κάτω από το θερμικό καθεστώς του κλιβάνου κατανοούν το σύνολο των διαδικασιών αδράνειας θερμότητας, θερμότητας μεταφοράς μάζας και μηχανική των μέσων, διασφαλίζοντας τη διανομή της θερμότητας στη ζώνη διεργασίας. Το θερμικό καθεστώς της ζώνης διεργασίας καθορίζει το θερμικό καθεστώς ολόκληρου του κλιβάνου.
Ο τρόπος λειτουργίας των κλιβάνων επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τη σύνθεση της ατμόσφαιρας αερίου στον κλίβανο, η οποία είναι απαραίτητη για τη σωστή ροή της τεχνολογικής διαδικασίας. Για τις διαδικασίες οξείδωσης, το αέριο μέσο στον κλίβανο πρέπει να περιέχει οξυγόνο, η ποσότητα του οποίου κυμαίνεται από 3 έως 15% ή περισσότερο. Το αναγωγικό περιβάλλον χαρακτηρίζεται από χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο (έως 1-2%) και παρουσία αναγωγικών αερίων (CO, H 2 κ.λπ.) 10-20% και άνω. Η σύνθεση της αέριας φάσης καθορίζει τις συνθήκες για την καύση του καυσίμου στον κλίβανο και εξαρτάται από την ποσότητα αέρα που παρέχεται για καύση.
Η κίνηση των αερίων στον κλίβανο σημαντική επιρροήσχετικά με τη διαδικασία, την καύση και τη μεταφορά θερμότητας, και σε κλιβάνους, κλιβάνους ρευστοποιημένης κλίνης ή στροβιλισμού, η κίνηση των αερίων είναι ένας σημαντικός παράγοντας για τη βιώσιμη λειτουργία. Η αναγκαστική κίνηση των αερίων πραγματοποιείται από εξατμίσεις καπνού και ανεμιστήρες.
Η ταχύτητα της τεχνολογικής διαδικασίας επηρεάζεται από την κίνηση του υλικού που υφίσταται θερμική επεξεργασία.
Το σχέδιο της εγκατάστασης του κλιβάνου περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία: μια συσκευή κλιβάνου για την καύση καυσίμου και την οργάνωση της ανταλλαγής θερμότητας. ο χώρος εργασίας του κλιβάνου για την εκτέλεση της στοχευόμενης λειτουργίας διαδικασίας· συσκευές ανταλλαγής θερμότητας για ανάκτηση θερμότητας καυσαερίων (αέριο, θέρμανση αέρα). Εγκαταστάσεις αξιοποίησης (λέβητες απορριμμάτων-θερμότητας) για τη χρήση της θερμότητας των καυσαερίων. Συσκευή έλξης και εμφύσησης (εξαγωγείς καπνού, ανεμιστήρες) για την αφαίρεση της καύσης καυσίμου και αέριων προϊόντων θερμικής επεξεργασίας υλικών και παροχή αέρα στους καυστήρες, ακροφύσια για σχάρες. συσκευές καθαρισμού (φίλτρα κ.λπ.).
Κατηγορία Κ: Φούρνοι
Τα κύρια χαρακτηριστικά των διαδικασιών καύσης καυσίμου
Οι φούρνοι θέρμανσης μπορούν να χρησιμοποιούν στερεά, υγρά και αέρια καύσιμα. Κάθε ένα από αυτά τα καύσιμα έχει τα δικά του χαρακτηριστικά που επηρεάζουν την απόδοση της χρήσης κλιβάνων.
Τα σχέδια των κλιβάνων θέρμανσης δημιουργήθηκαν για μεγάλο χρονικό διάστημα και προορίζονταν για την καύση στερεών καυσίμων σε αυτά. Μόνο σε μεταγενέστερη περίοδο άρχισαν να δημιουργούνται δομές σχεδιασμένες για τη χρήση υγρών και αερίων καυσίμων. Προκειμένου να γίνει η πιο αποτελεσματική χρήση αυτών των πολύτιμων ειδών σε υπάρχοντες κλιβάνους, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε πώς οι διαδικασίες καύσης αυτών των καυσίμων διαφέρουν από την καύση στερεών καυσίμων.
Σε όλους τους κλιβάνους, στερεά καύσιμα (ξύλο, διάφορα είδη άνθρακα, ανθρακί, κοκ, κ.λπ.) καίγονται στην σχάρα με στρωματικό τρόπο, με περιοδική φόρτωση καυσίμου και καθαρισμό της σχάρας από σκωρία. Η πολυεπίπεδη διαδικασία καύσης έχει σαφή κυκλικό χαρακτήρα. Κάθε κύκλος περιλαμβάνει τα ακόλουθα στάδια: φόρτωση καυσίμου, ξήρανση και θέρμανση της στρώσης, απελευθέρωση πτητικών ουσιών και την καύση τους, καύση καυσίμου στη στρώση, εξάντληση υπολειμμάτων και, τέλος, απομάκρυνση των σκωριών.
Σε κάθε ένα από αυτά τα στάδια, δημιουργείται ένα συγκεκριμένο θερμικό καθεστώς και η διαδικασία καύσης στον κλίβανο λαμβάνει χώρα με συνεχώς μεταβαλλόμενους δείκτες.
Το πρωταρχικό στάδιο ξήρανσης και θέρμανσης του στρώματος είναι της λεγόμενης ενδόθερμης φύσης, δηλ. συνοδεύεται όχι από την απελευθέρωση, αλλά από την απορρόφηση της θερμότητας που λαμβάνεται από τα θερμά τοιχώματα της εστίας και από άκαυστα υπολείμματα. Περαιτέρω, καθώς το στρώμα θερμαίνεται, αρχίζει η απελευθέρωση αέριων εύφλεκτων συστατικών και η καύση τους στον όγκο του αερίου. Σε αυτό το στάδιο, αρχίζει η απελευθέρωση θερμότητας στον κλίβανο, η οποία σταδιακά αυξάνεται. Υπό την επίδραση της θέρμανσης, αρχίζει η καύση της στερεής βάσης κοκ του στρώματος, η οποία συνήθως δίνει το μεγαλύτερο θερμικό αποτέλεσμα. Καθώς το στρώμα καίγεται, η απελευθέρωση θερμότητας σταδιακά μειώνεται και στο τελικό στάδιο υπάρχει μια χαμηλής έντασης μετακαύση καύσιμων ουσιών. Είναι γνωστό ότι ο ρόλος και η επίδραση των επιμέρους σταδίων του κύκλου καύσης σε στρώσεις εξαρτάται από τους παρακάτω δείκτεςποιότητα στερεού καυσίμου: περιεκτικότητα σε υγρασία, περιεκτικότητα σε τέφρα, περιεκτικότητα σε πτητικές εύφλεκτες ουσίες και άνθρακα στο καύσιμο
μάζα.
Ας εξετάσουμε πώς αυτά τα συστατικά επηρεάζουν τη φύση της διαδικασίας καύσης στο στρώμα.
Η ύγρανση του καυσίμου έχει αρνητική επίδραση στην καύση, αφού ένα μέρος της ειδικής θερμότητας καύσης του καυσίμου πρέπει να δαπανηθεί για την εξάτμιση της υγρασίας. Ως αποτέλεσμα, οι θερμοκρασίες στην εστία μειώνονται, οι συνθήκες καύσης χειροτερεύουν και ο ίδιος ο κύκλος καύσης καθυστερεί.
αρνητικό ρόλοΗ περιεκτικότητα σε τέφρα του καυσίμου εκδηλώνεται στο γεγονός ότι η μάζα τέφρας περιβάλλει τα εύφλεκτα συστατικά του καυσίμου και εμποδίζει την πρόσβαση του οξυγόνου του αέρα σε αυτά. Ως αποτέλεσμα, η εύφλεκτη μάζα του καυσίμου δεν καίγεται, σχηματίζεται η λεγόμενη μηχανική υποκαύση.
Έρευνες επιστημόνων έχουν αποδείξει ότι η αναλογία της περιεκτικότητας σε πτητικές αέριες ουσίες και στερεό άνθρακα στο στερεό καύσιμο έχει μεγάλη επίδραση στη φύση της ανάπτυξης των διαδικασιών καύσης. Οι πτητικές εύφλεκτες ουσίες αρχίζουν να απελευθερώνονται από τα στερεά καύσιμα σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες, ξεκινώντας από 150-200 ° C και άνω. Οι πτητικές ουσίες είναι ποικίλες σε σύσταση και διαφέρουν σε διαφορετικές θερμοκρασίες εξόδου, επομένως η διαδικασία απελευθέρωσής τους παρατείνεται χρονικά και το τελικό της στάδιο συνήθως συνδυάζεται με την καύση του τμήματος στερεού καυσίμου της στρώσης.
Οι πτητικές ουσίες έχουν σχετικά χαμηλή θερμοκρασία ανάφλεξης, καθώς περιέχουν πολλά συστατικά που περιέχουν υδρογόνο, η καύση τους λαμβάνει χώρα στον όγκο αερίου πάνω από το στρώμα της εστίας. Το στερεό μέρος του καυσίμου που παραμένει μετά την απελευθέρωση πτητικών ουσιών αποτελείται κυρίως από άνθρακα, ο οποίος έχει την υψηλότερη θερμοκρασία ανάφλεξης (650-700°C). Η καύση των υπολειμμάτων άνθρακα αρχίζει τελευταία. Ρέει απευθείας στο λεπτό στρώμα της σχάρας και λόγω της έντονης απελευθέρωσης θερμότητας αναπτύσσονται υψηλές θερμοκρασίες σε αυτό.
