Կոշտ վառելիքի այրում. Կոշտ վառելիքի այրում. հիմնական տեսակների առանձնահատկությունները և բնութագրերը

Պինդ վառելիքի այրման գործընթացը կարող է ներկայացվել որպես հաջորդական փուլերի շարք: Նախ, վառելիքը տաքանում է, և խոնավությունը գոլորշիանում է: Այնուհետև 100 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում սկսվում է բարդ մակրոմոլեկուլային օրգանական միացությունների պիրոգեն տարրալուծումը և ցնդող նյութերի արտազատումը, մինչդեռ ջերմաստիճանը, որի դեպքում ցնդող նյութերը սկսում են դուրս գալ, կախված է վառելիքի տեսակից և դրա կարբոնացման աստիճանից (քիմիական Տարիք). Եթե ​​շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը գերազանցում է ցնդող նյութերի բռնկման ջերմաստիճանը, դրանք բռնկվում են՝ դրանով իսկ ապահովելով կոքսի մասնիկի լրացուցիչ տաքացում՝ նախքան դրա բռնկումը: Որքան բարձր է ցնդող նյութերի ելքը, այնքան ցածր է դրանց բռնկման ջերմաստիճանը, մինչդեռ ջերմության արտազատումը մեծանում է:

Կոքսի մասնիկը տաքանում է շրջակա ծխատար գազերի ջերմությամբ և ցնդող նյութերի այրման արդյունքում ջերմության արտանետմամբ և բռնկվում 800÷1000 °C ջերմաստիճանում։ Երբ պինդ վառելիքն այրվում է փոշիացված վիճակում, երկու փուլերը (ցնդող նյութերի և կոքսի այրումը) կարող են համընկնել միմյանց, քանի որ ածխի ամենափոքր մասնիկի ջեռուցումը տեղի է ունենում շատ արագ: Իրական պայմաններում մենք գործ ունենք ածխի փոշու պոլիդիսպերս կազմի հետ, հետևաբար ժամանակի յուրաքանչյուր պահի որոշ մասնիկներ միայն սկսում են տաքանալ, մյուսները գտնվում են ցնդող արձակման փուլում, իսկ մյուսները՝ այրման փուլում։ կոքսի մնացորդը.

Կոքսի մասնիկի այրման գործընթացը որոշիչ դեր է խաղում ինչպես վառելիքի այրման ընդհանուր ժամանակը, այնպես էլ ընդհանուր ջերմության արտանետումը գնահատելու համար: Նույնիսկ բարձր ցնդող եկամտաբերությամբ վառելիքի համար (օրինակ՝ շագանակագույն ածուխը մերձմոսկովյան մոտ), կոքսի մնացորդը կազմում է 55%-ը, իսկ ջերմային արտազատումը կազմում է ընդհանուրի 66%-ը։ Իսկ շատ ցածր ցնդող ելքով վառելիքի համար (օրինակ՝ DS), կոքսի մնացորդը կարող է լինել չոր սկզբնական մասնիկի քաշի ավելի քան 96%-ը, իսկ դրա այրման ընթացքում ջերմության արտազատումը, համապատասխանաբար, կազմում է մոտ 95%-ը։ ընդհանուրը.

Կոքսի մնացորդի այրման ուսումնասիրությունները բացահայտել են այս գործընթացի բարդությունը:

Երբ ածխածինը այրվում է, երկու հնարավոր է առաջնայինուղղակի տարասեռ օքսիդացման ռեակցիաներ.

C + O 2 \u003d CO 2 + 34 ՄՋ / կգ; (տասնչորս)

2C + O 2 \u003d 2CO + 10,2 ՄՋ / կգ: (15)

CO 2-ի և CO-ի առաջացման արդյունքում երկու երկրորդականռեակցիաներ:

ածխածնի երկօքսիդի օքսիդացում 2CO + O 2 \u003d 2CO 2 + 12,7 ՄՋ / կգ; (16)

ածխածնի երկօքսիդի նվազեցում CO 2 + C \u003d 2CO - 7,25 ՄՋ / կգ: (17)

Բացի այդ, մասնիկի ջեռուցվող մակերեսի վրա ջրի գոլորշու առկայության դեպքում, այսինքն. բարձր ջերմաստիճանի տարածաշրջանում գազաֆիկացումը տեղի է ունենում ջրածնի արտազատմամբ.

C + H 2 O \u003d CO + H 2: (տասնութ)

Տարասեռ ռեակցիաները (14, 15, 17 և 18) վկայում են ածխածնի ուղղակի այրման մասին, որն ուղեկցվում է ածխածնի մասնիկի քաշի նվազմամբ։ Միատարր ռեակցիան (16) ընթանում է մասնիկի մակերևույթի մոտ շրջապատող ծավալից թթվածնի ցրման պատճառով և փոխհատուցում է էնդոթերմիկ ռեակցիայի արդյունքում առաջացող գործընթացի ջերմաստիճանի մակարդակի անկումը (17):

CO2-ի և CO 2-ի հարաբերակցությունը մասնիկի մակերեսին կախված է այս տարածաշրջանի գազերի ջերմաստիճանից: Այսպիսով, օրինակ, փորձարարական ուսումնասիրությունների համաձայն, 1200 ° C ջերմաստիճանում ռեակցիան ընթանում է

4C + 3O 2 \u003d 2CO + 2CO 2 (E \u003d 84 ÷ 125 կՋ / գ-մոլ),

և 1500 ° C-ից բարձր ջերմաստիճանում

3C + 2O 2 \u003d 2CO + CO 2 (E \u003d 290 ÷ 375 կՋ / գ-մոլ):

Ակնհայտ է, որ առաջին դեպքում CO-ն և CO 2-ն արտազատվում են մոտավորապես հավասար քանակությամբ, մինչդեռ ջերմաստիճանի բարձրացման դեպքում արտանետվող CO-ի ծավալը 2 անգամ ավելի է CO2-ից:

Ինչպես արդեն նշվեց, այրման արագությունը հիմնականում կախված է երկու գործոնից.

1) արագություն քիմիական ռեակցիա , որը որոշվում է Arrhenius օրենքով և արագորեն աճում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ;

2) օքսիդանտների մատակարարման արագությունը(թթվածին) դեպի այրման գոտի՝ դիֆուզիայի պատճառով (մոլեկուլային կամ տուրբուլենտ):

Այրման գործընթացի սկզբնական շրջանում, երբ ջերմաստիճանը դեռ բավականաչափ բարձր չէ, քիմիական ռեակցիայի արագությունը նույնպես ցածր է, և վառելիքի մասնիկը շրջապատող ծավալում և դրա մակերեսում ավելի քան բավարար օքսիդիչ կա, այսինքն. օդի տեղային ավելցուկ կա. Վառարանի կամ այրիչի աերոդինամիկայի ոչ մի բարելավում, որը հանգեցնում է այրվող մասնիկին թթվածնի մատակարարման ուժեղացմանը, չի ազդի այրման գործընթացի վրա, որը հետաձգվում է միայն քիմիական ռեակցիայի ցածր արագությամբ, այսինքն. կինետիկա. Սա - կինետիկ այրման շրջան.

