Značajke izgaranja krutog goriva. sagorijevanje goriva

Proces izgaranja krutog goriva može se predstaviti kao niz uzastopnih faza. Prvo, gorivo se zagrijava i vlaga isparava. Zatim pri temperaturama iznad 100 °C počinje pirogena razgradnja složenih visokomolekularnih organskih spojeva i oslobađanje hlapljivih tvari, dok temperatura na kojoj počinju izlaziti hlapive tvari ovisi o vrsti goriva i stupnju njegove karbonifikacije (kemijska starost ). Ako temperatura okoline prelazi temperaturu paljenja hlapljivih tvari, one se zapale, čime se osigurava dodatno zagrijavanje čestice koksa prije nego što se zapali. Što je veći prinos hlapljivih tvari, to je njihova temperatura paljenja niža, dok se oslobađanje topline povećava.

Čestica koksa se zagrijava toplinom okolnih dimnih plinova i oslobađanjem topline kao rezultat izgaranja hlapivih tvari i pali se na temperaturi od 800÷1000 °C. Kada se kruta goriva izgaraju u prahu, oba stupnja (izgaranje hlapljivih tvari i koksa) mogu se međusobno preklapati, budući da se zagrijavanje najmanje čestice ugljena događa vrlo brzo. U stvarnim uvjetima imamo posla s polidisperznim sastavom ugljene prašine, pa se u svakom trenutku neke čestice tek počinju zagrijavati, druge su u fazi hlapljivog oslobađanja, a treće su u fazi izgaranja. ostatak koksa.

Proces izgaranja čestice koksa igra odlučujuću ulogu u procjeni kako ukupnog vremena gorenja goriva tako i ukupnog oslobađanja topline. Čak i za gorivo s visokim hlapljivim prinosom (na primjer, mrki ugljen u blizini Moskve), ostatak koksa je 55% masenog udjela, a njegovo oslobađanje topline je 66% ukupne količine. A za gorivo s vrlo niskim hlapljivim iskorištenjem (na primjer, DS), ostatak koksa može biti više od 96% težine suhe početne čestice, a oslobađanje topline tijekom njegovog izgaranja je oko 95% od ukupno.

Studije izgaranja koksnog ostatka otkrile su složenost ovog procesa.

Kada se ugljik izgori, moguće su dvije primarni izravne heterogene oksidacijske reakcije:

C + O 2 \u003d CO 2 + 34 MJ / kg; (četrnaest)

2C + O 2 \u003d 2CO + 10,2 MJ / kg. (petnaest)

Kao rezultat stvaranja CO 2 i CO, dva sekundarni reakcije:

oksidacija ugljičnog monoksida 2CO + O 2 \u003d 2CO 2 + 12,7 MJ / kg; (šesnaest)

smanjenje ugljičnog dioksida CO 2 + C \u003d 2CO - 7,25 MJ / kg. (17)

Osim toga, u prisutnosti vodene pare na zagrijanoj površini čestice, t.j. u području visokih temperatura dolazi do rasplinjavanja s oslobađanjem vodika:

C + H 2 O \u003d CO + H 2. (osamnaest)

Heterogene reakcije (14, 15, 17 i 18) svjedoče o izravnom izgaranju ugljika, praćenom smanjenjem mase čestice ugljika. Homogena reakcija (16) odvija se u blizini površine čestice zbog difuzije kisika iz okolnog volumena i kompenzira smanjenje temperaturne razine procesa koji nastaje kao rezultat endotermne reakcije (17).

Omjer između CO i CO 2 na površini čestice ovisi o temperaturi plinova u ovom području. Tako, na primjer, prema eksperimentalnim studijama, na temperaturi od 1200 ° C, reakcija se nastavlja

4C + 3O 2 \u003d 2CO + 2CO 2 (E = 84 ÷ 125 kJ / g-mol),

i na temperaturama iznad 1500°C

3C + 2O 2 \u003d 2CO + CO 2 (E = 290 ÷ 375 kJ / g-mol).

Očito je da se u prvom slučaju CO i CO 2 oslobađaju u približno jednakim količinama, dok je povećanjem temperature volumen oslobođenog CO 2 puta veći od CO 2 .

Kao što je već spomenuto, brzina gorenja uglavnom ovisi o dva čimbenika:

1) ubrzati kemijska reakcija , koji je određen Arrheniusovim zakonom i brzo raste s porastom temperature;

2) brzina opskrbe oksidansom(kisika) u zonu izgaranja zbog difuzije (molekularne ili turbulentne).

U početnom razdoblju procesa izgaranja, kada temperatura još uvijek nije dovoljno visoka, brzina kemijske reakcije je također niska, a oksidansa je više nego dovoljno u volumenu koji okružuje česticu goriva i na njezinoj površini, t.j. postoji lokalni višak zraka. Nikakvo poboljšanje aerodinamike peći ili plamenika, koje dovodi do intenziviranja opskrbe goruće čestice kisikom, neće utjecati na proces izgaranja, koji se usporava samo niskom brzinom kemijske reakcije, t.j. kinetika. Ovo je - područje kinetičkog izgaranja.

Kako se proces izgaranja odvija, oslobađa se toplina, povećava se temperatura, a time i brzina kemijske reakcije, što dovodi do brzog povećanja potrošnje kisika. Njegova koncentracija na površini čestice stalno opada, a u budućnosti će brzina izgaranja biti određena samo brzinom difuzije kisika u zonu izgaranja, koja je gotovo neovisna o temperaturi. Ovo je - područje difuzijskog izgaranja.

NA prijelazno područje izgaranja brzine kemijske reakcije i difuzije su veličine istog reda.

Prema zakonu molekularne difuzije (Fickov zakon), brzina difuzijskog prijenosa kisika s volumena na površinu čestice

gdje je koeficijent difuzijskog prijenosa mase;

i su, redom, parcijalni tlakovi kisika u volumenu i na površini.

Potrošnja kisika na površini čestice određena je brzinom kemijske reakcije:

, (20)

gdje k je konstanta brzine reakcije.

U prijelaznoj zoni u stacionarnom stanju

,

gdje
(21)

Zamjenom (21) u (20) dobivamo izraz za brzinu izgaranja u prijelaznom području u smislu potrošnje oksidatora (kisika):

(22)

gdje
je efektivna konstanta brzine reakcije izgaranja.

U zoni relativno niskih temperatura (kinetičko područje)
, stoga, k ef = k, a izraz (22) ima oblik:

,

oni. koncentracije kisika (parcijalni tlakovi) u volumenu i na površini čestice malo se razlikuju jedna od druge, a brzina gorenja gotovo je u potpunosti određena kemijskom reakcijom.

S porastom temperature konstanta brzine kemijske reakcije raste prema eksponencijalnom Arrheniusovom zakonu (vidi sliku 22), dok molekularni (difuzijski) prijenos mase slabo ovisi o temperaturi, tj.

.

Pri određenoj vrijednosti temperature T*, brzina potrošnje kisika počinje premašivati ​​intenzitet njegove opskrbe iz okolnog volumena, koeficijenti α D i k postanu usporedive vrijednosti istog reda, koncentracija kisika na površini počinje osjetno opadati, a krivulja brzine gorenja odstupa od teorijske kinetičke krivulje izgaranja (Arrheniusov zakon), ali i dalje osjetno raste. Na krivulji se pojavljuje pregib - proces prelazi u srednje (prijelazno) područje izgaranja. Relativno intenzivna opskrba oksidantom objašnjava se činjenicom da se zbog smanjenja koncentracije kisika blizu površine čestice povećava razlika u parcijalnim tlakovima kisika u volumenu i blizu površine.