τυπική εικόναΟι αλλαγές θερμοκρασίας στον κλίβανο και στους αγωγούς αερίων κατά τη διάρκεια του κύκλου καύσης στερεών καυσίμων φαίνονται στο σχ. 1. Όπως βλέπετε, στην αρχή του κλιβάνου παρατηρείται ραγδαία αύξηση της θερμοκρασίας στην εστία και τις καμινάδες.Στο στάδιο της μετακαύσης, απότομη πτώσηθερμοκρασία στο εσωτερικό του φούρνου, ειδικά στην εστία. Κάθε ένα από τα στάδια απαιτεί την παροχή μιας ορισμένης ποσότητας αέρα καύσης στον κλίβανο. Ωστόσο, λόγω του γεγονότος ότι μια σταθερή ποσότητα αέρα εισέρχεται στον κλίβανο, στο στάδιο της εντατικής καύσης, ο συντελεστής περίσσειας αέρα είναι = 1,5-2 και στο στάδιο μετακαύσης, η διάρκεια του οποίου φτάνει το 25-30% του ο χρόνος του κλιβάνου, ο συντελεστής περίσσειας αέρα φτάνει στο = 8-10. Στο σχ. Το 2 δείχνει πώς ο συντελεστής περίσσειας αέρα αλλάζει κατά τη διάρκεια ενός κύκλου καύσης σε μια σχάρα τριών τύπων στερεών καυσίμων: καυσόξυλα, τύρφη και άνθρακας σε έναν τυπικό φούρνο θέρμανσης κατά παρτίδες.
Ρύζι. 1. Αλλαγή θερμοκρασίας καυσαερίων σε διάφορα τμήματα του κλιβάνου θέρμανσης κατά την καύση με στερεό καύσιμο 1 - θερμοκρασία στην εστία (σε απόσταση 0,23 m από τη σχάρα). 1 - θερμοκρασία στην πρώτη οριζόντια καμινάδα. '3 - θερμοκρασία στην τρίτη οριζόντια καμινάδα. 4 - θερμοκρασία στην έκτη οριζόντια καμινάδα (πριν από τον αποσβεστήρα του κλιβάνου)
Από το σχ. 2 μπορεί να φανεί ότι ο συντελεστής περίσσειας αέρα σε φούρνους που λειτουργούν με περιοδική φόρτωση στερεού καυσίμου αλλάζει συνεχώς.
Ταυτόχρονα, στο στάδιο της εντατικής απελευθέρωσης πτητικών ουσιών, η ποσότητα του αέρα που εισέρχεται στον κλίβανο συνήθως δεν είναι αρκετή για την πλήρη καύση τους και στα στάδια της προθέρμανσης και μετά την καύση των εύφλεκτων ουσιών, η ποσότητα αέρα είναι πολλές φορές υψηλότερο από το θεωρητικά απαιτούμενο.
Ως αποτέλεσμα, στο στάδιο της εντατικής απελευθέρωσης πτητικών ουσιών, εμφανίζεται χημική υποκαύση των απελευθερωμένων καύσιμων αερίων και κατά τη μετακαύση των υπολειμμάτων, αυξάνονται οι απώλειες θερμότητας με τα καυσαέρια λόγω αύξησης του όγκου των προϊόντων καύσης. Η απώλεια θερμότητας με χημική υποκαύση είναι 3-5%, και με καυσαέρια - 20-35%. Ωστόσο, η αρνητική επίδραση της χημικής υποκαύσης εκδηλώνεται όχι μόνο σε πρόσθετες απώλειες θερμότητας και μείωση της απόδοσης. Η εμπειρία στη λειτουργία μεγάλου αριθμού κλιβάνων θέρμανσης δείχνει. ότι ως αποτέλεσμα της χημικής υποκαύσης των έντονα απελευθερωμένων πτητικών ουσιών, εναποτίθεται άμορφος άνθρακας με τη μορφή αιθάλης στα εσωτερικά τοιχώματα του κλιβάνου και των καμινάδων.
Ρύζι. 2. Αλλαγή στην αναλογία περίσσειας αέρα κατά τη διάρκεια του κύκλου καύσης του στερεού καυσίμου
Δεδομένου ότι η αιθάλη έχει χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, οι εναποθέσεις της αυξάνουν τη θερμική αντίσταση των τοιχωμάτων του κλιβάνου και έτσι μειώνουν τη χρήσιμη θερμική απόδοση των κλιβάνων. Οι εναποθέσεις αιθάλης στις καμινάδες στενεύουν τη διατομή για τη διέλευση των αερίων, μειώνουν το ρεύμα και, τέλος, δημιουργούν αυξημένο κίνδυνο πυρκαγιάς, καθώς η αιθάλη είναι εύφλεκτη.
Από όσα ειπώθηκαν, είναι σαφές ότι οι μη ικανοποιητικοί δείκτες της διαδικασίας σε στρώματα οφείλονται σε μεγάλο βαθμό στην ανομοιόμορφη απελευθέρωση πτητικών ουσιών με την πάροδο του χρόνου.
Στην πολυεπίπεδη καύση καυσίμων με υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, η διαδικασία καύσης συγκεντρώνεται σε ένα αρκετά λεπτό στρώμα καυσίμου, στο οποίο αναπτύσσονται υψηλές θερμοκρασίες. Η διαδικασία καύσης του καθαρού άνθρακα στο στρώμα έχει την ιδιότητα της αυτορρύθμισης. Αυτό σημαίνει ότι η ποσότητα του αντιδρώντος (καμένου) άνθρακα θα αντιστοιχεί στην ποσότητα του οξειδωτικού (αέρα) που παρέχεται. Επομένως, σε σταθερή ροή αέρα, η ποσότητα του καυσίμου που καίγεται θα είναι επίσης σταθερή. Η αλλαγή στο θερμικό φορτίο πρέπει να γίνει με ρύθμιση της παροχής αέρα VB. Για παράδειγμα, με την αύξηση του VB, η ποσότητα του καυσίμου που καίγεται αυξάνεται και η μείωση του HC θα προκαλέσει μείωση της απόδοσης θερμότητας του στρώματος, ενώ η τιμή του συντελεστή περίσσειας αέρα θα παραμείνει σταθερή.
Ωστόσο, η καύση του ανθρακίτη και του κωκ συνδέεται με τις ακόλουθες δυσκολίες. Για να είναι δυνατή η δημιουργία υψηλών θερμοκρασιών, το πάχος του στρώματος κατά την καύση του ανθρακίτη και του κωκ διατηρείται αρκετά μεγάλο. Σε αυτή την περίπτωση, η ζώνη εργασίας του στρώματος είναι το σχετικά λεπτό κάτω μέρος του, στο οποίο λαμβάνουν χώρα εξώθερμες αντιδράσεις οξείδωσης του άνθρακα με ατμοσφαιρικό οξυγόνο, δηλ. συμβαίνει η ίδια η καύση. Ολόκληρο το υπερκείμενο στρώμα χρησιμεύει ως θερμομονωτικός παράγοντας για το φλεγόμενο τμήμα του στρώματος, προστατεύοντας τη ζώνη καύσης από ψύξη λόγω ακτινοβολίας θερμότητας στα τοιχώματα της εστίας.
Ως αποτέλεσμα των οξειδωτικών αντιδράσεων, στη ζώνη καύσης απελευθερώνεται χρήσιμη θερμότητα σύμφωνα με την αντίδραση
c+o2->co.
Ωστόσο, σε υψηλές θερμοκρασίες του στρώματος στην άνω ζώνη του, οι αντίστροφες επανορθωτικές ενδόθερμες αντιδράσεις προχωρούν με την απορρόφηση θερμότητας, σύμφωνα με την εξίσωση
CO2+C2CO.
Ως αποτέλεσμα αυτών των αντιδράσεων, σχηματίζεται μονοξείδιο του άνθρακα CO, το οποίο είναι ένα εύφλεκτο αέριο με αρκετά υψηλή ειδική θερμότητα καύσης, επομένως η παρουσία του στα καυσαέρια υποδηλώνει ατελή καύση του καυσίμου και μείωση της απόδοσης του κλιβάνου. Έτσι, για να εξασφαλιστούν υψηλές θερμοκρασίες στη ζώνη καύσης, το στρώμα καυσίμου πρέπει να έχει επαρκές πάχος, αλλά αυτό οδηγεί σε επιβλαβείς αντιδράσεις μείωσης στο πάνω μέρος του στρώματος, οδηγώντας σε χημική υποκαύση του στερεού καυσίμου.
Από τα προηγούμενα, είναι σαφές ότι σε κάθε φούρνο παρτίδας που λειτουργεί με στερεό καύσιμο, λαμβάνει χώρα μια ασταθής διαδικασία καύσης, η οποία αναπόφευκτα μειώνει την απόδοση των κλιβάνων που λειτουργούν.
Μεγάλη σημασία για την οικονομική λειτουργία του κλιβάνου έχει η ποιότητα του στερεού καυσίμου.
Σύμφωνα με τα πρότυπα για τις οικιακές ανάγκες, διακρίνονται κυρίως οι μαύροι άνθρακες (βαθμοί D, G, Zh, K, T, κ.λπ.), καθώς και ο καφές άνθρακας και οι ανθρακίτες. Ανάλογα με το μέγεθος των τεμαχίων, τα κάρβουνα πρέπει να παρέχονται στις ακόλουθες κατηγορίες: 6-13, 13-25, 25-50 και 50-100 mm. Η περιεκτικότητα σε τέφρα του άνθρακα σε ξηρή βάση κυμαίνεται από 14-35% για τον ασφαλτούχο άνθρακα και έως 20% για τον ανθρακίτη, η περιεκτικότητα σε υγρασία είναι 6-15% για τον ασφαλτούχο άνθρακα και 20-45% για τον λιθάνθρακα.