Այրման գործընթացի ընթացքում ջերմություն է արտանետվում, ջերմաստիճանը բարձրանում է և, հետևաբար, քիմիական ռեակցիայի արագությունը, ինչը հանգեցնում է թթվածնի սպառման արագ աճին: Դրա կոնցենտրացիան մասնիկի մակերեսին անշեղորեն նվազում է, և ապագայում այրման արագությունը կորոշվի միայն թթվածնի ցրման արագությամբ այրման գոտում, որը գրեթե անկախ է ջերմաստիճանից: Սա - դիֆուզիոն այրման տարածք.

IN անցումային այրման շրջանՔիմիական ռեակցիայի և դիֆուզիայի արագությունները նույն կարգի մեծություններ են:

Համաձայն մոլեկուլային դիֆուզիայի օրենքի (Ֆիկի օրենք) թթվածնի դիֆուզիոն փոխանցման արագությունը ծավալից մասնիկի մակերես.

որտեղ դիֆուզիոն զանգվածի փոխանցման գործակիցն է.

Եվ համապատասխանաբար թթվածնի մասնակի ճնշումներն են ծավալի և մակերեսի վրա։

Թթվածնի սպառումը մասնիկների մակերեսին որոշվում է քիմիական ռեակցիայի արագությամբ.

, (20)

որտեղ կռեակցիայի արագությունը հաստատուն է:

Անցումային գոտում կայուն վիճակում

,

որտեղ
(21)

Փոխարինելով (21)-ը (20), մենք ստանում ենք այրման արագության արտահայտությունը անցումային շրջանում՝ օքսիդացնողի (թթվածնի) սպառման առումով.

(22)

որտեղ
այրման ռեակցիայի արդյունավետ արագության հաստատունն է:

Համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանների գոտում (կինետիկ շրջան)
, հետևաբար, կ էֆ = kև (22) արտահայտությունը ստանում է ձև.

,

դրանք. Թթվածնի կոնցենտրացիաները (մասնակի ճնշումները) մասնիկի ծավալում և մակերեսում քիչ են տարբերվում միմյանցից, և այրման արագությունը գրեթե ամբողջությամբ որոշվում է քիմիական ռեակցիայի միջոցով:

Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ քիմիական ռեակցիայի արագության հաստատունը աճում է ըստ էքսպոնենցիալ Արենիուսի օրենքի (տես Նկար 22), մինչդեռ մոլեկուլային (դիֆուզիոն) զանգվածի փոխանցումը թույլ է կախված ջերմաստիճանից, մասնավորապես.

.

T* որոշակի ջերմաստիճանի արժեքի դեպքում թթվածնի սպառման արագությունը սկսում է գերազանցել շրջակա ծավալից դրա մատակարարման ինտենսիվությունը, գործակիցները. α ԴԵվ կ դառնում են նույն կարգի համեմատելի արժեքներ, մակերեսում թթվածնի կոնցենտրացիան սկսում է նկատելիորեն նվազել, և այրման արագության կորը շեղվում է տեսական կինետիկ այրման կորից (Արրենիուսի օրենք), բայց դեռ նկատելիորեն մեծանում է: Կորի վրա հայտնվում է թեքություն - գործընթացը անցնում է միջանկյալ (անցումային) այրման շրջան: Օքսիդատորի համեմատաբար ինտենսիվ մատակարարումը բացատրվում է նրանով, որ մասնիկի մակերևույթի մոտ թթվածնի կոնցենտրացիայի նվազման պատճառով մեծանում է թթվածնի մասնակի ճնշումների տարբերությունը ծավալում և մակերեսին մոտ:

Այրման ինտենսիվացման գործընթացում թթվածնի կոնցենտրացիան մակերեսում գործնականում հավասարվում է զրոյի, թթվածնի մատակարարումը մակերեսին թույլ կախված է ջերմաստիճանից և դառնում է գրեթե հաստատուն, այսինքն. α Դ << կ, և, համապատասխանաբար, գործընթացն անցնում է դիֆուզիոն շրջան

.

Դիֆուզիոն շրջանում այրման արագության աճը ձեռք է բերվում օդի հետ վառելիքի խառնման գործընթացի ինտենսիվացման միջոցով (այրիչ սարքերի կատարելագործում) կամ մասնիկը օդային հոսքով փչելու արագության բարձրացմամբ (վառարանի աերոդինամիկան բարելավելով), որի արդյունքում մակերեսին մոտ գտնվող սահմանային շերտի հաստությունը նվազում է և մասնիկին թթվածնի մատակարարումն ուժեղանում է։

Ինչպես արդեն նշվեց, պինդ վառելիքը այրվում է կա՛մ մեծ (առանց հատուկ նախապատրաստման) կտորների (շերտավորված այրման), կա՛մ փշրված (հեղուկացված մահճակալ և ցածր ջերմաստիճանի հորձանուտ) կամ ամենափոքր փոշու տեսքով ( բռնկման մեթոդ):

Ակնհայտ է, որ ամենամեծը հարաբերական արագությունվառելիքի մասնիկների փչումը կլինի շերտավորված այրման մեջ: Պտտման և բռնկման այրման դեպքում վառելիքի մասնիկները գտնվում են ծխատար գազերի հոսքում, և դրանց փչման հարաբերական արագությունը շատ ավելի ցածր է, քան անշարժ շերտում: Ելնելով դրանից՝ թվում է, որ կինետիկից դիֆուզիոն շրջանի անցում պետք է կատարվի առաջին հերթին փոքր մասնիկների համար, այսինքն. փոշու համար. Բացի այդ, մի շարք ուսումնասիրություններ ցույց են տվել, որ ածուխի փոշու մասնիկը, որը կախված է գազ-օդ խառնուրդի հոսքում, այնքան թույլ է փչում, որ ազատված այրման արտադրանքները դրա շուրջ ամպ են ձևավորում, ինչը մեծապես խանգարում է թթվածնի մատակարարմանը: Իսկ փոշու տարասեռ այրման ուժեղացումը բռնկման մեթոդով, ենթադրաբար, պայմանավորված էր ընդհանուր արձագանքող մակերեսի բացառիկ զգալի աճով։ Այնուամենայնիվ, ակնհայտը միշտ չէ, որ ճիշտ է: .

Մակերեւույթին թթվածնի մատակարարումը որոշվում է դիֆուզիայի օրենքներով։ Լամինար հոսքում փոքր գնդաձև մասնիկի ջերմության փոխանցման ուսումնասիրությունները բացահայտեցին ընդհանրացված չափանիշի կախվածություն.