U procesu intenziviranja izgaranja koncentracija kisika na površini praktički postaje jednaka nuli, dotok kisika na površinu slabo ovisi o temperaturi i postaje gotovo konstantan, tj. α D << k, i, prema tome, proces prelazi u područje difuzije

.

U području difuzije povećanje brzine gorenja postiže se intenziviranjem procesa miješanja goriva sa zrakom (poboljšanje uređaja plamenika) ili povećanjem brzine upuhivanja čestice strujom zraka (poboljšanje aerodinamike peći), uslijed čega se smanjuje debljina graničnog sloja u blizini površine i pojačava se dotok kisika u česticu.

Kao što je već napomenuto, kruto gorivo se sagorijeva ili u obliku velikih (bez posebne pripreme) komadića (stratificirano izgaranje), ili u obliku zgnječenog (fluidizirani sloj i niskotemperaturni vrtlog), ili u obliku najmanje prašine ( metoda baklje).

Očito, najveći relativna brzina puhanje čestica goriva bit će u slojevitom izgaranju. Kod vrtložnog i bakljičnog izgaranja čestice goriva su u struji dimnih plinova, a relativna brzina njihovog puhanja je znatno manja nego u stacionarnom sloju. Polazeći od toga, čini se da bi se prijelaz iz kinetičkog u difuzijsko područje prije svega trebao dogoditi za male čestice, t.j. za prašinu. Osim toga, brojna su istraživanja pokazala da čestica ugljene prašine koja je suspendirana u strujanju mješavine plina i zraka toliko slabo puše da oslobođeni produkti izgaranja tvore oblak oko nje, što uvelike inhibira dotok kisika u nju. A intenziviranje heterogenog izgaranja prašine u metodi baklje vjerojatno je posljedica iznimno značajnog povećanja ukupne površine reakcije. Međutim, očito nije uvijek točno. .

Opskrba kisikom površine određena je zakonima difuzije. Istraživanja prijenosa topline male sferične čestice u laminarnom toku otkrila su generaliziranu ovisnost kriterija:

Nu = 2 + 0,33 Re 0,5.

Za male čestice koksa (kod Re< 1, что соответствует скорости витания мелких частиц), Nu → 2, т.е.

.

Postoji analogija između procesa prijenosa topline i mase, budući da su oba određena kretanjem molekula. Stoga i zakoni prijenosa topline (Fourierov i Newton-Richmannov zakon) i prijenosa mase (Fickov zakon) imaju sličan matematički izraz. Formalna analogija ovih zakona omogućuje nam da zapišemo u odnosu na procese difuzije:

,

gdje
, (23)

gdje je D koeficijent molekularne difuzije (slično koeficijentu toplinske vodljivosti λ u toplinskim procesima).

Kao što slijedi iz formule (23), koeficijent difuzijskog prijenosa mase α D obrnuto je proporcionalan polumjeru čestice. Posljedično, sa smanjenjem veličine čestica goriva, intenzivira se proces difuzije kisika na površinu čestice. Dakle, tijekom izgaranja ugljene prašine, prijelaz na difuzijsko izgaranje je pomaknut prema višim temperaturama (unatoč prethodno uočenom smanjenju brzine puhanja čestica).

Prema brojnim eksperimentalnim studijama koje su sredinom dvadesetog stoljeća proveli sovjetski znanstvenici. (G.F.Knorre, L.N. Khitrin, A.S.Predvoditelev, V.V.Pomerantsev i drugi), u zoni normalnih temperatura peći (oko 1500 ÷ 1600 °C), izgaranje čestice koksa se pomiče iz međuzone u difuziju, gdje se opskrba kisikom je od velike važnosti. U tom slučaju, s povećanjem difuzije kisika na površinu, usporavanje gorenja počet će na višoj temperaturi.

Vrijeme izgaranja sferične čestice ugljika u području difuzije ima kvadratnu ovisnost o početnoj veličini čestice:

,

gdje r o je početna veličina čestice; ρ h je gustoća čestice ugljika; D o , P o , T o su početne vrijednosti koeficijenta difuzije, tlaka i temperature;
je početna koncentracija kisika u volumenu peći na znatnoj udaljenosti od čestice; β - stehiometrijski koeficijent, koji utvrđuje korespondenciju masene potrošnje kisika po jedinici težine spaljenog ugljika pri stehiometrijskim omjerima; T m– logaritamska temperatura:

gdje T P i T G su, odnosno, temperature površine čestica i okolnih dimnih plinova.

Zbog sve veće popularnosti kotlova na kruta goriva, veliki broj potencijalnih kupaca ove opreme zainteresiran je za pitanje koje vrste kruto gorivo dati prednost kao glavni i, ovisno o donesenoj odluci, naručiti jednu ili drugu vrstu opreme za grijanje.

Glavni pokazatelj bilo kojeg goriva, ne samo krutog goriva, je njegov prijenos topline, koji se osigurava izgaranjem krutog goriva. U ovom slučaju, prijenos topline krutog goriva izravno je povezan s njegovom vrstom, svojstvima i sastavom.

malo kemije

Sastav krutih goriva uključuje sljedeće tvari: ugljik, vodik, kisik i mineralne spojeve. Kada sagorijeva gorivo, ugljik i vodik se spajaju s atmosferskim kisikom (najjači prirodni oksidant) - dolazi do reakcije izgaranja s oslobađanjem velike količine toplinske energije. Nadalje, plinoviti produkti izgaranja uklanjaju se kroz sustav za odvod dima, a kruti proizvodi izgaranja (pepeo i troska) ispadaju kao otpad kroz rešetku.

U skladu s tim, glavni zadatak s kojim se suočava dizajner opreme za grijanje na kruta goriva je osigurati najdulje izgaranje peći na kruto gorivo ili kotla na kruto gorivo. U ovom trenutku, u ovom području je postignut određeni napredak - u prodaji su se pojavili kotlovi na kruta goriva dugog gorenja koji rade na principu gornjeg izgaranja i procesa pirolize.

Kalorična vrijednost glavnih vrsta krutog goriva

• Drva za ogrjev. U prosjeku (ovisno o vrsti drva) i vlažnosti od 2800 do 3300 kcal / kg.
• Treset - ovisno o vlažnosti od 3000 do 4000 kcal / kg.
• Ugljen - ovisno o vrsti (antracit, smeđi ili vatreni) od 4700 do 7200 kcal / kg.
• Prešani briketi i peleti - 4500 kcal / kg.

Drugim riječima, proces izgaranja krutih goriva različitih vrsta popraćen je različitom količinom oslobođene toplinske energije, stoga odabiru glavne vrste goriva treba pristupiti vrlo odgovorno - vodite se u tom pitanju informacijama navedenim u radnu dokumentaciju (putovnicu ili Upute za uporabu) za jednu ili drugu opremu na kruto gorivo.

Kratak opis glavnih vrsta krutih goriva

Drva za ogrjev

Najpristupačnija, dakle, najčešća vrsta goriva u Rusiji. Kao što je već spomenuto, količina topline koja nastaje tijekom izgaranja ovisi o vrsti drva i njegovoj vlažnosti. Treba napomenuti da pri korištenju drva za ogrjev kao goriva za kotao za pirolizu postoji granica vlažnosti, koja u ovom slučaju ne smije prelaziti 15-20%.

Treset

Treset su zbijeni ostaci trulih biljaka koji dugo leže u tlu. Prema načinu vađenja razlikuju se visoki i niski treset. A prema agregatnom stanju treset može biti: klesan, grudast i prešan u obliku briketa. Po količini oslobođene toplinske energije, treset je sličan drvu za ogrjev.

Ugljen

Ugljen je najkaloričnija vrsta krutog goriva, za koju je potrebna posebna tehnologija paljenja. U općem slučaju, da biste zapalili peć ili kotao na ugljen, prvo morate zapaliti ložište drvima, a tek onda na dobro izgorjela drva utovariti ugljen (smeđi, vatreni ili antracit).