Οι φούρνοι οικιακών σόμπων δεν διαθέτουν τα μέσα μηχανοποίησης της διαδικασίας καύσης (έλεγχος της παροχής αέρα εκτόξευσης, απομάκρυνση στρώματος κ.λπ.), επομένως, για αποτελεσματική καύση σε φούρνους, πρέπει να επιβληθούν μάλλον υψηλές απαιτήσεις στην ποιότητα του άνθρακα. Ένα σημαντικό μέρος του άνθρακα προμηθεύεται, ωστόσο, αδιαχώριστος, συνηθισμένος, με ποιοτικά χαρακτηριστικά (από άποψη υγρασίας, περιεκτικότητας σε τέφρα, περιεκτικότητας σε λεπτά) σημαντικά χαμηλότερα από αυτά που ορίζουν τα πρότυπα.
Η καύση υποβαθμισμένου καυσίμου είναι ατελής, με αυξημένες απώλειες από χημική και μηχανική υποκαύση. Ακαδημία Κοινής Ωφέλειας. K. D. Pamfilov, καθορίστηκε η ετήσια υλική ζημιά που προκλήθηκε από την προμήθεια άνθρακα Χαμηλή ποιότητα. Οι υπολογισμοί έδειξαν ότι η υλική ζημιά που προκαλείται από την ατελή χρήση καυσίμων είναι περίπου το 60% του κόστους της εξόρυξης άνθρακα. Είναι οικονομικά και τεχνικά σκόπιμο να εμπλουτιστεί το καύσιμο στους τόπους παραγωγής του σε τυπική κατάσταση, αφού το πρόσθετο κόστος για τον εμπλουτισμό θα ανέλθει περίπου στο μισό της αναφερόμενης ποσότητας υλικών ζημιών.
Ένα σημαντικό ποιοτικό χαρακτηριστικό του άνθρακα, που επηρεάζει την απόδοση της καύσης του, είναι η κλασματική του σύνθεση.
Στο αυξημένο περιεχόμενοστο καύσιμο των λεπτών, όταν συμπιέζεται, κλείνει τα κενά στο στρώμα καυσίμου που καίγεται, γεγονός που οδηγεί σε καύση κρατήρα, η οποία έχει ανομοιόμορφο χαρακτήρα στην περιοχή του στρώματος. Για τον ίδιο λόγο, οι λιθάνθρακες καίγονται χειρότερα από άλλα είδη καυσίμων, τα οποία τείνουν να ραγίζουν όταν θερμαίνονται για να σχηματίσουν μια σημαντική ποσότητα λεπτών.
Από την άλλη πλευρά, η χρήση υπερβολικά μεγάλων τεμαχίων άνθρακα (πάνω από 100 mm) οδηγεί επίσης σε καύση κρατήρα.
Η υγρασία του άνθρακα, γενικά, δεν επηρεάζει τη διαδικασία καύσης. Ωστόσο, μειώνει την ειδική θερμότητα της καύσης, τη θερμοκρασία καύσης, και επίσης περιπλέκει την αποθήκευση του άνθρακα, αφού παγώνει σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν. Για την αποφυγή παγώματος, η περιεκτικότητα σε υγρασία του άνθρακα δεν πρέπει να υπερβαίνει το 8%.
Το θείο είναι ένα επιβλαβές συστατικό στα στερεά καύσιμα, καθώς τα προϊόντα της καύσης του είναι το διοξείδιο του θείου S02 και το διοξείδιο του θείου S03, τα οποία έχουν ισχυρές διαβρωτικές ιδιότητες και είναι επίσης πολύ τοξικά.
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι σε κλιβάνους παρτίδας οι συνηθισμένοι άνθρακας, αν και λιγότερο αποτελεσματικοί, μπορούν να καούν ικανοποιητικά. για κλιβάνους μακράς καύσης, αυτές οι απαιτήσεις πρέπει να πληρούνται κατηγορηματικά πλήρως.
Σε συνεχείς φούρνους, στους οποίους καίγονται υγρά ή αέρια καύσιμα, η διαδικασία καύσης δεν είναι κυκλική, αλλά συνεχής. Η ροή του καυσίμου στον κλίβανο συμβαίνει ομοιόμορφα, λόγω της οποίας παρατηρείται μια σταθερή λειτουργία καύσης. Εάν κατά την καύση στερεού καυσίμου η θερμοκρασία στην εστία του κλιβάνου κυμαίνεται σε μεγάλο εύρος, γεγονός που επηρεάζει αρνητικά τη διαδικασία καύσης, τότε κατά την καύση φυσικού αερίου, αμέσως μετά την ενεργοποίηση του καυστήρα, η θερμοκρασία στο χώρο του κλιβάνου φτάνει τους 650 -700 ° C. Επιπλέον, αυξάνεται συνεχώς με το χρόνο και φτάνει τους 850-1100 °C στο τέλος του κλιβάνου. Ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας σε αυτή την περίπτωση καθορίζεται από τη θερμική τάση του χώρου του κλιβάνου και τον χρόνο καύσης του κλιβάνου (Εικ. 25). Η καύση αερίου είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί σε μια σταθερή αναλογία περίσσειας αέρα, η οποία πραγματοποιείται με τη βοήθεια ενός αποσβεστήρα αέρα. Εξαιτίας αυτού, όταν καίγεται αέριο στον κλίβανο, δημιουργείται μια σταθερή λειτουργία καύσης, η οποία καθιστά δυνατή την ελαχιστοποίηση των απωλειών θερμότητας με τα καυσαέρια και την επίτευξη υψηλής απόδοσης λειτουργίας του κλιβάνου, που φτάνει το 80-90%. Η απόδοση μιας σόμπας υγραερίου είναι σταθερή με την πάροδο του χρόνου και είναι σημαντικά υψηλότερη από αυτή των εστιών στερεών καυσίμων.
Επίδραση του τρόπου καύσης καυσίμου και του μεγέθους της περιοχής της επιφάνειας λήψης θερμότητας των κυκλωμάτων καπνού στην απόδοση του κλιβάνου. Οι θεωρητικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι η θερμική απόδοση του κλιβάνου θέρμανσης, δηλ. η τιμή θερμική απόδοση, εξαρτάται από τους λεγόμενους εξωτερικούς και εσωτερικούς παράγοντες. ΠΡΟΣ ΤΗΝ εξωτερικοί παράγοντεςπεριλαμβάνει την περιοχή της εξωτερικής επιφάνειας S του κλιβάνου που απελευθερώνει θερμότητα στην περιοχή της εστίας και της κυκλοφορίας καπνού, πάχος τοιχώματος 6, συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας K του υλικού των τοιχωμάτων του κλιβάνου και θερμότητα χωρητικότητα Γ. Όσο μεγαλύτερες είναι οι τιμές. S, X και λιγότερο από 6, όσο καλύτερη είναι η μεταφορά θερμότητας από τα τοιχώματα του κλιβάνου στον περιβάλλοντα αέρα, τα αέρια ψύχονται πληρέστερα και τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση του κλιβάνου.
Ρύζι. Εικ. 3. Μεταβολή της θερμοκρασίας των προϊόντων καύσης στην εστία μιας καμίνου θέρμανσης αερίου, ανάλογα με την ένταση του χώρου του κλιβάνου και το χρόνο καύσης
Οι εσωτερικοί παράγοντες περιλαμβάνουν κυρίως την τιμή της απόδοσης της εστίας, η οποία εξαρτάται κυρίως από την πληρότητα της καύσης του καυσίμου. Σε κλιβάνους θέρμανσης περιοδικής δράσης, υπάρχουν σχεδόν πάντα απώλειες θερμότητας από χημική ατελής καύση και μηχανική υποκαύση. Αυτές οι απώλειες εξαρτώνται από την τελειότητα της οργάνωσης της διαδικασίας καύσης, που καθορίζεται από την ειδική θερμική τάση του όγκου του κλιβάνου Q/V. Η τιμή του QIV για μια εστία ενός δεδομένου σχεδιασμού εξαρτάται από την κατανάλωση του καυσίμου που καίγεται.
Η έρευνα και η εμπειρία λειτουργίας έχουν αποδείξει ότι για κάθε τύπο σχεδίασης καυσίμου και εστίας υπάρχει μια βέλτιστη τιμή Q/V. Σε χαμηλό Q/V, τα εσωτερικά τοιχώματα της εστίας θερμαίνονται ασθενώς, οι θερμοκρασίες στη ζώνη καύσης είναι ανεπαρκείς για αποτελεσματική καύση καυσίμου. Με την αύξηση του Q/V, οι θερμοκρασίες στον όγκο του κλιβάνου αυξάνονται και όταν επιτευχθεί μια ορισμένη τιμή Q/V, βέλτιστες συνθήκεςκαύση. Με την περαιτέρω αύξηση της κατανάλωσης καυσίμου, το επίπεδο θερμοκρασίας συνεχίζει να αυξάνεται, αλλά η διαδικασία καύσης δεν έχει χρόνο να ολοκληρωθεί εντός της εστίας. Τα αέρια εύφλεκτα συστατικά μεταφέρονται στους αγωγούς αερίων, η διαδικασία της καύσης τους σταματά και εμφανίζεται η χημική υποκαύση του καυσίμου. Με τον ίδιο τρόπο, με την υπερβολική κατανάλωση καυσίμου, μέρος του δεν προλαβαίνει να καεί και παραμένει στη σχάρα, γεγονός που οδηγεί σε μηχανική υποκαύση. Έτσι, για να έχει ο φούρνος θέρμανσης μέγιστη απόδοση, είναι απαραίτητο η εστία του να λειτουργεί με βέλτιστη θερμική καταπόνηση.