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

Կոքսի փոքր մասնիկների համար (Re< 1, что соответствует скорости витания мелких частиц), Nu → 2, т.е.

.

Կա անալոգիա ջերմության և զանգվածի փոխանցման գործընթացների միջև, քանի որ երկուսն էլ որոշվում են մոլեկուլների շարժումով: Ուստի ջերմության փոխանցման օրենքները (Ֆուրիեի և Նյուտոն-Ռիչմանի օրենքները) և զանգվածի փոխանցման օրենքները (Ֆիկի օրենք) ունեն նմանատիպ մաթեմատիկական արտահայտություն։ Այս օրենքների պաշտոնական անալոգիան մեզ թույլ է տալիս դիֆուզիոն գործընթացների առնչությամբ գրել.

,

որտեղ
, (23)

որտեղ D-ը մոլեկուլային դիֆուզիայի գործակիցն է (նման է ջերմային հաղորդունակության λ գործակիցը ջերմային գործընթացներում):

Ինչպես հետևում է բանաձևից (23), դիֆուզիոն զանգվածի փոխանցման α D գործակիցը հակադարձ համեմատական ​​է մասնիկի շառավղին։ Հետևաբար, վառելիքի մասնիկների չափի նվազմամբ ակտիվանում է թթվածնի տարածման գործընթացը դեպի մասնիկի մակերես։ Այսպիսով, ածուխի փոշու այրման ժամանակ դիֆուզիոն այրման անցումը տեղափոխվում է ավելի բարձր ջերմաստիճան (չնայած մասնիկների փչման արագության նախկինում նշվող նվազմանը):

Քսաներորդ դարի կեսերին խորհրդային գիտնականների կողմից իրականացված բազմաթիվ փորձարարական ուսումնասիրությունների համաձայն. (G.F.Knorre, L.N. Khitrin, A.S.Predvoditelev, V.V.Pomerantsev և ուրիշներ), վառարանի նորմալ ջերմաստիճանների գոտում (մոտ 1500 ÷ 1600 ° C), կոքսի մասնիկի այրումը միջանկյալ գոտուց տեղափոխվում է դիֆուզիոն, թթվածնի մատակարարումը մեծ նշանակություն ունի։ Այս դեպքում, թթվածնի մակերևույթի տարածման ավելացմամբ, այրման արագության դանդաղումը կսկսվի ավելի բարձր ջերմաստիճանից:

Դիֆուզիոն շրջանում գնդաձև ածխածնի մասնիկի այրման ժամանակը քառակուսային կախվածություն ունի մասնիկների սկզբնական չափից.

,

որտեղ r oսկզբնական մասնիկի չափն է. ρ հածխածնի մասնիկի խտությունն է. Դ o , Պ o , Տ oհամապատասխանաբար դիֆուզիոն գործակիցի, ճնշման և ջերմաստիճանի սկզբնական արժեքներն են.
թթվածնի սկզբնական կոնցենտրացիան է վառարանի ծավալում մասնիկից զգալի հեռավորության վրա. β - ստոյխիոմետրիկ գործակից, որը սահմանում է թթվածնի քաշի սպառման համապատասխանությունը այրված ածխածնի մեկ միավորի քաշի համար ստոյխիոմետրիկ հարաբերակցությամբ. Տ մ- լոգարիթմական ջերմաստիճան.

որտեղ Տ ՊԵվ Տ Գհամապատասխանաբար մասնիկների մակերեսի և շրջակա ծխատար գազերի ջերմաստիճաններն են:

Թեմա 15. պինդ ԵՎ ՀԵՂՈՒԿ ՎԱՌԵԼԻՔՆԵՐԸ ԵՎ ԴՐԱՆՑ ԱՅՐՈՒՄԸ

15.1 Պինդ և հեղուկ վառելանյութերի այրման հաշվարկ

Պինդ և հեղուկ վառելանյութերի այրման գործընթացները հաշվարկելու համար կազմվում է այրման գործընթացի նյութական հաշվեկշիռը:

Այրման գործընթացի նյութական հավասարակշռությունը արտահայտում է սկզբնական նյութերի (վառելիք, օդ) և վերջնական արտադրանքի (գրիպ գազեր, մոխիր, խարամ) քանակական հարաբերությունները, իսկ ջերմային հավասարակշռությունը՝ ջերմության ներհոսքի և արտահոսքի հավասարությունը: Պինդ և հեղուկ վառելիքների համար նյութական և ջերմային մնացորդները կազմում են 1 կգ վառելիքի համար, գազային փուլի համար՝ 1 մ 3 չոր գազի դիմաց նորմալ պայմաններում (0,1013 ՄՊա, O ° C): Օդի և գազային արտադրանքի ծավալները նույնպես արտահայտված են ստանդարտ խորանարդ մետրով։

Պինդ և հեղուկ վառելանյութեր այրելիս այրվող նյութերը կարող են օքսիդացվել՝ առաջացնելով օքսիդացման տարբեր աստիճանի օքսիդներ: Ածխածնի, ջրածնի և ծծմբի այրման ռեակցիաների ստոյխիոմետրիկ հավասարումները կարող են գրվել հետևյալ կերպ.

Օդի և այրման արտադրանքի ծավալները հաշվարկելիս պայմանականորեն ենթադրվում է, որ բոլոր այրվող նյութերն ամբողջությամբ օքսիդացված են՝ առաջանալով միայն օքսիդացման ամենաբարձր աստիճան ունեցող օքսիդներ (ա, գ, դ ռեակցիաներ)։

(ա) հավասարումից հետևում է, որ 1 կմոլ ածխածնի (12 կգ) ամբողջական օքսիդացման համար ծախսվում է 1 կմոլ, այսինքն՝ 22,4 մ 3 թթվածին և ձևավորվում է 1 կմոլ (22,4 մ 3) ածխածնի օքսիդ։ Համապատասխանաբար, 1 կգ ածխածնի համար կպահանջվի 22,4 / 12 \u003d 1,866 մ 3 թթվածին և ձևավորվում է 1,866 մ 3 CO 2: 1 կգ վառելիքը պարունակում է С p /100 կգ ածխածին։ Դրա այրման համար անհրաժեշտ է 1,866 C p /100 m 3 թթվածին, և 1,866 C p / 100 m 3 CO 2 առաջանում է այրման ժամանակ։

Նմանապես, (գ) և (դ) հավասարումներից) 1 կգ վառելիքում պարունակվող այրվող ծծմբի (μ s \u003d 32) օքսիդացումը կպահանջի (22,4 / 32) S pl / 100 մ 3 թթվածին և նույն ծավալը: Ձևավորվում է SO 2: Իսկ 1 կգ վառելիքում պարունակվող ջրածնի () օքսիդացման համար կպահանջվի 0,5 (22,4 / 2,02) N p / 100 մ 3 թթվածին և (22,4 / 2,02) N p / 100 մ 3 ջրային գոլորշի:

Ամփոփելով ստացված արտահայտությունները և հաշվի առնելով վառելիքում առկա թթվածինը (
), պարզ փոխակերպումներից հետո մենք ստանում ենք թթվածնի քանակությունը որոշելու բանաձևը, որը տեսականորեն անհրաժեշտ է 1 կգ պինդ կամ հեղուկ վառելիքի ամբողջական այրման համար, մ 3 / կգ.