Briketi i peleti

Ovo je nova vrsta krutog goriva, koja se razlikuje po veličini pojedinih elemenata. Briketi su veći, a peleti manji. Početni materijal za proizvodnju briketa i peleta može biti bilo koja "zapaljiva" tvar: drvna sječka, drvena prašina, slama, ljuske oraha, treset, ljuske suncokreta, kora, karton i druge "masovne" zapaljive tvari koje su slobodno dostupne.

Prednosti briketa i peleta

• Ekološki prihvatljivo obnovljivo gorivo visoke ogrjevne vrijednosti.
• Dugo gori zbog velike gustoće materijala.
• Zgodno i kompaktno skladištenje.
• Minimalna količina pepela nakon izgaranja je od 1 do 3% volumena.
• Niska relativna cijena.
• Mogućnost automatizacije procesa rada kotla.
• Pogodno za sve vrste kotlova na kruta goriva i peći za grijanje kućanstava.

Čvrsta goriva uključuju drvo, treset i ugljen. Proces izgaranja svih vrsta krutih goriva ima slične značajke.

Gorivo se mora stavljati na rešetku peći u slojevima, promatrajući cikluse izgaranja - kao što su punjenje, sušenje, zagrijavanje sloja, izgaranje uz oslobađanje hlapljivih tvari, izgaranje ostataka i uklanjanje troske.

Svaka faza izgaranja goriva karakterizirana je određenim pokazateljima koji utječu na toplinski režim peći.

Na samom početku sušenja i zagrijavanja sloja toplina se ne oslobađa, već se, naprotiv, apsorbira iz zagrijanih stijenki ložišta i neizgorjelih ostataka. Kako se gorivo zagrijava, plinovite zapaljive komponente počinju se oslobađati, izgarajući u volumenu plina peći. Postupno se oslobađa sve više topline, a taj proces doseže svoj maksimum tijekom izgaranja koksne baze goriva.

Proces izgaranja goriva određen je njegovim kvalitetama: sadržajem pepela, vlagom, kao i sadržajem ugljika i hlapljivih zapaljivih tvari. Osim toga, važan je ispravan izbor dizajna peći i načina izgaranja goriva. Dakle, pri izgaranju mokrog goriva na njegovo isparavanje troši se značajna količina topline, zbog čega se proces izgaranja odgađa, temperatura u ložištu raste vrlo sporo ili se čak smanjuje (na početku izgaranja). Povećan sadržaj pepela također usporava proces izgaranja. Zbog činjenice da masa pepela obavija zapaljive komponente, ograničava pristup kisiku u zonu izgaranja i, kao rezultat, gorivo možda neće u potpunosti izgorjeti, tako da se povećava stvaranje mehaničkog nedogaranja.

Intenzivni ciklus izgaranja goriva ovisi o njegovom kemijskom sastavu, odnosno o odnosu između hlapljivih plinovitih komponenti i čvrstog ugljika. Prvo, hlapljive komponente počinju gorjeti, čije se oslobađanje i paljenje događa na relativno niskim temperaturama (150-200 ° C). Taj proces može trajati dosta dugo, jer postoji mnogo hlapljivih tvari koje se razlikuju po svom kemijskom sastavu i temperaturi paljenja. Svi oni izgaraju u nadslojnom plinskom volumenu ložišta.

Čvrste komponente goriva koje ostaju nakon oslobađanja hlapljivih tvari imaju najvišu temperaturu izgaranja. U pravilu se temelje na ugljiku. Njihova temperatura izgaranja je 650-700 ° C. Čvrste komponente izgaraju u tankom sloju koji se nalazi iznad rešetke. Ovaj proces je popraćen oslobađanjem velike količine topline.

Od svih vrsta krutih goriva, drvo za ogrjev je najpopularnije. Sadrže veliku količinu hlapljivih tvari. Sa stajališta prijenosa topline, drvo breze i ariša smatra se najboljim. Nakon spaljivanja brezovog ogrjevnog drva oslobađa se puno topline i stvara se minimalna količina ugljičnog monoksida. Ogrjevno drvo od ariša također daje mnogo topline; kada izgaraju, niz peći se vrlo brzo zagrijava, što znači da se troše ekonomičnije od onih od breze. Ali u isto vrijeme, nakon izgaranja drva za ogrjev iz ariša, oslobađa se velika količina ugljičnog monoksida, tako da morate biti oprezni s manipuliranjem zračnom zaklopkom. Mnogo topline emitiraju i hrastova i bukova drva za ogrjev. Općenito, korištenje određenih drva za ogrjev ovisi o prisutnosti obližnjeg šumskog područja. Glavna stvar je da su drva za ogrjev suha, a klinovi iste veličine.

Koje su značajke spaljivanja drva? Na početku procesa temperatura u ložištu i plinskim kanalima brzo raste. Njegova maksimalna vrijednost postiže se u fazi intenzivnog izgaranja. Tijekom izgaranja dolazi do oštrog pada temperature. Za održavanje procesa izgaranja potreban je stalan pristup peći određene količine zraka. Dizajn kućanskih peći ne predviđa prisutnost posebne opreme koja regulira protok zraka u zonu izgaranja. U tu svrhu koriste se vrata za puhanje. Ako je otvoren, konstantna količina zraka ulazi u peć.

U šaržnim pećima, potreba za zrakom varira ovisno o stupnju izgaranja. Kada dolazi do intenzivnog oslobađanja hlapljivih tvari, obično nema dovoljno kisika, pa je moguće takozvano kemijsko dogaranje goriva i zapaljivih plinova koje on ispušta. Ovaj fenomen popraćen je gubicima topline, koji mogu doseći 3-5%.

U fazi naknadnog izgaranja ostataka uočava se suprotna slika. Zbog viška zraka u peći povećava se izmjena plina, što dovodi do značajnog povećanja gubitka topline. Prema studijama, do 25-30% topline se gubi zajedno s ispušnim plinovima tijekom naknadnog izgaranja. Osim toga, zbog kemijskog izgaranja, hlapljive tvari talože se na unutarnjim zidovima ložišta i plinskih kanala. Imaju nisku toplinsku vodljivost, pa se smanjuje korisni prijenos topline peći. Velika količina čađavih tvari dovodi do sužavanja dimnjaka i pogoršanja propuha. Prekomjerno nakupljanje čađe također može uzrokovati požar.

Treset, koji je ostatak raspadnute biljne tvari, kemijskog je sastava sličan drvu za ogrjev. Ovisno o načinu vađenja, treset može biti klesan, grudast, prešan (u briketima) i mljeveni (tresetni komadići). Sadržaj vlage ove vrste krutog goriva je 25-40%.

Uz ogrjev i treset, za grijanje peći i kamina često se koristi ugljen, koji je po svom kemijskom sastavu kombinacija ugljika i vodika te ima visoku ogrjevnu vrijednost. Međutim, nije uvijek moguće kupiti stvarno visokokvalitetan ugljen. U većini slučajeva, kvaliteta ove vrste goriva ostavlja mnogo da se poželi. Povećan sadržaj finih frakcija u ugljenu dovodi do zbijanja sloja goriva, uslijed čega počinje takozvano izgaranje kratera, koje je neravnomjerno. Prilikom izgaranja velikih komada ugljena također neravnomjerno gori, a s prekomjernom vlagom u gorivu, specifična toplina izgaranja značajno se smanjuje. Osim toga, takav ugljen je teško skladištiti zimi, jer se ugljen smrzava pod utjecajem temperatura ispod nule. Kako bi se izbjegle takve i druge nevolje, optimalni sadržaj vlage u ugljenu ne bi trebao biti veći od 8%.