Οι απώλειες θερμότητας στο περιβάλλον από τα τοιχώματα της εστίας δεν μειώνουν την απόδοση του κλιβάνου, καθώς η θερμότητα δαπανάται για χρήσιμη θέρμανση του δωματίου.
Το δεύτερο σημαντικό εσωτερικός παράγονταςείναι η ροή καυσαερίων Vr. Ακόμα κι αν ο κλίβανος λειτουργεί στη βέλτιστη τιμή της θερμικής τάσης της εστίας, ο όγκος των αερίων που διέρχονται από τις καμινάδες μπορεί να ποικίλλει σημαντικά λόγω μιας αλλαγής στον συντελεστή περίσσειας αέρα am, που είναι ο λόγος της πραγματικής ροής αέρα που εισέρχεται στο φούρνο στη θεωρητικά απαιτούμενη ποσότητα. Για μια δεδομένη τιμή του QIV, η τιμή του am μπορεί να ποικίλλει σε ένα πολύ μεγάλο εύρος. Σε συμβατικούς κλιβάνους θέρμανσης παρτίδας, η τιμή του a στην περίοδο μέγιστης καύσης μπορεί να είναι κοντά στο 1, δηλαδή να αντιστοιχεί στο ελάχιστο δυνατό θεωρητικό όριο. Ωστόσο, κατά την περίοδο προετοιμασίας του καυσίμου και στο στάδιο της μετακαύσης των υπολειμμάτων, η τιμή του am σε φούρνους παρτίδας συνήθως αυξάνεται απότομα, φτάνοντας συχνά το όριο υψηλές αξίες- περίπου 8-10. Με την αύξηση στο, ο όγκος των αερίων αυξάνεται, ο χρόνος παραμονής τους στο σύστημα κυκλοφορίας καπνού μειώνεται και, ως αποτέλεσμα, αυξάνονται οι απώλειες θερμότητας με τα καυσαέρια.
Στο σχ. Το σχήμα 4 δείχνει γραφήματα της εξάρτησης της απόδοσης του κλιβάνου θέρμανσης από διάφορες παραμέτρους. Στο σχ. 4, a δείχνει τις τιμές της απόδοσης του κλιβάνου θέρμανσης ανάλογα με τις τιμές του am, από τις οποίες είναι σαφές ότι με αύξηση του am από 1,5 σε 4,5, η απόδοση μειώνεται από 80 σε 48%. Στο σχ. Το 4b δείχνει την εξάρτηση της απόδοσης του κλιβάνου θέρμανσης από την περιοχή της εσωτερικής επιφάνειας των κυκλωμάτων καπνού S, από την οποία μπορεί να φανεί ότι με αύξηση του S από 1 σε 4 m2, η απόδοση αυξάνεται από 65 σε 90%.
Εκτός από τους παραπάνω παράγοντες, η απόδοση εξαρτάται από τη διάρκεια του κλιβάνου t (Εικ. 4, γ). Καθώς το x αυξάνεται, τα εσωτερικά τοιχώματα του κλιβάνου θερμαίνονται σε υψηλότερη θερμοκρασία και τα αέρια, αντίστοιχα, ψύχονται λιγότερο. Επομένως, με την αύξηση της διάρκειας του κλιβάνου, η απόδοση οποιουδήποτε κλιβάνου θέρμανσης μειώνεται, πλησιάζοντας μια ορισμένη ελάχιστη τιμή χαρακτηριστική ενός κλιβάνου αυτού του σχεδιασμού.
Ρύζι. Εικ. 4. Εξάρτηση της απόδοσης ενός κλιβάνου θέρμανσης αερίου από διάφορες παραμέτρους α - από τον συντελεστή περίσσειας αέρα στην περιοχή της εσωτερικής επιφάνειας των κυκλωμάτων καπνού, m2. β - από την περιοχή της εσωτερικής επιφάνειας των κυκλωμάτων καπνού σε διάφορους συντελεστές περίσσειας αέρα. γ - από τη διάρκεια του κλιβάνου σε διάφορες περιοχές της εσωτερικής επιφάνειας των κυκλωμάτων καπνού, m2
Μεταφορά θερμότητας κλιβάνων θέρμανσης και ικανότητα αποθήκευσης τους. Στους κλιβάνους θέρμανσης, η θερμότητα που πρέπει να μεταφερθεί από τα καυσαέρια στο θερμαινόμενο δωμάτιο πρέπει να διέρχεται από το πάχος των τοιχωμάτων του κλιβάνου. Με την αλλαγή του πάχους των τοιχωμάτων της εστίας και των καμινάδων, η θερμική αντίσταση και η μαζικότητα της τοιχοποιίας (η αποθηκευτική της ικανότητα) αλλάζουν ανάλογα. Για παράδειγμα, με μείωση του πάχους των τοίχων, η θερμική τους αντίσταση μειώνεται, η ροή θερμότητας αυξάνεται και, ταυτόχρονα, μειώνονται οι διαστάσεις του κλιβάνου. Ωστόσο, η μείωση του πάχους των τοιχωμάτων των κλιβάνων παρτίδας που λειτουργούν με στερεά καύσιμα είναι απαράδεκτη για τους ακόλουθους λόγους: κατά την περιοδική βραχυπρόθεσμη καύση, οι εσωτερικές επιφάνειες της εστίας και των καμινάδων θερμαίνονται σε υψηλές θερμοκρασίες και τη θερμοκρασία του κλιβάνου η εξωτερική επιφάνεια κατά τις περιόδους μέγιστης καύσης θα είναι πάνω από τα επιτρεπτά όρια. αφού σταματήσει η καύση λόγω της έντονης μεταφοράς θερμότητας των εξωτερικών τοιχωμάτων στο περιβάλλον, ο κλίβανος θα κρυώσει γρήγορα.
Σε μεγάλες τιμές του M, η θερμοκρασία δωματίου θα ποικίλλει με την πάροδο του χρόνου σε ένα ευρύ φάσμα και θα ξεφεύγει από τα αποδεκτά πρότυπα. Από την άλλη πλευρά, εάν απλώσετε τη σόμπα με πολύ χοντρά τοιχώματα, τότε σε σύντομο χρονικό διάστημα καύσης, η μεγάλη συστοιχία της δεν θα έχει χρόνο να ζεσταθεί και, επιπλέον, με την πάχυνση των τοίχων, η διαφορά μεταξύ των περιοχή της εσωτερικής επιφάνειας των καμινάδων, η οποία δέχεται θερμότητα από αέρια, και η περιοχή της εξωτερικής επιφάνειας του κλιβάνου, η οποία μεταφέρει θερμότητα, αυξάνει τον αέρα του περιβάλλοντος, προκαλώντας την εξωτερική θερμοκρασία του ο φούρνος να είναι πολύ χαμηλός για να ζεστάνει αποτελεσματικά το δωμάτιο. Επομένως, υπάρχει ένα τέτοιο βέλτιστο πάχος τοιχώματος (1/2-1 τούβλο), στο οποίο η μάζα του κλιβάνου παρτίδας συσσωρεύει επαρκή ποσότητα θερμότητας κατά τη διάρκεια του κλιβάνου και ταυτόχρονα μια αρκετά υψηλή θερμοκρασία των εξωτερικών επιφανειών του φούρνου. ο φούρνος είναι προσβάσιμος για κανονική θέρμανση του δωματίου.
Όταν χρησιμοποιείτε υγρά ή αέρια καύσιμα σε κλιβάνους θέρμανσης, είναι αρκετά εφικτή η λειτουργία συνεχούς καύσης, επομένως, με συνεχή καύση, δεν υπάρχει ανάγκη συσσώρευσης θερμότητας λόγω αύξησης της διάταξης τοιχοποιίας. Η διαδικασία μεταφοράς θερμότητας από τα αέρια σε ένα θερμαινόμενο δωμάτιο είναι ακίνητη στο χρόνο. Υπό αυτές τις συνθήκες, το πάχος των τοίχων και η μαζικότητα του κλιβάνου μπορούν να επιλεγούν όχι με βάση την παροχή μιας συγκεκριμένης αξίας αποθήκευσης, αλλά με βάση την αντοχή της τοιχοποιίας και την εξασφάλιση της κατάλληλης αντοχής.
Η επίδραση της αλλαγής του κλιβάνου από παρτίδα σε συνεχή φαίνεται ξεκάθαρα στο Σχ. 5, που δείχνει τη μεταβολή της θερμοκρασίας της εσωτερικής επιφάνειας του τοιχώματος της εστίας σε περίπτωση περιοδικής και συνεχούς καύσης. Με περιοδική φωτιά, μετά από 0,5-1 ώρα, η εσωτερική επιφάνεια του τοιχώματος της εστίας θερμαίνεται στους 800-900 °C.
Μια τέτοια απότομη θέρμανση μετά από 1-2 χρόνια λειτουργίας του κλιβάνου προκαλεί συχνά ρωγμές των τούβλων και την καταστροφή τους. Ένα τέτοιο καθεστώς, ωστόσο, είναι αναγκαστικό, καθώς η μείωση του θερμικού φορτίου οδηγεί σε υπερβολική αύξηση της διάρκειας του κλιβάνου.