Տեսականորեն անհրաժեշտ քանակությամբ օդի հետ ամբողջական այրման գործընթացում ձևավորվում են գազային արտադրանքներ, որոնք բաղկացած են CO 2, SO 2, N 2 և H 2 O - ածխածնի և ծծմբի օքսիդները չոր եռատոմային գազեր են: Դրանք սովորաբար համակցվում և նշվում են RO 2 \u003d CO 2 + SO 2-ով:

Պինդ և հեղուկ վառելանյութեր այրելիս այրման արտադրանքի տեսական ծավալները՝ մ 3 /կգ, հաշվարկվում են ըստ (15.1) հավասարումների՝ հաշվի առնելով վառելիքի և օդի մեջ համապատասխան բաղադրիչների պարունակությունը։

Եռատոմային գազերի ծավալը՝ համաձայն (15.1, ա և բ) հավասարումների.

Ջրի գոլորշիների տեսական ծավալը , մ 3 /կգ, ջրածնի այրման արդյունքում ստացված ծավալի գումարն է, հավասար է (22,4 / 2,02) (H p /100), վառելիքի խոնավության գոլորշիացման արդյունքում ստացված ծավալը հավասար է. , և օդով ներմուծված ծավալը.
,
- ջրի գոլորշու հատուկ ծավալ, մ 3 / կգ; ρ in \u003d 1,293 կգ / մ 3 - օդի խտություն, d in \u003d 0,01 - խոնավության պարունակություն օդում կգ / կգ: Փոխակերպումներից հետո մենք ստանում ենք.

Օդի V իրական ծավալը կարող է լինել ավելի կամ պակաս, քան տեսականորեն անհրաժեշտը՝ հաշվարկված ըստ այրման հավասարումների։ Փաստացի օդի ծավալի V-ի և տեսականորեն պահանջվող V 0-ի հարաբերակցությունը կոչվում է օդի հոսքի գործակից α = V/V 0: α > 1-ի դեպքում սովորաբար կոչվում է օդի հոսքի գործակից ավելցուկային օդի հարաբերակցությունը.

Վառելիքի յուրաքանչյուր տեսակի համար վառարանում օդի ավելցուկային գործակիցի օպտիմալ արժեքը կախված է դրա տեխնիկական բնութագրերից, այրման եղանակից, վառարանի նախագծումից, այրվող խառնուրդի ձևավորման եղանակից և այլն:

Այրման արտադրանքի իրական ծավալը տեսականից ավելի մեծ կլինի օդի ավելցուկում պարունակվող ազոտի, թթվածնի և ջրի գոլորշու պատճառով: Քանի որ օդը չի պարունակում եռատոմային գազեր, դրանց ծավալը կախված չէ օդի ավելցուկային գործակիցից և մնում է հաստատուն՝ հավասար տեսականին, այսինքն.
.

Դիատոմային գազերի և ջրի գոլորշու ծավալը (մ 3 / կգ կամ մ 3 / մ 3) որոշվում է բանաձևերով.

Կոշտ վառելիք այրելիս ծխատար գազերում մոխրի կոնցենտրացիան (գ / մ 3) որոշվում է բանաձևով.

որտեղ - գազերի կողմից տարվող վառելիքի մոխրի համամասնությունը (դրա արժեքը կախված է տեսակից պինդ վառելիքև դրա այրման եղանակը և վերցված է վառարանների տեխնիկական բնութագրերից):

Չոր եռատոմային գազերի և ջրի գոլորշիների ծավալային բաժինները, որոնք հավասար են նրանց մասնակի ճնշմանը 0,1 ՄՊա ընդհանուր ճնշման դեպքում, հաշվարկվում են բանաձևերով.

Ծավալների հաշվարկման բոլոր բանաձևերը կիրառելի են, երբ տեղի է ունենում վառելիքի ամբողջական այրում: Նույն բանաձևերը, հաշվարկների համար բավարար ճշգրտությամբ, կիրառելի են նաև վառելիքի թերի այրման դեպքում, եթե ստանդարտ արժեքները տրված են. տեխնիկական բնութագրերըվառարաններ.

15.2 Պինդ վառելիքի այրման երեք փուլ

Պինդ վառելիքի այրումն ունի մի շարք փուլեր՝ ջեռուցում, վառելիքի չորացում, ցնդող նյութերի սուբլիմացիա և կոքսի ձևավորում, ցնդող նյութերի և կոքսի այրում։ Այս բոլոր փուլերից որոշիչն է կոքսի մնացորդի այրման փուլը, այսինքն՝ ածխածնի այրման փուլը, որի ինտենսիվությունը որոշում է վառելիքի այրման և գազիֆիկացման ինտենսիվությունը որպես ամբողջություն։ Ածխածնի այրման որոշիչ դերը բացատրվում է հետևյալ կերպ.

Նախ, վառելիքի մեջ պարունակվող պինդ ածխածինը գրեթե բոլոր բնական պինդ վառելիքի հիմնական այրվող բաղադրիչն է: Այսպիսով, օրինակ, անտրացիտի կոքսի մնացորդի այրման ջերմությունը կազմում է այրվող զանգվածի այրման ջերմության 95%-ը։ Ցնդող նյութերի եկամտաբերության աճով նվազում է կոքսի մնացորդի այրման ջերմության բաժինը, իսկ տորֆի դեպքում այն ​​կազմում է այրվող զանգվածի այրման ջերմության 40,5%-ը։

Երկրորդ, կոքսի մնացորդի այրման փուլը բոլոր փուլերից ամենաերկարն է և կարող է տևել այրման համար պահանջվող ընդհանուր ժամանակի մինչև 90%-ը:

Եվ, երրորդ, կոքսի այրման գործընթացը որոշիչ նշանակություն ունի մյուս փուլերի հոսքի համար ջերմային պայմաններ ստեղծելու համար։ հետևաբար, հիմքԿոշտ վառելիքի այրման տեխնոլոգիական մեթոդի ճիշտ կառուցումը ածխածնի այրման գործընթացի համար օպտիմալ պայմանների ստեղծումն է:

Որոշ դեպքերում երկրորդային նախապատրաստական ​​փուլերը կարող են որոշիչ լինել այրման գործընթացի համար։ Այսպիսով, օրինակ, բարձր խոնավ վառելիք այրելիս, չորացման փուլը կարող է որոշիչ լինել։ Այս դեպքում ռացիոնալ է ուժեղացնել այրման համար վառելիքի նախնական պատրաստումը, օրինակ՝ օգտագործելով այրման տեխնոլոգիական մեթոդ՝ վառելիքից վերցված գազերով չորացնելով վառելիքով:

Հզոր գոլորշու գեներատորները մեծ քանակությամբ վառելիք և օդ են սպառում: Օրինակ՝ 300 ՄՎտ հզորությամբ գոլորշու գեներատորի համար վառելիքի ծախսը՝ անտրացիտի նստվածքը կազմում է 32 կգ/վ, իսկ օդը՝ 246 մ 3/վ, իսկ 800 ՄՎտ հզորությամբ գոլորշու գեներատորում՝ 128 կգ Բերեզովսկու ածուխ և 555 մ 3 օդ։ սպառվում է ամեն վայրկյան: Որոշ դեպքերում, փոշիացված ածխի գոլորշու գեներատորներն օգտագործում են հեղուկ կամ գազային վառելիք՝ որպես պահեստային:

Փոշիացված վառելիքի այրման գործընթացը տեղի է ունենում այրման պալատի ծավալով վառելիքի և օդի մեծ զանգվածների հոսքերում, որոնց խառնվում են այրման արտադրանքները:

Փոշիացված վառելիքի այրման հիմքը վառելիքի այրվող բաղադրիչների քիմիական ռեակցիան է մթնոլորտային թթվածնի հետ։ Այնուամենայնիվ, այրման խցիկում այրման քիմիական ռեակցիաները տեղի են ունենում հզոր փոշոտ գազ-օդ հոսքերով չափազանց կարճ ժամանակում (1-2 վրկ), որպեսզի վառելիքը և օքսիդիչը մնան այրման պալատում: Այս ռեակցիաները տեղի են ունենում ուժեղ փոխադարձ ազդեցության պայմաններում միաժամանակյա ֆիզիկական պրոցեսներով։ Այս գործընթացներն են.

Շիթերի համակարգում այրման պալատ մատակարարվող գազի և պինդ ցրված նյութերի այրվող խառնուրդի շարժման գործընթացը, հոսքի մեջ անցնելով և այրման պալատի սահմանափակ տարածության մեջ տարածվող հորձանուտային հոսքերի զարգացմամբ, որոնք միասին կազմում են. վառարանի աերոդինամիկայի բարդ կառուցվածքը;

սկզբնական նյութերի և ռեակցիայի արտադրանքների տուրբուլենտ և մոլեկուլային դիֆուզիոն և կոնվեկտիվ փոխանցումը գազի հոսքում, ինչպես նաև գազային ռեակտիվների տեղափոխումը ցրված մասնիկներին.

Ջերմափոխանակությունը այրման արտադրանքի և սկզբնական խառնուրդի գազային հոսքերում և գազային հոսքերի և դրանցում պարունակվող վառելիքի մասնիկների միջև, ինչպես նաև արձագանքող միջավայրում քիմիական փոխակերպման ժամանակ թողարկված ջերմության փոխանցումը.

Մասնիկների ճառագայթային ջերմափոխանակությունը գազային միջավայրի և փոշի-գազ-օդ խառնուրդի հետ էկրանի մակերեսներով այրման պալատում.

Մասնիկների տաքացում, ցնդող նյութերի սուբլիմացիա, դրանց տեղափոխում և այրում գազի ծավալով և այլն։

Այսպիսով, ածխի փոշու այրումը բարդ ֆիզիկական և քիմիական գործընթաց է, որը բաղկացած է քիմիական ռեակցիաներից և ֆիզիկական գործընթացներից, որոնք տեղի են ունենում փոխադարձ կապի և փոխադարձ ազդեցության պայմաններում:

15.3 Պինդ վառելիքի այրման շերտային, բռնկման և ցիկլոնային մեթոդները

Կաթսաների վառարանների սարքերը կարող են շերտավորվել՝ գնդիկավոր վառելիքի և խցիկի այրման համար՝ գազային, հեղուկ և պինդ փոշիացված վառելիքի այրման համար:

Վառարանների գործընթացների կազմակերպման որոշ տարբերակներ ներկայացված են նկ. 15.1-ում:

Շերտային վառարանները գալիս են խիտ և հեղուկացված մահճակալով, խցիկային վառարանները բաժանվում են բռնկման և ցիկլոնի:

Բրինձ. 15.1. Վառարանների գործընթացների կազմակերպման սխեմաներ

Խիտ շերտով այրվելիս այրման օդը անցնում է շերտով` չխախտելով դրա կայունությունը, այսինքն. վառելիքի մասնիկների ծանրության ուժը ավելի մեծ է, քան օդի դինամիկ ճնշումը։

Հեղուկացված մահճակալում այրման ժամանակ օդի արագության բարձրացման պատճառով խախտվում է անկողնում գտնվող մասնիկների կայունությունը, դրանք անցնում են «եռման» վիճակի, այսինքն. անցնել կասեցված վիճակի. Այս դեպքում տեղի է ունենում վառելիքի և օքսիդիչի ինտենսիվ խառնում, ինչը նպաստում է այրման գործընթացի ինտենսիվացմանը։

Բոցավառման ժամանակ վառելիքը այրվում է այրման պալատի ծավալով, որի համար պինդ վառելիքի մասնիկները պետք է ունենան մինչև 100 մկմ չափսեր։

Ցիկլոնի այրման ժամանակ վառելիքի մասնիկները կենտրոնախույս ուժերի ազդեցությամբ նետվում են այրման պալատի պատերին և բարձր ջերմաստիճանի գոտում լինելով պտտվող հոսքի մեջ՝ ամբողջությամբ այրվում։ Ավելի մեծ մասնիկների չափերը թույլատրվում են, քան բռնկման ժամանակ: Վառելիքի հանքային բաղադրիչը հեղուկ խարամի տեսքով շարունակաբար հեռացվում է ցիկլոնային վառարանից։

15.4.Հեղուկ վառելիքի այրման առանձնահատկությունները

Յուրաքանչյուր հեղուկ վառելիք, ինչպես նաև ցանկացած հեղուկ նյութ, տվյալ ջերմաստիճանում ունի որոշակի գոլորշիների ճնշում իր մակերեսի վրա, որը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ:

Երբ ազատ մակերևույթով հեղուկ վառելիքը բռնկվում է, դրա գոլորշին, որը պարունակվում է մակերեսի վերևում գտնվող տարածության մեջ, բռնկվում է՝ ձևավորելով վառվող ջահ։ Ջահի արտանետվող ջերմության շնորհիվ գոլորշիացումը կտրուկ աճում է: Ջահի և հեղուկ հայելու միջև ջերմափոխանակության կայուն վիճակում գոլորշիացող և, հետևաբար, այրվող վառելիքի քանակը հասնում է իր առավելագույն արժեքին, այնուհետև մնում է ժամանակի ընթացքում:

Փորձերը ցույց են տալիս, որ երբ այրվում են ազատ մակերեսով հեղուկ վառելիքը, այրումը ընթանում է գոլորշիների փուլում. ջահը տեղադրված է հեղուկի մակերևույթից որոշ հեռավորության վրա, և հստակ տեսանելի է մուգ շերտը, որը ջահը բաժանում է խառնարանի եզրից հեղուկ վառելիքով: Գոլորշիացման հայելու վրա այրման գոտու ճառագայթման ինտենսիվությունը կախված չէ դրա ձևից և չափից, այլ կախված է միայն վառելիքի ֆիզիկաքիմիական հատկություններից և յուրաքանչյուր հեղուկ վառելիքի համար բնորոշ հաստատուն է:

Հեղուկ վառելիքի ջերմաստիճանը, որի դեպքում նրա մակերևույթից բարձր գոլորշիները ստեղծում են օդի հետ խառնուրդ, որը կարող է բռնկվել, երբ բռնկման աղբյուրը բարձրանում է, կոչվում է բռնկման կետ:

Քանի որ հեղուկ այրվող նյութերը այրվում են գոլորշիների փուլում, կայուն վիճակում, այրման արագությունը որոշվում է հեղուկի գոլորշիացման արագությամբ իր հայելուց:

Ազատ մակերեսով հեղուկ այրվող նյութերի այրման գործընթացը տեղի է ունենում հետևյալ կերպ. Ջահի արտանետվող ջերմության պատճառով այրման կայուն վիճակում հեղուկ վառելիքը գոլորշիանում է։ Շրջապատող տարածությունից օդը դիֆուզիայի միջոցով ներթափանցում է վառելիքի բարձրացող հոսքի մեջ, որը գտնվում է գոլորշիների փուլում։ Այս եղանակով ստացված խառնուրդը կոնի տեսքով այրվող ջահ է կազմում՝ գոլորշիացման հայելից 0,5-1 մմ հեռավորության վրա։ Կայուն այրումը շարունակվում է մակերեսի վրա, որտեղ խառնուրդը հասնում է վառելիքի և օդի ստոյխիոմետրիկ հարաբերակցությանը համապատասխան համամասնությանը: Այս ենթադրությունը բխում է նույն նկատառումներից, ինչ դիֆուզիոն գազի այրման դեպքում: Քիմիական ռեակցիան ընթանում է բոցի ճակատի շատ բարակ շերտով, որի հաստությունը չի գերազանցում միլիմետրի մի քանի ֆրակցիաները։ Ջահի զբաղեցրած ծավալը, այրման գոտին բաժանված է երկու մասի. ջահի ներսում կան այրվող հեղուկի գոլորշիներ և այրման արտադրանք, իսկ այրման գոտուց դուրս՝ այրման արտադրանքի խառնուրդ օդի հետ։

Բոցի ներսում բարձրացող հեղուկ վառելիքի գոլորշիների այրումը կարող է ներկայացվել որպես երկու փուլից բաղկացած՝ թթվածնի դիֆուզիոն մատակարարում այրման գոտուն և բուն քիմիական ռեակցիան, որը տեղի է ունենում բոցի ճակատում: Այս երկու փուլերի արագությունները նույնը չեն. Ներառված բարձր ջերմաստիճաններում քիմիական ռեակցիան շատ արագ է ընթանում, մինչդեռ թթվածնի դիֆուզիոն մատակարարումը դանդաղ գործընթաց է, որը սահմանափակում է այրման ընդհանուր արագությունը: Հետևաբար, այս դեպքում այրումը շարունակվում է դիֆուզիոն շրջանում, և այրման արագությունը որոշվում է այրման գոտում թթվածնի տարածման արագությամբ:

Քանի որ ազատ մակերևույթից տարբեր հեղուկ այրվող նյութերի այրման ժամանակ այրման գոտի թթվածին մատակարարելու պայմանները մոտավորապես նույնն են, պետք է ակնկալել, որ դրանց այրման արագությունը կապված է բոցի ճակատին, այսինքն՝ բոցի կողային մակերեսին, նույնպես պետք է նույնը լինի: Ջահի երկարությունը կլինի այնքան մեծ, այնքան մեծ կլինի գոլորշիացման արագությունը:

Ազատ մակերևույթից հեղուկ այրվող նյութերի այրման առանձնահատուկ առանձնահատկությունը մեծ քիմիական այրվածքն է: Յուրաքանչյուր վառելիք, որը ածխածնի միացություն է, երբ այրվում է ազատ մակերևույթից, ունի իր քիմիական այրման արժեքը, որը կազմում է %:

ալկոհոլի համար......... 5.3

կերոսինի համար....... 17.7

բենզինի համար ........ 12.7

բենզոլի համար ......... 18.5.

Քիմիական թերայրման առաջացման պատկերը կարելի է ներկայացնել հետևյալ կերպ.

Գոլորշի ածխաջրածինները, երբ շարժվում են կոնաձև ջահի ներսից դեպի բոցի ճակատ, մինչդեռ թթվածնի բացակայության դեպքում գտնվում են բարձր ջերմաստիճանի տարածքում, ենթարկվում են ջերմային տարրալուծման մինչև ազատ ածխածնի և ջրածնի ձևավորումը։

Բոցի փայլը պայմանավորված է նրանում ազատ ածխածնի մասնիկների առկայությամբ։ Վերջիններս, շիկացած դառնալով այրման ժամանակ արտանետվող ջերմության պատճառով, քիչ թե շատ վառ լույս են արձակում։

Ազատ ածխածնի մի մասը ժամանակ չունի այրվելու և մուրի տեսքով տարվում է այրման արգասիքներով՝ ձևավորելով ծխագույն ջահ։

Բացի այդ, ածխածնի առկայությունը առաջացնում է CO-ի առաջացում։

Բարձր ջերմաստիճանը և CO-ի և CO 2-ի ցածր մասնակի ճնշումը այրման արտադրանքներում նպաստում են CO-ի ձևավորմանը:

Այրման արտադրանքներում առկա ածխածնի և CO-ի քանակները որոշում են քիմիական թերայրման քանակը: Որքան բարձր է ածխածնի պարունակությունը հեղուկ վառելիքում և որքան քիչ է այն հագեցած ջրածնով, այնքան մեծ է մաքուր ածխածնի ձևավորումը, այնքան վառ է բոցը, այնքան մեծ է քիմիական այրումը:

Այսպիսով, ազատ մակերևույթից հեղուկ այրվող նյութերի այրման ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ.

1) հեղուկ վառելիքի այրումը տեղի է ունենում գոլորշիների փուլում դրանց գոլորշիացումից հետո: Ազատ մակերևույթից հեղուկ վառելիքի այրման արագությունը որոշվում է դրանց գոլորշիացման արագությամբ՝ այրման գոտու ճառագայթած ջերմության պատճառով, բոցի և գոլորշիացման հայելու միջև ջերմափոխանակման կայուն վիճակում.