Treba imati na umu da je korištenje krutog goriva za grijanje kućanskih peći prilično problematično, pogotovo ako je kuća velika i grije se s nekoliko peći. Osim što se na žetvu troši mnogo truda i materijalnih sredstava te se dosta vremena troši na dovoz drva za ogrjev i uglja do peći, u puhalo se ulijeva oko 2 kg ugljena iz kojeg se npr. uklanja se i baca zajedno s pepelom koji se tamo nakuplja.

Kako bi proces izgaranja krutih goriva u kućanskim pećima bio što učinkovitiji, preporuča se postupiti na sljedeći način. Nakon što ste ubacili drvo za ogrjev u ložište, morate ga pustiti da se rasplamsa, a zatim ga napunite velikim komadima ugljena.

Nakon što se ugljen zapali, treba ga prekriti finom frakcijom s navlaženom troskom, a nakon nekog vremena na to se stavlja navlažena mješavina pepela i sitnog ugljena, koja je kroz rešetku pala u puhalo. U tom slučaju vatra ne bi trebala biti vidljiva. Ovako potopljena peć sposobna je odavati toplinu u prostoriju cijeli dan, tako da vlasnici mogu sigurno obavljati svoj posao bez brige o stalnom održavanju vatre. Bočne stijenke peći bit će vruće zbog postupnog izgaranja ugljena, ravnomjerno odajući svoju toplinsku energiju. Gornji sloj, koji se sastoji od finog ugljena, potpuno će izgorjeti. Upaljeni ugljen se također može posipati odozgo slojem prethodno navlaženih otpadnih ugljenih briketa.

Nakon pečenja peći, morate uzeti kantu s poklopcem, bolje je ako je pravokutnog oblika (prikladnije je odabrati ugljen iz njega s žlicom). Najprije morate ukloniti sloj troske iz ložišta i baciti ga, zatim u kantu uliti mješavinu sitnog ugljena s pepelom, kao i spaliti i pepeo, te sve to navlažiti bez miješanja. Na dobivenu smjesu stavite oko 1,5 kg sitnog ugljena, a na nju 3-5 kg ​​krupnijeg ugljena. Tako se provodi istovremena priprema peći i goriva za sljedeće paljenje. Opisani postupak se mora stalno ponavljati. Koristeći ovaj način spaljivanja peći, ne morate svaki put izlaziti u dvorište kako biste prosijali pepeo i spalili.

Zadatak……………………………………………………………………………………………..3

Uvod………………………………………………………………………………………4

Teorijski dio

1. Značajke izgaranja krutih goriva …………………………………….. 6

2. Izgaranje goriva u komornim pećima ….………………………….9

3. Mjesto i uloga krutog goriva u energetskom sektoru Rusije ……………..12

4. Smanjenje emisije čestica pepela iz kotlovskih peći konstruktivnim i tehnološkim metodama………………………………………………………14

5. Sakupljanje pepela i vrste sakupljača pepela…………………….…….15

6. Ciklonski (inercijski) sakupljači pepela…..……………………..16

Nagodbeni dio

1. Početni podaci…………………………………………………….18

2. Proračun elementarnog sastava radnog goriva…………………..19
3. Proračun mase i volumena produkata izgaranja goriva tijekom izgaranja u kotlovnicama …………………………………………………………………………………..19

4. Određivanje visine cijevi H……………………………………………………20

5. Proračun disperzije i norme za maksimalno dopuštene emisije štetnih tvari u atmosferu…………………………………………20

6. Određivanje potrebnog stupnja pročišćavanja……………………….… 21

Obrazloženje za odabir ciklone……………………………………………………………..22

Primijenjeni uređaji……………………………………………………. ……23

Zaključak……………………………………………………………………………….24

Popis korištene literature………………………………………………...26

Vježbajte

1. Prema zadanim projektnim karakteristikama krutih goriva odrediti elementarni sastav radnog goriva.

2. Koristeći rezultate stavka 1. i početne podatke, izračunajte emisije i volumene produkata izgaranja čestica A, sumpornih oksida SO x , ugljičnog monoksida CO, dušikovih oksida NO x , protoka plinova koji ulaze u dimnjak pod radnim uvjetima od kotlovnica.

3. Na temelju rezultata stavka 2. i početnih podataka odredite promjer ušća dimnjaka. Odredite visinu cijevi H.

4. Odrediti najviše očekivanu koncentraciju C m (mg / m 3) štetnih tvari: ugljični monoksid CO, sumporov dioksid SO 2, dušikovi oksidi NO x, prašina, (pepeo) u površinskom sloju atmosfere pod nepovoljnim disperzijskim uvjetima.

5. Usporedite stvarni sadržaj štetnih tvari u atmosferskom zraku, uzimajući u obzir pozadinsku koncentraciju (C m + C f) sa sanitarnim i higijenskim standardima (MPC), ako je MPC CO = 5 mg / m 3, MPC NO 2 \u003d 0,085, MPC SO 2 = 0, 5 mg/m 3 , MPC prašina = 0,5 mg/m 3 .

7. Odrediti potreban stupanj pročišćavanja i dati preporuke za smanjenje emisija ako stvarna emisija M bilo koje tvari premašuje izračunati standard (MAL).

8. Razviti i obrazložiti metode i uređaje koji se koriste za obradu otpadnih opasnih tvari.

Teorijski dio

Uvod

Industrijska proizvodnja i druge vrste ljudske gospodarske djelatnosti praćene su ispuštanjem onečišćujućih tvari u okoliš.

Značajnu štetu okolišu uzrokuju kotlovnice koje pri zagrijavanju vode za sustave grijanja koriste izgaranje krutih, tekućih i plinovitih goriva.

Glavni izvor negativnog utjecaja energetskog sektora su proizvodi koji nastaju tijekom izgaranja fosilnih goriva.

Radnu masu organskog goriva čine ugljik, vodik, kisik, dušik, sumpor, vlaga i pepeo. Kao rezultat potpunog izgaranja goriva nastaju ugljični dioksid, vodena para, sumporni oksidi (sumporov dioksid, sumporov anhidrid i pepeo). Sumporni oksidi i pepeo spadaju u otrovne. U jezgri baklje kotlova peći velike snage dolazi do djelomične oksidacije dušika u zraku goriva uz stvaranje dušikovih oksida (dušikov oksid i dušikov dioksid).

Kod nepotpunog izgaranja goriva u pećima mogu nastati i ugljični monoksid CO 2, ugljikovodici CH 4, C 2 H 6, kao i karcinogeni. Produkti nepotpunog izgaranja vrlo su štetni, ali suvremenom tehnologijom izgaranja njihovo se stvaranje može eliminirati ili svesti na minimum.

Najveći udio pepela imaju uljni i uljni škriljevci. mrki ugljen, kao i neke sorte antracit. Tekuće gorivo ima nizak sadržaj pepela; prirodni plin je gorivo bez pepela.

Otrovne tvari koje se ispuštaju u atmosferu iz dimnjaka elektrana štetno djeluju na cjelokupni kompleks divljači i biosfere.

Sveobuhvatno rješenje problema zaštite okoliša od utjecaja štetnih emisija izgaranjem goriva u kotlovskim jedinicama uključuje:

· Razvoj i implementacija tehnoloških procesa kojima se smanjuju emisije štetnih tvari uslijed potpunog izgaranja goriva i sl.;

· Provedba učinkovitih metoda i načina pročišćavanja otpadnih plinova.

Najučinkovitiji način rješavanja ekoloških problema u sadašnjoj fazi je stvaranje tehnologija koje su gotovo bez otpada. Istovremeno se rješava problem racionalnog korištenja prirodnih resursa, kako materijalnih, tako i energetskih.