Με τη συνεχή καύση, η κατανάλωση καυσίμου μειώνεται απότομα και μειώνεται η θερμοκρασία θέρμανσης των τοιχωμάτων της εστίας. Όπως φαίνεται από το σχ. 27, με συνεχή καύση για τις περισσότερες ποιότητες άνθρακα, η θερμοκρασία του τοίχου αυξάνεται από 200 σε μόνο 450-500 ° C, ενώ με περιοδική καύση είναι πολύ υψηλότερη - 800-900 ° C. Ως εκ τούτου, οι εστίες των κλιβάνων παρτίδας είναι συνήθως επενδεδυμένες με πυρίμαχα τούβλα, ενώ οι εστίες συνεχόμενων κλιβάνων δεν χρειάζονται επένδυση, καθώς η θερμοκρασία στην επιφάνειά τους δεν φτάνει το όριο πυραντίστασης του συνηθισμένου κόκκινου τούβλου (700-750 ° C).
Επομένως, η συνεχής θέρμανση κάνει πιο αποτελεσματική χρήση πλινθοδομή, η διάρκεια ζωής των κλιβάνων αυξάνεται σημαντικά και για τις περισσότερες ποιότητες άνθρακα (εκτός από ανθρακίτες και άπαχο κάρβουνο) είναι δυνατό να τοποθετηθούν όλα τα μέρη του κλιβάνου από κόκκινο τούβλο.
Σπρώξτε σε φούρνους. Για να αναγκαστούν τα καυσαέρια να περάσουν από την εστία μέσω των καμινάδων του κλιβάνου στην καμινάδα, ξεπερνώντας όλες τις τοπικές αντιστάσεις που συναντώνται στο πέρασμά τους, είναι απαραίτητο να καταβληθεί κάποια προσπάθεια, η οποία πρέπει να υπερβαίνει αυτές τις αντιστάσεις, διαφορετικά ο κλίβανος θα καπνίσει . Αυτή η προσπάθεια ονομάζεται δύναμη ώθησης του κλιβάνου.
Η εμφάνιση της δύναμης έλξης απεικονίζεται στο διάγραμμα (Εικ. 6). Τα καυσαέρια που παράγονται στην εστία, όντας ελαφρύτερα από τον περιβάλλοντα αέρα, ανεβαίνουν και γεμίζουν την καμινάδα. Η στήλη του εξωτερικού αέρα αντιτίθεται στη στήλη των αερίων στην καμινάδα, αλλά, όντας κρύα, είναι πολύ πιο βαριά από τη στήλη των αερίων. Εάν σχεδιάσουμε ένα υπό όρους κατακόρυφο επίπεδο μέσα από την πόρτα του κλιβάνου, τότε με σωστη πλευραθα επηρεαστεί (πιεστεί) από μια στήλη θερμών αερίων με ύψος από τη μέση της πόρτας του κλιβάνου μέχρι την κορυφή της καμινάδας και από τα αριστερά - από μια στήλη εξωτερικού ψυχρού αέρα του ίδιου ύψους. Η μάζα της αριστερής στήλης είναι μεγαλύτερη από τη δεξιά, καθώς η πυκνότητα του ψυχρού αέρα είναι μεγαλύτερη από αυτή του θερμού αέρα, επομένως η αριστερή στήλη θα μετατοπίσει τα καυσαέρια που γεμίζουν την καμινάδα και τα αέρια θα κινηθούν στο σύστημα προς την κατεύθυνση από περισσότερη πίεσησε ένα μικρότερο, δηλαδή προς την καμινάδα.
Ρύζι. 5. Αλλαγή θερμοκρασίας στην εσωτερική επιφάνεια του τοιχώματος της εστίας a - ο θερμοστάτης έχει ρυθμιστεί στο κατώτερο όριο. β - ο θερμοστάτης έχει ρυθμιστεί στο ανώτατο όριο
Ρύζι. 6. Σχέδιο λειτουργίας της καμινάδας 1-πόρτα κλιβάνου. 2- τζάκι? 3 - στήλη αέρα εξωτερικού χώρου. 4 - καμινάδα
Η δράση της δύναμης έλξης συνίσταται επομένως στο ότι, αφενός, αναγκάζει τα θερμά αέρια να ανέβουν προς τα πάνω και, αφετέρου, αναγκάζει τον εξωτερικό αέρα να περάσει στην εστία για καύση.
Η μέση θερμοκρασία των αερίων στην καμινάδα μπορεί να ληφθεί ίση με τον αριθμητικό μέσο όρο μεταξύ της θερμοκρασίας των αερίων στην είσοδο και την έξοδο της καμινάδας.
- Κύρια χαρακτηριστικά των διαδικασιών καύσης καυσίμου
Λόγω της αυξανόμενης δημοτικότητας των λεβήτων στερεών καυσίμων, ένας τεράστιος αριθμός πιθανών αγοραστών αυτόν τον εξοπλισμόενδιαφέρεται για το ερώτημα ποιος τύπος στερεού καυσίμου να προτιμήσει ως κύριο, και ανάλογα απόφασηπαραγγείλετε το ένα ή το άλλο εξοπλισμός θέρμανσης.
Ο κύριος δείκτης οποιουδήποτε καυσίμου, όχι μόνο του στερεού καυσίμου, είναι η μεταφορά θερμότητας, η οποία εξασφαλίζεται από την καύση στερεού καυσίμου. Σε αυτή την περίπτωση, η μεταφορά θερμότητας του στερεού καυσίμου σχετίζεται άμεσα με τον τύπο, τις ιδιότητες και τη σύνθεσή του.
λίγη χημεία
Η σύνθεση των στερεών καυσίμων περιλαμβάνει τις ακόλουθες ουσίες: άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο και ορυκτές ενώσεις. Όταν καίει καύσιμο, άνθρακας και υδρογόνο συνδυάζονται με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο (το ισχυρότερο φυσικό οξειδωτικό) - συμβαίνει μια αντίδραση καύσης με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμικής ενέργειας. Περαιτέρω, τα αέρια προϊόντα καύσης απομακρύνονται μέσω του συστήματος εξάτμισης καπνού και τα στερεά προϊόντα καύσης (στάχτη και σκωρία) πέφτουν ως απόβλητα μέσα από τη σχάρα.
Κατά συνέπεια, το κύριο καθήκον που αντιμετωπίζει ο σχεδιαστής του εξοπλισμού θέρμανσης στερεών καυσίμων είναι να εξασφαλίσει τη μεγαλύτερη διάρκεια καύσης μιας σόμπας στερεών καυσίμων ή ενός λέβητα στερεών καυσίμων. Αυτή τη στιγμή, έχει σημειωθεί κάποια πρόοδος σε αυτόν τον τομέα - λέβητες στερεών καυσίμων μακράς καύσης που λειτουργούν με την αρχή της ανώτερης καύσης και της διαδικασίας πυρόλυσης εμφανίστηκαν στην πώληση.
Η θερμογόνος δύναμη των κύριων τύπων στερεών καυσίμων
- Καυσόξυλα. Κατά μέσο όρο (ανάλογα με τον τύπο του ξύλου) και υγρασία από 2800 έως 3300 kcal / kg.
- Τύρφη - ανάλογα με την υγρασία από 3000 έως 4000 kcal / kg.
- Άνθρακας - ανάλογα με τον τύπο (ανθρακί, καφέ ή φλογερό) από 4700 έως 7200 kcal / kg.
- Πιεσμένες μπρικέτες και σφαιρίδια - 4500 kcal / kg.
Με άλλα λόγια, η διαδικασία καύσης στερεού καυσίμου διάφορα είδησυνοδεύεται από διαφορετική ποσότητα απελευθερωμένης θερμικής ενέργειας, επομένως, η επιλογή του κύριου τύπου καυσίμου θα πρέπει να ληφθεί πολύ υπεύθυνα - καθοδηγηθείτε σε αυτό το θέμα από τις πληροφορίες που καθορίζονται στην επιχειρησιακή τεκμηρίωση (διαβατήριο ή οδηγίες λειτουργίας) για το ένα ή το άλλο εξοπλισμός στερεών καυσίμων.
Σύντομη περιγραφή των κύριων τύπων στερεών καυσίμων
Καυσόξυλα
Το πιο προσιτό, επομένως, το πιο κοινό είδος καυσίμου στη Ρωσία. Όπως ήδη αναφέρθηκε, η ποσότητα της θερμότητας που παράγεται κατά την καύση εξαρτάται από τον τύπο του ξύλου και την περιεκτικότητά του σε υγρασία. Πρέπει να σημειωθεί ότι όταν χρησιμοποιούνται καυσόξυλα ως καύσιμο για λέβητα πυρόλυσης, υπάρχει ένα όριο υγρασίας, το οποίο σε αυτή την περίπτωση δεν πρέπει να ξεπερνά το 15-20%.
Τύρφη
Η τύρφη είναι τα συμπιεσμένα υπολείμματα σάπιων φυτών που βρίσκονται στο έδαφος για μεγάλο χρονικό διάστημα. Σύμφωνα με τη μέθοδο εκχύλισης, διακρίνεται η υψηλή και η χαμηλή τύρφη. Και σύμφωνα με την κατάσταση συσσωμάτωσης, η τύρφη μπορεί να είναι: σκαλισμένη, σβολιασμένη και συμπιεσμένη με τη μορφή μπρικέτες. Όσον αφορά την ποσότητα θερμικής ενέργειας που απελευθερώνεται, η τύρφη είναι παρόμοια με τα καυσόξυλα.