2) ազատ մակերևույթից հեղուկ այրվող նյութերի այրման արագությունը մեծանում է դրանց ջեռուցման ջերմաստիճանի բարձրացմամբ, այրման գոտու ավելի բարձր ճառագայթման ինտենսիվությամբ վառելիքի, գոլորշիացման և ջերմային հզորության ավելի ցածր ջերմության անցնելով և կախված չէ. գոլորշիացման հայելու չափը և ձևը;

3) հեղուկ վառելիքի ազատ մակերևույթից այրվող գոլորշիացման հայելու վրա այրման գոտու ճառագայթման ինտենսիվությունը կախված է միայն նրա ֆիզիկաքիմիական հատկություններից և յուրաքանչյուր հեղուկ վառելիքի համար բնորոշ հաստատուն է.

4) հեղուկ վառելիքի գոլորշիացման մակերեսի վերևում գտնվող դիֆուզիոն բոցի առջևի ջերմային լարվածությունը գործնականում անկախ է խառնարանի տրամագծից և վառելիքի տեսակից.

5) ազատ մակերևույթից հեղուկ այրվող նյութերի այրումը բնութագրվում է քիմիական այրման ավելացմամբ, որի մեծությունը բնորոշ է յուրաքանչյուր վառելիքին:

Նկատի ունենալով, որ հեղուկ վառելիքի այրումը տեղի է ունենում գոլորշիների փուլում, հեղուկ վառելիքի մի կաթիլ այրելու գործընթացը կարելի է ներկայացնել հետևյալ կերպ.

Հեղուկ վառելիքի մի կաթիլը շրջապատված է այս վառելիքի գոլորշիներով հագեցած մթնոլորտով: Գնդաձև մակերևույթի երկայնքով կաթիլների մոտ ստեղծվում է այրման գոտի: Հեղուկ վառելիքի գոլորշիների խառնուրդի քիմիական ռեակցիան օքսիդացնող նյութի հետ տեղի է ունենում շատ արագ, ուստի այրման գոտին շատ բարակ է: Այրման արագությունը որոշվում է ամենադանդաղ փուլով` վառելիքի գոլորշիացման արագությամբ:

Կաթիլային և այրման գոտու միջև ընկած տարածության մեջ կան հեղուկ վառելիքի և այրման արտադրանքի գոլորշիներ: Այրման գոտուց դուրս տարածության մեջ՝ օդ և այրման արտադրանք:

Վառելիքի գոլորշիները ներթափանցում են այրման գոտի ներսից, իսկ թթվածինը դրսից: Այստեղ խառնուրդի այս բաղադրիչները մտնում են քիմիական ռեակցիա, որն ուղեկցվում է ջերմության արտազատմամբ։ Այրման գոտուց ջերմությունը փոխանցվում է դրսում և դեպի կաթիլ, մինչդեռ այրման արտադրանքները ցրվում են շրջակա տարածություն և այրման գոտու և կաթիլների միջև ընկած տարածություն: Սակայն ջերմության փոխանցման մեխանիզմը դեռ պարզ չէ։

Մի շարք հետազոտողներ կարծում են, որ այրվող կաթիլի գոլորշիացումը տեղի է ունենում մոլեկուլային ջերմության փոխանցման շնորհիվ, որը գտնվում է լճացած սահմանային թաղանթի միջով կաթիլային մակերեսի մոտ:

Քանի որ կաթիլը այրվում է, ընդհանուր գոլորշիացումը նվազում է մակերեսի նվազման պատճառով, այրման գոտին նեղանում է և անհետանում, երբ կաթիլն ամբողջությամբ այրվում է:

Այսպես է տեղի ունենում ամբողջովին գոլորշիացող հեղուկ վառելիքի մի կաթիլի այրման գործընթացը, որը գտնվում է հանգստի վիճակում միջավայրըկամ շարժվել նրա հետ նույն արագությամբ:

Գնդաձև մակերևույթին ցրվող թթվածնի քանակը, այլ հավասար լինելով, համաչափ է դրա տրամագծի քառակուսուն, հետևաբար, կաթիլից որոշ հեռավորության վրա այրման գոտու ստեղծումն առաջացնում է այրման ավելի բարձր արագություն՝ համեմատած նույն մասնիկի հետ։ պինդ վառելիք, որի այրման ժամանակ քիմիական ռեակցիան գործնականում ընթանում է հենց մակերեսի վրա։

Քանի որ հեղուկ վառելիքի կաթիլի այրման արագությունը որոշվում է գոլորշիացման արագությամբ, դրա այրման ժամանակը կարող է հաշվարկվել այրման գոտուց ստացված ջերմության պատճառով դրա գոլորշիացման ջերմային հաշվեկշռի հավասարման հիման վրա:

Քանի որ հեղուկ վառելիքի այրումը տեղի է ունենում գոլորշիների փուլում դրանց գոլորշիացումից հետո, դրա ինտենսիվացումը կապված է գոլորշիացման և խառնուրդի ձևավորման ուժեղացման հետ: Դա ձեռք է բերվում գոլորշիացման մակերեսը մեծացնելով՝ հեղուկ վառելիքը մանր կաթիլների մեջ ցողելով և ստացված գոլորշիները լավ խառնելով օդի հետ՝ դրա մեջ նուրբ վառելիքի միատեսակ բաշխմամբ: Այս երկու առաջադրանքները կատարվում են վարդակներով այրիչներ օգտագործելով, որոնք հեղուկ վառելիքը ատոմացնում են օդային հոսքերում, որոնք մատակարարվում են խցիկի վառարան այրիչների օդային ուղեցույցների միջոցով:

Այրման համար անհրաժեշտ օդը մատակարարվում է վարդակի բերանից, գրավում է նուրբ ատոմացված հեղուկ վառելիքը և այրման խցիկում ձևավորում է ոչ իզոթերմային ողողված շիթ: Շիթը, տարածվելով, տաքանում է այրման արտադրանքի ներթափանցման պատճառով բարձր ջերմաստիճանի. Հեղուկ վառելիքի ամենափոքր կաթիլները, տաքանալով շիթով կոնվեկտիվ ջերմափոխանակման պատճառով, գոլորշիանում են։ Ատոմացված վառելիքի ջեռուցումը տեղի է ունենում նաև ծխատար գազերի և շիկացած երեսպատման կողմից արտանետվող ջերմության կլանման պատճառով:

Նախնական հատվածում և հատկապես շիթերի սահմանային շերտում փետուրի ինտենսիվ տաքացումը առաջացնում է կաթիլների արագ գոլորշիացում: Վառելիքի գոլորշիները, խառնվելով օդի հետ, առաջացնում են գազ-օդ այրվող խառնուրդ, որը, բռնկվելով, առաջացնում է ջահ։

Այսպիսով, հեղուկ վառելիքի այրման գործընթացը կարելի է բաժանել հետևյալ փուլերի.