Značajke izgaranja krutih goriva

Izgaranje krutog goriva uključuje dva razdoblja: toplinsku pripremu i stvarno izgaranje. U procesu termičke pripreme gorivo se zagrijava, suši, a na temperaturi od oko 110 počinje pirogenetska razgradnja njegovih komponenti s oslobađanjem plinovitih hlapljivih tvari. Trajanje tog razdoblja uglavnom ovisi o sadržaju vlage u gorivu, veličini njegovih čestica i uvjetima izmjene topline između okolnog medija za izgaranje i čestica goriva. Tijek procesa tijekom termičke pripreme povezan je s apsorpcijom topline uglavnom za zagrijavanje, sušenje goriva i toplinsku razgradnju složenih molekularnih spojeva.

Samo izgaranje počinje paljenjem hlapljivih tvari na temperaturi od 400-600, a toplina koja se oslobađa tijekom izgaranja osigurava ubrzano zagrijavanje i paljenje koksnog ostatka.

Izgaranje koksa počinje na temperaturi od oko 1000°C i najduži je proces.

To je određeno činjenicom da se dio kisika u zoni blizu površine čestice potroši za izgaranje zapaljivih hlapljivih tvari i da se njegova preostala koncentracija smanjila, osim toga, heterogene reakcije su uvijek inferiorne brzinom od homogenih reakcija za tvari koje su homogene po kemijskom djelovanju.

Kao rezultat toga, ukupno vrijeme gorenja čvrste čestice uglavnom je određeno izgaranjem koksnog ostatka (oko 2/3 ukupnog vremena gorenja). Za mlada goriva s visokim prinosom hlapljivih tvari, koksni ostatak je manji od polovice početne mase čestice, pa se njihovo izgaranje (s jednakim početnim veličinama) odvija prilično brzo i smanjuje se mogućnost nedogaranja. Stari tipovi krutih goriva imaju veliki ostatak koksa blizu početne veličine čestica, čije izgaranje traje cijelo vrijeme zadržavanja čestice u komori za izgaranje. Vrijeme izgaranja čestice početne veličine 1 mm je od 1 do 2,5 s, ovisno o vrsti početnog goriva.

Koksni ostatak većine krutih goriva uglavnom se, a za niz krutih goriva, gotovo u potpunosti sastoji od ugljika (od 60 do 97% organske mase goriva). S obzirom da ugljik daje glavno oslobađanje topline tijekom izgaranja goriva, razmotrimo dinamiku izgaranja čestice ugljika s površine. Čestici ugljika kisik se dovodi iz okoliša zbog turbulentne difuzije (turbulentni prijenos mase), koja ima prilično visok intenzitet, ali tanki sloj plina (granični sloj) ostaje izravno na površini čestice, prijenos oksidatora kroz koji se provodi prema zakonima molekularne difuzije.

Ovaj sloj značajno inhibira dotok kisika na površinu. U njemu se odvija izgaranje komponenti zapaljivog plina koje se oslobađaju s površine ugljika tijekom kemijske reakcije.

Odredite difuzijsko, kinetičko i srednje područje izgaranja. U srednjem, a posebno u difuzijskom području, intenziviranje izgaranja moguće je povećanjem opskrbe kisikom, aktiviranjem upuhivanja gorućih čestica goriva strujom oksidatora. Pri visokim brzinama protoka, debljina i otpor laminarnog sloja blizu površine se smanjuju, a opskrba kisikom se povećava. Što je ta brzina veća, to je intenzivnije miješanje goriva s kisikom, a što je temperatura viša, dolazi do prijelaza iz kinetičke u međuzonu, te iz srednje u difuzijsku zonu izgaranja.

Sličan učinak u smislu intenziviranja izgaranja postiže se smanjenjem veličine čestica goriva u prahu. Čestice male veličine imaju razvijeniju izmjenu topline i mase s okolinom. Dakle, sa smanjenjem veličine čestica praškastog goriva, područje kinetičkog izgaranja se širi. Povećanje temperature dovodi do pomaka u područje difuzijskog izgaranja.

Područje čistog difuzijskog izgaranja praškastog goriva ograničeno je uglavnom jezgrom plamena, koja ima najvišu temperaturu izgaranja, i zonom naknadnog izgaranja, gdje su koncentracije reaktanata već niske i njihova interakcija je određena zakonima difuzije. Paljenje bilo kojeg goriva počinje na relativno niskim temperaturama, u uvjetima dovoljne količine kisika, t.j. u kinetičkom području.

U kinetičkom području izgaranja odlučujuću ulogu igra brzina kemijske reakcije, koja ovisi o čimbenicima kao što su reaktivnost goriva i razina temperature. Utjecaj aerodinamičkih čimbenika u ovom području izgaranja je beznačajan.

K kategorija: Peći

Glavne značajke procesa izgaranja goriva

Peći za grijanje mogu koristiti kruta, tekuća i plinovita goriva. Svako od ovih goriva ima svoje karakteristike koje utječu na učinkovitost korištenja peći.

Dizajni peći za grijanje nastajali su dugo vremena i bili su namijenjeni za izgaranje krutih goriva u njima. Tek u kasnijem razdoblju počele su se stvarati strukture namijenjene korištenju tekućih i plinovitih goriva. Kako bi se ove vrijedne vrste što bolje iskoristile u postojećim pećima, potrebno je znati po čemu se procesi izgaranja ovih goriva razlikuju od izgaranja krutih goriva.

U svim pećima na rešetki se slojevito spaljuje kruto gorivo (drvo, razne vrste ugljena, antracit, koks i dr.), uz periodično punjenje goriva i čišćenje rešetke od troske. Slojeviti proces izgaranja ima jasan ciklički karakter. Svaki ciklus uključuje sljedeće faze: punjenje goriva, sušenje i zagrijavanje sloja, oslobađanje hlapljivih tvari i njihovo izgaranje, izgaranje goriva u sloju, izgaranje ostataka i, konačno, uklanjanje troske.

U svakoj od ovih faza stvara se određeni toplinski režim i proces izgaranja u peći odvija se uz kontinuirano mijenjanje pokazatelja.
Primarna faza sušenja i zagrijavanja sloja je takozvane endotermne prirode, tj. praćena je ne oslobađanjem, već apsorpcijom topline primljene iz vrućih stijenki ložišta i iz nesagorjelih ostataka. Nadalje, kako se sloj zagrijava, počinje oslobađanje plinovitih zapaljivih komponenti i njihovo izgaranje u volumenu plina. U ovoj fazi počinje oslobađanje topline u peći, koje se postupno povećava. Pod utjecajem zagrijavanja počinje izgaranje čvrste koksne baze sloja, što obično daje najveći toplinski učinak. Kako sloj izgara, oslobađanje topline postupno se smanjuje, a u završnoj fazi dolazi do naknadnog izgaranja zapaljivih tvari niskog intenziteta. Poznato je da uloga i utjecaj pojedinih faza slojevitog ciklusa izgaranja ovisi o sljedećim pokazateljima kvalitete krutog goriva: sadržaj vlage, sadržaj pepela, sadržaj hlapivih gorivih tvari i ugljika u gorivu.
masa.

Razmotrimo kako ove komponente utječu na prirodu procesa izgaranja u sloju.

Vlaženje goriva negativno utječe na izgaranje, jer se dio specifične topline izgaranja goriva mora potrošiti na isparavanje vlage. Kao rezultat, temperature u ložištu se smanjuju, uvjeti izgaranja pogoršavaju, a sam ciklus izgaranja se odgađa.

Negativna uloga sadržaja pepela u gorivu očituje se u činjenici da masa pepela obavija zapaljive komponente goriva i onemogućuje im pristup kisika iz zraka. Kao rezultat toga, zapaljiva masa goriva ne izgara, nastaje takozvano mehaničko nedogaranje.