Κάρβουνο
Ο άνθρακας είναι ο πιο «υψηλός σε θερμίδες» τύπος στερεού καυσίμου, που απαιτεί ειδική τεχνολογία ανάφλεξης. Στη γενική περίπτωση, για να ανάψετε μια σόμπα ή ένα λέβητα σε κάρβουνο, πρέπει πρώτα να ανάψετε την εστία με ξύλα και μόνο μετά, να φορτώσετε κάρβουνο (καφέ, πύρινο ή ανθρακί) σε καλά καμένα καυσόξυλα.
Μπρικέτες και πέλλετ
Αυτό το νέο είδοςστερεό καύσιμο, που διαφέρει στο μέγεθος των μεμονωμένων στοιχείων. Οι μπρικέτες είναι μεγαλύτερες και τα πέλλετ μικρότερα. Η πρώτη ύλη για την κατασκευή μπρικετών και σφαιριδίων μπορεί να είναι οποιαδήποτε «καύσιμη» ουσία: ροκανίδια, σκόνη ξύλου, άχυρο, φλοιοί ξηρών καρπών, τύρφη, φλούδες ηλίανθου, φλοιός, χαρτόνι και άλλες «μαζικές» εύφλεκτες ουσίες που διατίθενται ελεύθερα.
Πλεονεκτήματα μπρικέτες και πέλλετ
- Φιλικό προς το περιβάλλον ανανεώσιμο καύσιμο με υψηλή θερμογόνο δύναμη.
- Μεγάλη καύση λόγω της υψηλής πυκνότητας του υλικού.
- Βολική και συμπαγής αποθήκευση.
- Η ελάχιστη ποσότητα τέφρας μετά την καύση είναι από 1 έως 3% του όγκου.
- Χαμηλό σχετικό κόστος.
- Η δυνατότητα αυτοματοποίησης της διαδικασίας του λέβητα.
- Κατάλληλο για όλους τους τύπους λεβήτων στερεών καυσίμων και σόμπες οικιακής θέρμανσης.
Η καύση του στερεού καυσίμου πραγματοποιείται σε δύο στάδια: θερμική προετοιμασία. η ίδια η καύση.
Στο πρώτο στάδιο, το καύσιμο θερμαίνεται και στεγνώνει. Στους 100 C, η πυρογενετική αποσύνθεση των συστατικών του καυσίμου ξεκινά με την απελευθέρωση αερίων πτητικών ουσιών. (Ζώνη Ι). Η διάρκεια αυτής της διαδικασίας εξαρτάται από την περιεκτικότητα σε υγρασία του καυσίμου, το μέγεθος των σωματιδίων και τις συνθήκες ανταλλαγής θερμότητας μεταξύ των σωματιδίων του καυσίμου και του μέσου καύσης.
Η καύση του καυσίμου ξεκινά με την ανάφλεξη των πτητικών (ζώνη II). Ο t σε αυτή τη ζώνη είναι 400-600 C. Κατά την καύση, απελευθερώνεται θερμότητα, η οποία παρέχει επιταχυνόμενη θέρμανση και ανάφλεξη των υπολειμμάτων οπτάνθρακα. (Δύο απαραίτητες προϋποθέσειςώστε το καύσιμο να καίγεται: θερμοκρασία και επαρκής ποσότητα οξειδωτικού παράγοντα. Σε κάθε κλίβανο υπάρχουν 2 είσοδοι: μία για καύσιμο και η άλλη για οξειδωτικό)
Αυτή η διαδικασία συμβαίνει σε δέκατα του δευτερολέπτου. Τα πτητικά καίγονται από 0,2 έως 0,5 δευτερόλεπτα. Το Q απελευθερώνεται όταν ξεκινάει το t 800-1000 - η ζώνη III. Η καύση του οπτάνθρακα ξεκινά σε θερμοκρασία 1000 C και συμβαίνει στην περιοχή III. Αυτή η διαδικασία είναι μακρά. 1 – Ταέριο μέσο γύρω από το σωματίδιο. 2-Ττο ίδιο το σωματίδιο . Εγώ– ζώνη θερμικής προετοιμασίας,II- η ζώνη καύσης πτητικών ουσιών,III– καύση σωματιδίων οπτάνθρακα.
III - ετερογενής διαδικασία. Ο ρυθμός εξαρτάται από τον ρυθμό παροχής οξυγόνου. Ο χρόνος καύσης ενός σωματιδίου οπτάνθρακα είναι από ½ έως 2/3 του συνολικού χρόνου καύσης (από 1 έως 2,5 δευτερόλεπτα) - εξαρτάται από τον τύπο και το μέγεθος του καυσίμου. Για τα νεαρά καύσιμα, η διαδικασία ενανθράκωσης δεν έχει ολοκληρωθεί, μια μεγάλη απόδοση πτητικών. Υπόλειμμα οπτάνθρακα< 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 – στροφή σωματιδίων οπτάνθρακα, 2 – στενή στρωτή στρώση με πάχος δ, 3 – ζώνη τυρβώδους ροής.
Το οξυγόνο παρέχεται από το περιβάλλον στο σωματίδιο άνθρακα λόγω τυρβώδους διάχυσης, η οποία έχει υψηλή ένταση, αλλά κοντά στην επιφάνεια του σωματιδίου υπάρχει ένα λεπτό στρώμα αερίου (2), όπου η παροχή οξειδωτικού υπόκειται σε s-us μοριακήδιάχυση (lam sl) - επιβραδύνει την παροχή οξυγόνου στην επιφάνεια του σωματιδίου. Σε αυτό το στρώμα, λαμβάνει χώρα η καύση εύφλεκτων συστατικών αερίων που απελευθερώνονται από την επιφάνεια του άνθρακα κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων.
Η ποσότητα οξυγόνου που παρέχεται ανά μονάδα χρόνου σε μια μονάδα επιφάνειας ενός σωματιδίου μέσω τυρβώδους διάχυσης προσδιορίζεται από:
GOK \u003d A (SPOT - CSL) (1) , Α - σύνολο μεταφοράς τυρβώδους μάζας. Η ίδια ποσότητα οξυγόνου διαχέεται μέσω του στρώματος εμβάπτισης λόγω της μοριακής διάχυσης:
ΓΟΚ = ρεδ (CSL - SPOV) (2) D – σύνολο mol dif-και h/h στρώμα βύθισης δ. ssl = σολΕντάξει* δ ρε+ SPOV, GOK \u003d A (SPOT - σολΕντάξει* δ ρε– SPOV) , ΓΟΚ = ΕΝΑ*(ΑΠΟ ΠΟΤ - SPOV ) 1+ Αδρε = (ΑΠΟ ΠΟΤ - SPOV ) 1 ΕΝΑ + δ ρε = αD*(SPOT - SPOV) , 1 ΕΝΑ + δ ρε= αD είναι η γενικευμένη σταθερά ρυθμού διάχυσης.
Ο αριθμός των αθροισμένων ok-la εξαρτάται από το αD και τη διαφορά μεταξύ των συγκεντρώσεων της ροής και της επιφάνειας. Η παροχή οξυγόνου στην επιφάνεια του καυσίμου που αντιδρά καθορίζεται από τον ρυθμό διάχυσης και τη συγκέντρωση οξυγόνου στη ροή και στην επιφάνεια αντίδρασης.
Στο καθεστώς καύσης σε σταθερή κατάσταση, η ποσότητα οξυγόνου που παρέχεται στην επιφάνεια της αντίδρασης με διάχυση είναι ίση με την ποσότητα οξυγόνου που έχει αντιδράσει με αυτήν την επιφάνεια.
ωР = αD(SPOT - SPOV) . Ταυτόχρονα, ο ρυθμός καύσης: ωG = k * PHRS, εάν είναι ίσοι, τότε μπορεί να καθορίσει: ωG = 1 1 κ + 1 α ρε* ΜΕΙΔΡΩΤΑΣ= kg*SPOT. κσολ = 1 1 κ + 1 α ρε = κ * α ρε α ρε + κ (*) είναι η μειωμένη σταθερά καύσης. 1 κ Γ = 1 κ + 1 α ρεείναι η γενικευμένη αντίσταση στη διαδικασία καύσης. 1/k - κινητική αντίσταση, που καθορίζεται από την ένταση της ροής της χημικής ουσίας p-και καύση; 1/αD - φυσική αντίσταση (διάχυσης) - εξαρτάται από την ένταση της παροχής οξειδωτικού.
Ανάλογα με την αντίσταση, διακρίνονται οι περιοχές κινητικής και διάχυσης ετερογενούς καύσης.
I – κινητική περιοχή (ωG = k*PHOT), II – ενδιάμεση περιοχή, III – περιοχή διάχυσης (ωG = αD*PHOT)
Σύμφωνα με το νόμο του Arrhenius, ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Το αD (const speed dif-i) αντιδρά άσχημα στη θερμοκρασία. Σε θερμοκρασίες μικρότερες από 800-1000 C, η χημική αντίδραση προχωρά αργά, παρά την περίσσεια O2 κοντά στη στερεά επιφάνεια. Σε αυτή την περίπτωση, το 1/k είναι μεγάλη τιμή - η καύση επιβραδύνεται κινητική του p-και(το t είναι μικρό) και η περιοχή ονομάζεται Η κινητική περιοχή της καύσης. (1/k >> 1/αD) . κ<<αД, kГ ~k (*) - Επειδή το p-th είναι αργό, το οξυγόνο που παρέχεται με διάχυση δεν καταναλώνεται και η συγκέντρωσή του στην επιφάνεια της αντίδρασης είναι περίπου ίση με τη συγκέντρωση στη ροή ωG = k * PHRS - αυτός είναι ο ρυθμός καύσης στην κινητική περιοχή.
Ο ρυθμός καύσης στην κινητική περιοχή δεν θα αλλάξει με αυξημένη παροχή οξυγόνου, βελτιώνοντας τις διαδικασίες της αεροδυναμικής (περιοχήΕγώ), αλλά εξαρτάται από τον κινητικό παράγοντα, δηλαδή τη θερμοκρασία. Η παροχή ok-la >> κατανάλωσης - η συγκέντρωση στο re-ti σχεδόν δεν αλλάζει. Καθώς το t αυξάνεται, ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται και η συγκέντρωση του O2 και του C μειώνεται. Περαιτέρω t οδηγεί σε αύξηση του ρυθμού καύσης και η τιμή του περιορίζεται από την έλλειψη παροχής O2 στην επιφάνεια, την ανεπαρκή διάχυση. Επιφανειακή συγκέντρωση οξυγόνου →0 .
Η περιοχή καύσης στην οποία ο ρυθμός διεργασίας εξαρτάται από τους παράγοντες διάχυσης ονομάζεται περιοχή διάχυσηςIII. Εδώ k>>αD ( Από * ): kg~αD. Ο ρυθμός διάχυσης της καύσης περιορίζεται από την παροχή Ο2 στην επιφάνεια και τη συγκέντρωσή του στο ρεύμα.
Οι περιοχές διάχυσης και κινητικής χωρίζονται από μια ενδιάμεση ζώνη II, όπου ο ρυθμός παροχής οξυγόνου και ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης είναι περίπου ίσοι μεταξύ τους. Πως μικρότερα μεγέθηστερεό καύσιμο, το περισσότερη περιοχήμεταφορά θερμότητας και μάζας.
Στις περιοχές II και III, η καύση μπορεί να ενισχυθεί με την παροχή ενός ok-la. Σε υψηλές ταχύτητες, ok-la, η αντίσταση και το πάχος της στρωτής στρώσης μειώνονται και η παροχή ok-la αυξάνεται. Όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα, τόσο πιο εντατικά αναμιγνύεται το καύσιμο με O2 και τόσο περισσότερο t υπάρχει μετάβαση από την κινητική στη βιομηχανική και μετά στη διαφορική περιοχή. Με τη μείωση του μεγέθους των σωματιδίων, η περιοχή της κινητικής καύσης αυξάνεται, καθώς τα σωματίδια μικρού μεγέθους έχουν πιο ανεπτυγμένη ανταλλαγή θερμότητας και μάζας με περιβάλλον.
D1>d2>d3, v1>v2>v3
D - μέγεθος σωματιδίων κονιοποιημένου καυσίμου, v - ταχύτητα ανάμειξης καυσίμου με αέρα - ταχύτητα παροχής ok-la
Η ανάφλεξη οποιουδήποτε καυσίμου ξεκινά σε σχετικά χαμηλό t με επαρκή αριθμό ok-la (I). Καθαρή διαφορική καύση III - περιορίζεται από τον πυρήνα του φακού. Η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε μετατόπιση στην περιοχή της καύσης διάχυσης. Η ζώνη καύσης διάχυσης βρίσκεται από τον πυρήνα του πυρσού έως τη ζώνη μετάκαυσης, όπου η συγκέντρωση των αντιδρώντων είναι χαμηλή και η αλληλεπίδρασή τους καθορίζεται από τους νόμους της διάχυσης.
Έτσι, εάν η καύση προχωρήσει σε μια περιοχή διάχυσης ή ενδιάμεση, τότε με τη μείωση του μεγέθους των σωματιδίων του κονιοποιημένου καυσίμου, η διαδικασία μετατοπίζεται προς την κινητική καύση. Η περιοχή καύσης αμιγώς διάχυσης είναι περιορισμένη. Αυτό παρατηρείται στον πυρήνα της φλόγας με τη μέγιστη θερμοκρασία καύσης. Έξω από τον πυρήνα, η καύση λαμβάνει χώρα στην κινητική ή ενδιάμεση περιοχή, η οποία χαρακτηρίζεται από μια ισχυρή εξάρτηση του ρυθμού καύσης από τη θερμοκρασία.
Οι περιοχές κινητικής και ενδιάμεσης καύσης εμφανίζονται επίσης στη ζώνη ανάφλεξης της ροής σκόνης-αέρα και η καύση καυσίμων όλων των τύπων με προκαταρκτικό σχηματισμό μίγματος προχωρά στη διάχυση ή στην ενδιάμεση περιοχή.
Εργασία………………………………………………………………………..3
Εισαγωγή…………………………………………………………………………...4
Θεωρητικό μέρος
1. Χαρακτηριστικά της καύσης στερεών καυσίμων ………………………………………………………………
2. Καύση καυσίμου σε φούρνους θαλάμου ………………………………….9
3. Θέση και ρόλος των στερεών καυσίμων στον ενεργειακό τομέα της Ρωσίας ………………..12
4. Μείωση των εκπομπών σωματιδίων τέφρας από κλιβάνους λεβήτων με κατασκευαστικές και τεχνολογικές μεθόδους…………………………………………………………14
5. Συλλογή τέφρας και τύποι συλλεκτών τέφρας…………………………….15
6. Συλλέκτης τέφρας κυκλώνων (αδρανειακών)………………………………..16
1. Αρχικά στοιχεία……………………………………………………….18
2. Υπολογισμός της στοιχειακής σύστασης του καυσίμου εργασίας……………………..19
3. Υπολογισμός των μαζών και των όγκων των προϊόντων καύσης καυσίμου κατά την καύση σε λεβητοστάσια …………………………………………………………………………..19
4. Προσδιορισμός του ύψους του σωλήνα H………………………………………………20
5. Υπολογισμός της διασποράς και των προτύπων για τις μέγιστες επιτρεπόμενες εκπομπές επιβλαβών ουσιών στην ατμόσφαιρα…………………………………………………….
6. Προσδιορισμός του απαιτούμενου βαθμού καθαρισμού…………………………….… 21
Το σκεπτικό για την επιλογή κυκλώνα………………………………………………..22
Εφαρμοσμένες συσκευές………………………………………………. ……23
Συμπέρασμα………………………………………………………………….24
Κατάλογος χρησιμοποιημένης βιβλιογραφίας………………………………………………………………………………………………
Ασκηση
1. Σύμφωνα με τα δεδομένα σχεδιασμού των στερεών καυσίμων, προσδιορίστε τη στοιχειακή σύνθεση του καυσίμου εργασίας.
2. Χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα της παραγράφου 1 και τα αρχικά δεδομένα, υπολογίστε τις εκπομπές και τους όγκους των προϊόντων καύσης σωματιδίων Α, οξειδίων του θείου SO x, μονοξειδίου του άνθρακα CO, οξειδίων του αζώτου NO x, τον ρυθμό ροής των αερίων που εισέρχονται στην καμινάδα υπό συνθήκες λειτουργίας το λεβητοστάσιο.
3. Με βάση τα αποτελέσματα της παραγράφου 2 και τα αρχικά δεδομένα, προσδιορίστε τη διάμετρο του στομίου της καμινάδας. Προσδιορίστε το ύψος του σωλήνα H.
4. Προσδιορίστε την πιο αναμενόμενη συγκέντρωση C m (mg / m 3) επιβλαβών ουσιών: μονοξείδιο του άνθρακα CO, διοξείδιο του θείου SO 2, οξείδια του αζώτου NO x, σκόνη, (στάχτη) στο επιφανειακό στρώμα της ατμόσφαιρας υπό δυσμενείς συνθήκες διασποράς.
5. Συγκρίνετε το πραγματικό περιεχόμενο επιβλαβών ουσιών σε ατμοσφαιρικός αέραςλαμβάνοντας υπόψη τη συγκέντρωση υποβάθρου (C m + C f) με υγειονομικά και υγειονομικά πρότυπα (MPC), εάν MPC CO \u003d 5 mg / m 3, MPC NO 2 \u003d 0,085, MPC SO 2 \u003d 0,5 mg / m 3 , σκόνη MPC =0,5 mg/m 3 .
7. Προσδιορίστε τον απαιτούμενο βαθμό καθαρισμού και δώστε συστάσεις για τη μείωση των εκπομπών εάν η πραγματική εκπομπή M οποιασδήποτε ουσίας υπερβαίνει το υπολογιζόμενο πρότυπο (MAL).
8. Ανάπτυξη και αιτιολόγηση των μεθόδων και συσκευών που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία των αποβλήτων επικίνδυνων ουσιών.
Θεωρητικό μέρος
Εισαγωγή
εργοστασιακή παραγωγήκαι άλλα είδη ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑανθρώπινα συνοδεύονται από την έκλυση ρύπων στο περιβάλλον.
Σημαντική ζημιά στο περιβάλλον προκαλούν οι μονάδες λεβήτων που χρησιμοποιούν την καύση στερεών, υγρών και αέριων καυσίμων όταν θερμαίνουν νερό για συστήματα θέρμανσης.
κύρια πηγή αρνητικό αντίκτυποενέργεια είναι τα προϊόντα που σχηματίζονται κατά την καύση ορυκτών καυσίμων.
Η μάζα εργασίας του οργανικού καυσίμου αποτελείται από άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο, άζωτο, θείο, υγρασία και τέφρα. Ως αποτέλεσμα της πλήρους καύσης καυσίμων, διοξείδιο του άνθρακα, υδρατμοί, οξείδια του θείου (διοξείδιο του θείου, θειικός ανυδρίτης και τέφρα). Τα οξείδια του θείου και η τέφρα είναι μεταξύ των τοξικών. Στον πυρήνα του πυρσού των λεβήτων κλιβάνου υψηλής ισχύος, λαμβάνει χώρα μερική οξείδωση του αζώτου στον αέρα καυσίμου με το σχηματισμό οξειδίων του αζώτου (οξείδιο του αζώτου και διοξείδιο του αζώτου).