Istraživanja znanstvenika su utvrdila da omjer sadržaja hlapljivih plinovitih tvari i krutog ugljika u krutom gorivu ima veliki utjecaj na prirodu razvoja procesa izgaranja. Hlapljive zapaljive tvari počinju se oslobađati iz krutih goriva na relativno niskim temperaturama, počevši od 150-200 ° C i više. Hlapive tvari raznolikog su sastava i razlikuju se po različitim izlaznim temperaturama, pa je proces njihovog oslobađanja vremenski produljen, a njegov završni stupanj obično se kombinira s izgaranjem dijela sloja na kruto gorivo.

Hlapive tvari imaju relativno nisku temperaturu paljenja, budući da sadrže mnogo komponenti koje sadrže vodik, njihovo izgaranje se događa u nadslojnom volumenu plina ložišta. Čvrsti dio goriva koji ostaje nakon oslobađanja hlapljivih tvari sastoji se uglavnom od ugljika, koji ima najvišu temperaturu paljenja (650-700°C). Izgaranje ugljičnog ostatka počinje posljednje. Teče izravno u tankom sloju rešetke, a zbog intenzivnog oslobađanja topline u njemu se razvijaju visoke temperature.

Tipičan obrazac promjene temperature u peći i plinskim kanalima tijekom ciklusa izgaranja krutog goriva prikazan je na sl. 1. Kao što vidite, na početku peći dolazi do brzog porasta temperature u ložištu i dimnjacima.U fazi naknadnog izgaranja dolazi do oštrog pada temperature unutar peći, posebno u ložištu. Svaka od faza zahtijeva dovod određene količine zraka za izgaranje u peć. Međutim, zbog činjenice da stalna količina zraka ulazi u peć, u fazi intenzivnog izgaranja, koeficijent viška zraka iznosi = 1,5-2, a u fazi naknadnog izgaranja, čije trajanje doseže 25-30% od vrijeme peći, koeficijent viška zraka doseže na = 8-10. Na sl. Slika 2 prikazuje kako se mijenja koeficijent viška zraka tijekom jednog ciklusa izgaranja na rešetki za tri vrste krutih goriva: drvo, treset i ugljen u tipičnoj peći za šaržno grijanje.

Riža. 1. Promjena temperature dimnih plinova u različitim dijelovima peći za grijanje pri izgaranju na kruto gorivo 1 - temperatura u ložištu (na udaljenosti od 0,23 m od rešetke); 1 - temperatura u prvom horizontalnom dimnjaku; '3 - temperatura u trećem horizontalnom dimnjaku; 4 - temperatura u šestom horizontalnom dimnjaku (prije zaklopke peći)

Od sl. 2 vidi se da se koeficijent viška zraka u pećima koje rade s periodičnim punjenjem krutog goriva kontinuirano mijenja.

Istodobno, u fazi intenzivnog oslobađanja hlapljivih tvari, količina zraka koja ulazi u peć obično nije dovoljna za njihovo potpuno izgaranje, a u fazama predgrijavanja i naknadnog izgaranja zapaljivih tvari količina zraka je nekoliko puta viši od teoretski potrebnih.

Kao rezultat toga, u fazi intenzivnog otpuštanja hlapljivih tvari dolazi do kemijskog dogaranja otpuštenih gorivih plinova, a tijekom naknadnog izgaranja ostataka dolazi do povećanih gubitaka topline s ispušnim plinovima zbog povećanja volumena produkata izgaranja. Gubitak topline s kemijskim potpaljivanjem iznosi 3-5%, a s ispušnim plinovima - 20-35%. Međutim, negativan učinak kemijskog potapanja očituje se ne samo u dodatnim gubicima topline i smanjenju učinkovitosti. Iskustvo u radu velikog broja peći za grijanje pokazuje; da se kao posljedica kemijskog potpaljivanja intenzivno otpuštenih hlapljivih tvari na unutarnjim stijenkama peći i dimnjaka taloži amorfni ugljik u obliku čađe.

Riža. 2. Promjena omjera viška zraka tijekom ciklusa izgaranja krutog goriva

Budući da čađa ima nisku toplinsku vodljivost, njezine naslage povećavaju toplinski otpor stijenki peći i na taj način smanjuju korisnu toplinsku snagu peći. Naslage čađe u dimnjacima sužavaju poprečni presjek za prolaz plinova, otežavaju propuh i, konačno, stvaraju povećanu opasnost od požara, jer je čađa zapaljiva.

Iz navedenog je jasno da su nezadovoljavajući pokazatelji slojevitog procesa velikim dijelom posljedica neravnomjernog oslobađanja hlapljivih tvari tijekom vremena.

Kod slojevitog izgaranja goriva s visokim udjelom ugljika, proces izgaranja je koncentriran unutar prilično tankog sloja goriva, u kojem se razvijaju visoke temperature. Proces izgaranja čistog ugljika u sloju ima svojstvo samoregulacije. To znači da će količina izreagiranog (izgorjelog) ugljika odgovarati količini dostavljenog oksidansa (zrak). Stoga će pri konstantnom protoku zraka i količina sagorjelog goriva biti konstantna. Promjena toplinskog opterećenja mora se izvršiti regulacijom dovoda zraka VB. Na primjer, s povećanjem VB povećava se količina izgorjelog goriva, a smanjenje HC će uzrokovati smanjenje toplinskog učinka sloja, dok će vrijednost koeficijenta viška zraka ostati stabilna.

Međutim, izgaranje antracita i koksa povezano je sa sljedećim poteškoćama. Da bi se mogle stvoriti visoke temperature, debljina sloja tijekom izgaranja antracita i koksa održava se dovoljno velikom. U ovom slučaju radna zona sloja je njegov relativno tanak donji dio, u kojem se odvijaju egzotermne reakcije oksidacije ugljika s atmosferskim kisikom, odnosno dolazi do samog izgaranja. Cijeli gornji sloj služi kao toplinski izolator za gorući dio sloja, štiteći zonu izgaranja od hlađenja zbog zračenja topline na stijenke ložišta.

Kao rezultat oksidativnih reakcija, u zoni izgaranja se prema reakciji oslobađa korisna toplina
c+o2->co.

Međutim, pri visokim temperaturama sloja u njegovoj gornjoj zoni odvijaju se reverzne restaurativne endotermne reakcije s apsorpcijom topline, prema jednadžbi
CO2+C2CO.

Kao rezultat ovih reakcija nastaje ugljični monoksid CO, koji je gorivi plin s prilično visokom specifičnom toplinom izgaranja, pa njegova prisutnost u dimnim plinovima ukazuje na nepotpuno izgaranje goriva i smanjenje učinkovitosti peći. Dakle, da bi se osigurale visoke temperature u zoni izgaranja, sloj goriva mora imati dovoljnu debljinu, ali to dovodi do štetnih redukcijskih reakcija u gornjem dijelu sloja, što dovodi do kemijskog nedogaranja krutog goriva.

Iz navedenog je jasno da se u svakoj šaržnoj peći koja radi na kruto gorivo odvija nestalan proces izgaranja, što neminovno smanjuje učinkovitost peći u radu.

Od velike važnosti za ekonomičan rad peći je kvaliteta krutog goriva.

Prema standardima za domaće potrebe izdvajaju se uglavnom crni ugljen (razreda D, G, Zh, K, T itd.), Kao i mrki ugljen i antracit. Prema veličini komada, ugljen se isporučuje u sljedećim klasama: 6-13, 13-25, 25-50 i 50-100 mm. Udio pepela u ugljenu na suhoj osnovi kreće se od 14-35% za bitumenski ugljen i do 20% za antracit, sadržaj vlage je 6-15% za bitumenski ugljen i 20-45% za mrki ugljen.