Με ατελή καύση καυσίμου σε κλιβάνους, μπορεί επίσης να σχηματιστεί μονοξείδιο του άνθρακα CO 2, υδρογονάνθρακες CH 4, C 2 H 6, καθώς και καρκινογόνες ουσίες. Τα προϊόντα ατελούς καύσης είναι πολύ επιβλαβή, αλλά με τη σύγχρονη τεχνολογία καύσης, ο σχηματισμός τους μπορεί να εξαλειφθεί ή να ελαχιστοποιηθεί.
Ο εύφλεκτος σχιστόλιθος και ο καφές άνθρακας, καθώς και ορισμένες ποιότητες σκληρού άνθρακα, έχουν την υψηλότερη περιεκτικότητα σε τέφρα. Το υγρό καύσιμο έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε τέφρα. Το φυσικό αέριο είναι καύσιμο χωρίς στάχτη.
Οι τοξικές ουσίες που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα από τις καμινάδες των σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας έχουν επιβλαβή επίδραση σε ολόκληρο το σύμπλεγμα της άγριας ζωής και της βιόσφαιρας.
Μια ολοκληρωμένη λύση στο πρόβλημα της προστασίας του περιβάλλοντος από τις επιπτώσεις των επιβλαβών εκπομπών από την καύση καυσίμων σε μονάδες λεβήτων περιλαμβάνει:
· Ανάπτυξη και υλοποίηση τεχνολογικές διαδικασίεςμείωση των εκπομπών επιβλαβών ουσιών λόγω της πληρότητας της καύσης καυσίμων κ.λπ.
· Εφαρμογή αποτελεσματικών μεθόδων και τρόπων καθαρισμού των απαερίων.
Ο πιο αποτελεσματικός τρόπος επίλυσης περιβαλλοντικά ζητήματαεπί παρόν στάδιο– δημιουργία τεχνολογιών σχεδόν χωρίς απόβλητα. Ταυτόχρονα, το πρόβλημα λύνεται ορθολογική χρήσηφυσικών πόρων, τόσο των υλικών όσο και των ενεργειακών.
Χαρακτηριστικά της καύσης στερεών καυσίμων
Η καύση του στερεού καυσίμου περιλαμβάνει δύο περιόδους: τη θερμική προετοιμασία και την πραγματική καύση. Στη διαδικασία της θερμικής παρασκευής, το καύσιμο θερμαίνεται, στεγνώνει και σε θερμοκρασία περίπου 110°C, η πυρογενετική αποσύνθεση των συστατικών του ξεκινά με την απελευθέρωση αερίων πτητικών ουσιών. Η διάρκεια αυτής της περιόδου εξαρτάται κυρίως από την περιεκτικότητα σε υγρασία του καυσίμου, το μέγεθος των σωματιδίων του και τις συνθήκες ανταλλαγής θερμότητας μεταξύ του περιβάλλοντος μέσου καύσης και των σωματιδίων του καυσίμου. Η πορεία των διεργασιών κατά την περίοδο της θερμικής προετοιμασίας συνδέεται με την απορρόφηση θερμότητας κυρίως για θέρμανση, ξήρανση του καυσίμου και θερμική αποσύνθεση σύνθετων μοριακών ενώσεων.
Η ίδια η καύση ξεκινά με την ανάφλεξη των πτητικών ουσιών σε θερμοκρασία 400-600°C και η θερμότητα που απελευθερώνεται κατά την καύση παρέχει επιταχυνόμενη θέρμανση και ανάφλεξη των υπολειμμάτων οπτάνθρακα.
Η καύση του οπτάνθρακα ξεκινά σε θερμοκρασία περίπου 1000°C και είναι η μεγαλύτερη διαδικασία.
Αυτό καθορίζεται από το γεγονός ότι μέρος του οξυγόνου στη ζώνη κοντά στην επιφάνεια του σωματιδίου χρησιμοποιείται για την καύση εύφλεκτων πτητικών ουσιών και η υπόλοιπη συγκέντρωσή του έχει μειωθεί, επιπλέον, οι ετερογενείς αντιδράσεις είναι πάντα κατώτερες σε ταχύτητα από τις ομοιογενείς αντιδράσεις για ουσίες που είναι ομοιογενείς σε χημική δράση.
Ως αποτέλεσμα, ο συνολικός χρόνος καύσης ενός στερεού σωματιδίου καθορίζεται κυρίως από την καύση του υπολείμματος οπτάνθρακα (περίπου τα 2/3 του συνολικού χρόνου καύσης). Για νεαρά καύσιμα με υψηλή απόδοση πτητικών ουσιών, το υπόλειμμα οπτάνθρακα είναι μικρότερο από το μισό της αρχικής μάζας του σωματιδίου, επομένως, η καύση τους (με ίσα αρχικά μεγέθη) γίνεται αρκετά γρήγορα και η πιθανότητα υποκαύσης μειώνεται. Οι παλιοί τύποι στερεών καυσίμων έχουν μεγάλο υπόλειμμα οπτάνθρακα κοντά στο αρχικό μέγεθος σωματιδίων, η καύση του οποίου καταλαμβάνει όλο το χρόνο που το σωματίδιο παραμένει στο θάλαμο καύσης. Ο χρόνος καύσης ενός σωματιδίου με αρχικό μέγεθος 1 mm είναι από 1 έως 2,5 δευτερόλεπτα, ανάλογα με τον τύπο του αρχικού καυσίμου.
Το υπόλειμμα οπτάνθρακα των περισσότερων στερεών καυσίμων κυρίως, και για ορισμένα στερεά καύσιμα, αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από άνθρακα (από 60 έως 97% της οργανικής μάζας του καυσίμου). Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο άνθρακας παρέχει την κύρια απελευθέρωση θερμότητας κατά την καύση του καυσίμου, ας εξετάσουμε τη δυναμική της καύσης ενός σωματιδίου άνθρακα από την επιφάνεια. Το οξυγόνο παρέχεται από το περιβάλλον στο σωματίδιο άνθρακα λόγω τυρβώδους διάχυσης (μεταφορά τυρβώδους μάζας), η οποία έχει αρκετά υψηλή ένταση, ωστόσο, ένα λεπτό στρώμα αερίου (οριακό στρώμα) παραμένει απευθείας στην επιφάνεια του σωματιδίου, η μεταφορά του οξειδωτικό μέσω του οποίου πραγματοποιείται σύμφωνα με τους νόμους της μοριακής διάχυσης.
Αυτό το στρώμα εμποδίζει σημαντικά την παροχή οξυγόνου στην επιφάνεια. Σε αυτό, λαμβάνει χώρα η καύση εύφλεκτων συστατικών αερίων που απελευθερώνονται από την επιφάνεια του άνθρακα κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης.
Διάκριση μεταξύ διάχυσης, κινητικής και περιοχή σκηνήςκαύση. Στην ενδιάμεση και ειδικά στην περιοχή διάχυσης, η εντατικοποίηση της καύσης είναι δυνατή με την αύξηση της παροχής οξυγόνου, με την ενεργοποίηση της εμφύσησης των σωματιδίων καυσίμου που καίγονται με ροή οξειδωτικού. Σε υψηλούς ρυθμούς ροής, το πάχος και η αντίσταση του στρωτού στρώματος κοντά στην επιφάνεια μειώνονται και η παροχή οξυγόνου αυξάνεται. Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η ταχύτητα, τόσο πιο έντονη είναι η ανάμειξη του καυσίμου με το οξυγόνο και τόσο υψηλότερη είναι η μετάβαση της θερμοκρασίας από την κινητική στην ενδιάμεση ζώνη και από την ενδιάμεση στη ζώνη διάχυσης της καύσης.
Παρόμοιο αποτέλεσμα όσον αφορά την εντατικοποίηση της καύσης επιτυγχάνεται με τη μείωση του μεγέθους των σωματιδίων του κονιοποιημένου καυσίμου. Τα σωματίδια μικρού μεγέθους έχουν πιο ανεπτυγμένη ανταλλαγή θερμότητας και μάζας με το περιβάλλον. Έτσι, με τη μείωση του μεγέθους των σωματιδίων του κονιοποιημένου καυσίμου, η περιοχή της κινητικής καύσης διευρύνεται. Η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε μετατόπιση στην περιοχή της καύσης διάχυσης.
Η περιοχή καύσης καθαρής διάχυσης του κονιοποιημένου καυσίμου περιορίζεται κυρίως από τον πυρήνα της φλόγας, που έχει την υψηλότερη θερμοκρασία καύσης, και τη ζώνη μετακαύσης, όπου οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων είναι ήδη χαμηλές και η αλληλεπίδρασή τους καθορίζεται από τους νόμους της διάχυσης. Η ανάφλεξη οποιουδήποτε καυσίμου ξεκινά σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες, σε συνθήκες επαρκούς ποσότητας οξυγόνου, δηλ. στην κινητική περιοχή.
Στην κινητική περιοχή της καύσης, τον καθοριστικό ρόλο παίζει ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης, ο οποίος εξαρτάται από παράγοντες όπως η αντιδραστικότητα του καυσίμου και το επίπεδο θερμοκρασίας. Η επίδραση των αεροδυναμικών παραγόντων σε αυτή την περιοχή καύσης είναι ασήμαντη.