Peći kućanskih peći nemaju sredstva za mehanizaciju procesa izgaranja (regulacija dovoda zraka za puhanje, skidanje slojeva itd.), stoga se za učinkovito izgaranje u pećima moraju postaviti prilično visoki zahtjevi na kvalitetu ugljena. Značajan dio ugljena isporučuje se, međutim, nesortirani, običan, s kvalitetnim karakteristikama (u pogledu sadržaja vlage, pepela, finoće) znatno nižih od normi propisanih.

Izgaranje nekvalitetnog goriva je nesavršeno, s povećanim gubicima od kemijskog i mehaničkog sagorijevanja. Akademija komunalne usluge ih. K. D. Pamfilova utvrđena je godišnja materijalna šteta nastala kao posljedica isporuke nekvalitetnog ugljena. Proračuni su pokazali da materijalna šteta uzrokovana nepotpunim korištenjem goriva iznosi približno 60% cijene eksploatacije ugljena. Ekonomski i tehnički je isplativo gorivo na mjestima njegove proizvodnje obogatiti do standardnog stanja, budući da će dodatni troškovi obogaćivanja iznositi približno polovicu naznačene materijalne štete.

Važna kvalitativna karakteristika ugljena, koja utječe na učinkovitost njegovog izgaranja, je njegov frakcijski sastav.

S povećanim sadržajem finoće u gorivu, ono postaje gušće i zatvara praznine u gorućem sloju goriva, što dovodi do izgaranja kratera, koje ima neravnomjeran karakter po površini sloja. Iz istog razloga, mrki ugljen se sagorijeva gore od ostalih vrsta goriva, koji imaju tendenciju pucanja kada se zagrijavaju i stvaraju značajnu količinu finoće.

S druge strane, korištenje pretjerano velikih komada ugljena (više od 100 mm) također dovodi do izgaranja kratera.

Vlažnost ugljena, općenito govoreći, ne narušava proces izgaranja; međutim, smanjuje specifičnu toplinu izgaranja, temperaturu izgaranja, a također otežava skladištenje ugljena, budući da se smrzava na temperaturama ispod nule. Kako bi se spriječilo smrzavanje, sadržaj vlage u ugljenu ne smije biti veći od 8%.

Sumpor je štetna komponenta u krutim gorivima, budući da su produkti njegovog izgaranja sumpor-dioksid S02 i sumpor-dioksid S03, koji imaju jaka korozivna svojstva, a također su vrlo otrovni.

Treba napomenuti da se u šaržnim pećima obični ugljen, iako manje učinkovit, ipak može sagorijevati na zadovoljavajući način; za peći dugog gorenja ovi zahtjevi moraju biti kategorički ispunjeni u potpunosti.

U kontinuiranim pećima, u kojima se spaljuju tekuća ili plinovita goriva, proces izgaranja nije cikličan, već kontinuiran. Protok goriva u peć se odvija ravnomjerno, zbog čega se opaža stacionarni način izgaranja. Ako tijekom izgaranja krutog goriva temperatura u ložištu peći varira u širokom rasponu, što nepovoljno utječe na proces izgaranja, onda kada se izgara prirodni plin, ubrzo nakon uključivanja plamenika, temperatura u prostoru peći doseže 650- 700 °C. Nadalje, s vremenom se stalno povećava i na kraju peći doseže 850-1100 °C. Brzina porasta temperature u ovom slučaju određena je toplinskim naprezanjem prostora peći i vremenom izgaranja peći (slika 25). Izgaranje plina relativno je lako održavati pri konstantnom omjeru viška zraka, koji se provodi uz pomoć zračne zaklopke. Zbog toga, kada se plin sagorijeva u peći, stvara se stacionarni način izgaranja, što omogućuje minimiziranje gubitaka topline s ispušnim plinovima i postizanje visoke učinkovitosti rada peći, dosežući 80-90%. Učinkovitost plinske peći je stabilna tijekom vremena i znatno je veća od peći na kruta goriva.

Utjecaj načina izgaranja goriva i veličine površine za primanje topline krugova dima na učinkovitost peći. Teorijski proračuni pokazuju da toplinska učinkovitost peći za grijanje, odnosno vrijednost toplinske učinkovitosti, ovisi o tzv. vanjskim i unutarnjim čimbenicima. Vanjski faktori uključuju površinu vanjske površine peći koja oslobađa toplinu u području ložišta i cirkulacije dima, debljinu stijenke 6, koeficijent toplinske vodljivosti K materijala stijenki peći i toplinski kapacitet C. Što je vrijednost veća. S, X i manje od 6, što je bolji prijenos topline sa stijenki peći na okolni zrak, plinovi su potpunije ohlađeni i veća je učinkovitost peći.

Riža. Slika 3. Promjena temperature produkata izgaranja u ložištu plinske peći za grijanje, ovisno o intenzitetu prostora peći i vremenu izgaranja

Unutarnji čimbenici prvenstveno uključuju vrijednost učinkovitosti ložišta, koja uglavnom ovisi o potpunosti izgaranja goriva. U pećima za grijanje s periodičnim djelovanjem gotovo uvijek postoje gubici topline zbog kemijskog nepotpunog izgaranja i mehaničkog dogaranja. Ovi gubici ovise o savršenstvu organizacije procesa izgaranja, određenom specifičnim toplinskim naprezanjem volumena peći Q/V. Vrijednost QIV za ložište određenog dizajna ovisi o potrošnji goriva koje se spaljuje.

Istraživanja i iskustvo u radu su utvrdili da za svaku vrstu goriva i dizajna ložišta postoji optimalna Q/V vrijednost. Pri niskom Q/V, unutarnje stijenke ložišta se slabo zagrijavaju, temperature u zoni izgaranja su nedovoljne za učinkovito izgaranje goriva. S povećanjem Q/V povećavaju se temperature u volumenu peći, a kada se postigne određena vrijednost Q/V, postižu se optimalni uvjeti izgaranja. S daljnjim povećanjem potrošnje goriva, razina temperature nastavlja rasti, ali proces izgaranja nema vremena da se završi unutar ložišta. Plinovite zapaljive komponente odvode se u plinske kanale, proces njihovog izgaranja se zaustavlja i pojavljuje se kemijsko dogaranje goriva. Na isti način, s prekomjernom potrošnjom goriva, dio nema vremena izgorjeti i ostaje na rešetki, što dovodi do mehaničkog pregaranja. Dakle, kako bi peć za grijanje imala maksimalnu učinkovitost, potrebno je da njezino ložište radi s optimalnim toplinskim naprezanjem.

Gubitak topline u okoliš sa zidova ložišta ne smanjuju učinkovitost peći, budući da se toplina troši na korisno grijanje prostorije.

Drugi važan unutarnji čimbenik je protok dimnih plinova Vr. Čak i ako pećnica radi optimalna vrijednost toplinskog naprezanja ložišta, volumen plinova koji prolaze kroz dimnjake može značajno varirati zbog promjene koeficijenta viška zraka am, koji je omjer stvarnog protoka zraka koji ulazi u peć i njegove teoretski potrebne količine. Za danu vrijednost QIV, vrijednost am može varirati u vrlo širokom rasponu. U konvencionalnim pećima za šaržno grijanje, vrijednost a u razdoblju maksimalnog izgaranja može biti blizu 1, tj. odgovarati minimalnoj mogućoj teoretskoj granici. Međutim, tijekom razdoblja pripreme goriva i u fazi naknadnog izgaranja ostataka, vrijednost am u šaržnim pećima obično se naglo povećava, često dostižući iznimno visoke vrijednosti - oko 8-10. S povećanjem at, povećava se volumen plinova, smanjuje se vrijeme njihovog boravka u sustavu cirkulacije dima i, kao rezultat, povećavaju se gubici topline s ispušnim plinovima.

Na sl. Slika 4 prikazuje grafikone ovisnosti učinkovitosti peći za grijanje o različitim parametrima. Na sl. 4, a prikazuje vrijednosti učinkovitosti peći za grijanje ovisno o vrijednostima am, iz čega je jasno da povećanjem am od 1,5 do 4,5, učinkovitost se smanjuje sa 80 na 48%. Na sl. 4b prikazuje ovisnost učinkovitosti peći za grijanje o površini unutarnje površine dimnih krugova S, iz čega se vidi da povećanjem S od 1 na 4 m2 učinkovitost raste sa 65 na 90%.

Osim navedeni čimbenici vrijednost učinkovitosti ovisi o trajanju peći peći t (slika 4, c). Kako se x povećava, unutarnje stijenke peći se zagrijavaju na višu temperaturu, a plinovi se manje hlade. Stoga, s povećanjem trajanja peći, učinkovitost bilo koje peći za grijanje se smanjuje, približavajući se određenoj minimalnoj vrijednosti karakterističnoj za peć ovog dizajna.

Riža. Slika 4. Ovisnost učinkovitosti plinske peći za grijanje o različitim parametrima a - o koeficijentu viška zraka na površini unutarnje površine dimnih krugova, m2; b - iz područja unutarnje površine dimnih krugova pri različitim koeficijentima viška zraka; c - od trajanja peći na različitim područjima unutarnje površine dimnih krugova, m2

Prijenos topline peći za grijanje i njihov kapacitet skladištenja. U pećima za grijanje toplina koja se dimnim plinovima mora prenijeti u grijanu prostoriju mora prolaziti kroz debljinu stijenki peći. S promjenom debljine stijenki ložišta i dimnjaka, u skladu s tim se mijenjaju toplinski otpor i masivnost zida (njegov kapacitet skladištenja). Na primjer, smanjenjem debljine stijenki, njihov toplinski otpor se smanjuje, toplinski tok se povećava, a istodobno se smanjuju dimenzije peći. Međutim, smanjenje debljine stijenki šaržnih peći koje rade na kruto gorivo neprihvatljivo je iz sljedećih razloga: tijekom periodičnog kratkotrajnog izgaranja, unutarnje površine ložišta i dimnjaka zagrijavaju se do visokih temperatura i temperature peći. vanjska površina tijekom razdoblja maksimalnog izgaranja bit će iznad dopuštenih granica; nakon prestanka izgaranja zbog intenzivnog prijenosa topline vanjskih zidova u okolinu, peć će se brzo ohladiti.

Pri velikim vrijednostima M, sobna temperatura će varirati tijekom vremena u širokom rasponu i prelaziti dopuštene granice. S druge strane, ako je peć postavljena previše debelih stijenki, tada u kratkom razdoblju gorenja njezin veliki niz neće imati vremena da se zagrije, a osim toga, s zadebljanjem stijenki, razlika između površina unutarnje površine dimnjaka, koja prima toplinu iz plinova, i površina vanjske površine peći koja prenosi toplinu, povećava se okolni zrak, zbog čega je vanjska temperatura peći preniska za učinkovito zagrijavanje prostorije. Stoga postoji takva optimalna debljina stijenke (1/2-1 cigle), pri kojoj niz šaržnih peći akumulira dovoljnu količinu topline tijekom peći i istovremeno dovoljan toplina vanjske površine peći za normalno grijanje prostorije.

Pri korištenju tekućih ili plinovitih goriva u pećima za grijanje, kontinuirani način izgaranja je prilično ostvariv, stoga, uz kontinuirano izgaranje, nema potrebe za akumulacijom topline zbog povećanja zidanog niza. Proces prijenosa topline iz plinova u grijanu prostoriju je stacionaran u vremenu. Pod tim uvjetima, debljina stijenki i masivnost peći mogu se odabrati ne na temelju osiguravanja određene vrijednosti skladištenja, već na temelju čvrstoće zida i osiguravanja odgovarajuće trajnosti.

Učinak prebacivanja peći iz serije u kontinuirani jasno je vidljiv na Sl. 5, koja prikazuje promjenu temperature unutarnje površine stijenke ložišta u slučaju periodičnog i kontinuiranog izgaranja. Povremenim pečenjem, nakon 0,5-1 sata, unutarnja površina stijenke ložišta zagrijava se na 800-900 °C.

Takvo oštro zagrijavanje nakon 1-2 godine rada peći često uzrokuje pucanje cigle i njihovo uništenje. Takav je režim, međutim, prisiljen, jer smanjenje toplinskog opterećenja dovodi do pretjeranog povećanja trajanja peći.

Uz kontinuirano izgaranje, potrošnja goriva naglo se smanjuje, a temperatura zagrijavanja stijenki ložišta se smanjuje. Kao što se može vidjeti iz sl. 27, uz kontinuirano izgaranje za većinu vrsta ugljena, temperatura stijenke raste sa 200 na samo 450-500 ° C, dok je s periodičnim izgaranjem znatno viša - 800-900 ° C. Stoga su ložišta šaržnih peći obično obložena vatrostalnim opekama, dok ložišta kontinuiranih peći ne trebaju oblaganje, jer temperatura na njihovoj površini ne doseže granicu vatrostalnosti obične crvene opeke (700-750 ° C).

Posljedično, uz kontinuirano pečenje, opeka se koristi učinkovitije, vijek trajanja peći se znatno produžava, a za većinu vrsta ugljena (osim antracita i mršavog ugljena) moguće je sve dijelove peći postaviti od crvene opeke.

Ubaciti u pećnice. Da bi dimni plinovi natjerali da prođu iz ložišta kroz dimnjake peći do dimnjaka, svladavajući sve lokalne otpore na svom putu, potrebno je uložiti određeni napor, koji mora premašiti te otpore, inače će peć zadimiti. . Taj se napor naziva sila potiska peći.

Nastanak vučne sile ilustriran je dijagramom (slika 6). Dimni plinovi koji nastaju u ložištu, koji su lakši od okolnog zraka, dižu se i pune dimnjak. Stub vanjskog zraka suprotstavlja se stupcu plinova u dimnjaku, ali je, budući da je hladan, mnogo teži od stupca plinova. Ako se kroz vrata peći povuče konvencionalna okomita ravnina, tada će na nju s desne strane djelovati (pritisnuti) stup vrućih plinova u visini od sredine vrata peći do vrha dimnjaka i na lijevo - stup vanjskog hladnog zraka iste visine. Masa lijevog stupa je veća od desnog, budući da je gustoća hladnog zraka veća od gustoće toplog, pa će lijevi stup istisnuti dimne plinove koji ispunjavaju dimnjak, a plinovi će se kretati u sustavu u smjeru od višeg tlaka do nižeg, tj. sa strane dimnjaka.

Riža. 5. Promjena temperature na unutarnjoj površini stijenke ložišta a - termostat je postavljen na donju granicu; b - termostat je postavljen na gornju granicu

Riža. 6. Shema rada dimnjaka 1-vrata peći; 2- ložište; 3 - stupac vanjskog zraka; 4 - dimnjak

Djelovanje sile propuha se tako sastoji u tome da, s jedne strane, izaziva podizanje vrućih plinova prema gore, a s druge strane tjera vanjski zrak da prođe u ložište radi izgaranja.

Prosječna temperatura plinova u dimnjaku može se uzeti jednakom aritmetičkoj sredini između temperature plinova na ulazu i izlazu iz dimnjaka.

- Glavne značajke procesa izgaranja goriva