Գազ-օդ խառնուրդի ջերմաստիճանը և կոնցենտրացիան փոխվում են ռեակտիվ խաչմերուկի երկայնքով: Շիթերի արտաքին սահմանին մոտենալուն զուգահեռ ջերմաստիճանը բարձրանում է, իսկ այրվող խառնուրդի բաղադրիչների կոնցենտրացիան նվազում է։ Գոլորշի-օդ խառնուրդում բոցի տարածման արագությունը կախված է բաղադրությունից, կոնցենտրացիայից և ջերմաստիճանից և հասնում է իր առավելագույն արժեքին շիթերի արտաքին շերտերում, որտեղ ջերմաստիճանը մոտ է շրջակա ծխատար գազերի ջերմաստիճանին, չնայած այն հանգամանքին, որ այստեղ այրվող խառնուրդը շատ նոսրացված է այրման արտադրանքներով: Հետևաբար, նավթի բոցում բռնկումը սկսվում է ծայրամասից արմատից, այնուհետև տարածվում է շիթերի մեջ ամբողջ հատվածի վրա՝ հասնելով իր առանցքին վարդակից զգալի հեռավորության վրա, որը հավասար է բոցի տարածման ընթացքում կենտրոնական շիթերի շարժմանը։ առանցքի ծայրամասը. Բոցավառման գոտին ունենում է երկարավուն կոնի ձև, որի հիմքը գտնվում է այրիչի ելքի հատվածից փոքր հեռավորության վրա:

Բոցավառման գոտու դիրքը կախված է խառնուրդի արագությունից. գոտին զբաղեցնում է այնպիսի դիրք, որում նրա բոլոր կետերում հավասարակշռություն է հաստատվում բոցի տարածման արագության և շարժման արագության միջև։ Կենտրոնական շիթերը, որոնք ունեն ամենաբարձր արագությունը, քայքայվում են, երբ շարժվում են վառարանի տարածության մեջ՝ որոշելով բռնկման գոտու երկարությունը այն վայրով, որտեղ արագությունը նվազում է մինչև բացարձակ արժեքբոցի տարածման արագությունը.

Գոլորշի ածխաջրածինների հիմնական մասի այրումը տեղի է ունենում բոցավառման գոտում, որը զբաղեցնում է փոքր հաստության բոցի արտաքին շերտը։ Բարձր մոլեկուլային քաշի ածխաջրածինների, մուրի, ազատ ածխածնի և հեղուկ վառելիքի չգոլորշիացված կաթիլների այրումը շարունակվում է բռնկման գոտուց դուրս և պահանջում է որոշակի տարածություն՝ առաջացնելով բոցի ընդհանուր երկարությունը:

Բոցավառման գոտին ջահի զբաղեցրած տարածքը բաժանում է երկու հատվածի՝ ներքին և արտաքին: Մեջ ներքին շրջանտեղի է ունենում գոլորշիացման և այրվող խառնուրդի առաջացման գործընթացը։

Ներքին շրջանում տաքացվում են գոլորշիացված ածխաջրածիններ, որոնք ուղեկցվում են դրանց օքսիդացումով և պառակտմամբ։ Օքսիդացման գործընթացը սկսվում է համեմատաբար ցածր ջերմաստիճաններում՝ մոտ 200-300°C։ 350-400°C և բարձր ջերմաստիճանի դեպքում տեղի է ունենում ջերմային պառակտման գործընթացը։

Ածխաջրածինների օքսիդացման գործընթացը նպաստում է հետագա այրման գործընթացին, քանի որ որոշակի քանակությամբ ջերմություն է թողարկվում և ջերմաստիճանը բարձրանում է, իսկ ածխաջրածինների բաղադրության մեջ թթվածնի առկայությունը նպաստում է դրանց հետագա օքսիդացմանը: Ընդհակառակը, ջերմային պառակտման գործընթացը անցանկալի է, քանի որ արդյունքում առաջացող բարձր մոլեկուլային քաշի ածխաջրածինները դժվար է այրվել:

Էներգետիկ ոլորտում նավթային վառելիքներից օգտագործվում է միայն մազութ։ Մազութը մոտ 300°C ջերմաստիճանում յուղի թորումից մնացորդ է, սակայն այն պատճառով, որ թորման գործընթացը ավարտված չէ, մազութը 300°C-ից ցածր ջերմաստիճանում դեռևս թողարկում է ավելի թեթև թորվածքների որոշ գոլորշիներ: Ուստի երբ մազութի ցողված շիթը մտնում է վառարան և աստիճանաբար տաքանում, դրա մի մասը վերածվում է գոլորշու, իսկ մի մասը դեռ կարող է հեղուկ վիճակում լինել նույնիսկ մոտ 400°C ջերմաստիճանում։

Ուստի մազութ այրելիս անհրաժեշտ է նպաստել օքսիդատիվ ռեակցիաների առաջացմանը և ամեն կերպ կանխել ջերմային քայքայումը բարձր ջերմաստիճաններում։ Դա անելու համար այրման համար անհրաժեշտ ամբողջ օդը պետք է մատակարարվի ջահի արմատին: Այս դեպքում ներքին հատվածում մեծ քանակությամբ թթվածնի առկայությունը մի կողմից կնպաստի օքսիդատիվ գործընթացներին, իսկ մյուս կողմից՝ կնվազեցնի ջերմաստիճանը, ինչը կհանգեցնի ածխաջրածնի մոլեկուլների ավելի սիմետրիկ պառակտմանը առանց զգալի քանակությամբ դժվար այրվող բարձր մոլեկուլային ածխաջրածինների առաջացում:

Մազութի այրման արդյունքում առաջացող խառնուրդը պարունակում է գոլորշի և գազային ածխաջրածիններ, հեղուկ ավելի ծանր կտրվածքներ, ինչպես նաև ածխաջրածինների պառակտման հետևանքով առաջացած պինդ միացություններ (այսինքն բոլոր երեք փուլերը՝ գազային, հեղուկ և պինդ): Գոլորշիները և գազային ածխաջրածինները, խառնվելով օդին, կազմում են այրվող խառնուրդ, որի այրումը կարող է տեղի ունենալ բոլոր հնարավոր ուղիներըայրվող գազեր. CO-ն, որը ձևավորվում է հեղուկ կաթիլների և կոքսի այրման ժամանակ, նույնպես այրվում է նույն կերպ:

Բոցի մեջ կաթիլները բռնկվում են կոնվեկտիվ ջեռուցմամբ. յուրաքանչյուր կաթիլի շուրջ ստեղծվում է այրման գոտի: Կաթիլի այրումը ուղեկցվում է քիմիական թերայրմամբ՝ մուրի և CO-ի տեսքով։ Բարձր մոլեկուլային ածխաջրածինների կաթիլները այրման ժամանակ տալիս են պինդ մնացորդ՝ կոքս։

Բոցավառման ժամանակ առաջացած պինդ միացությունները՝ մուրը և կոքսը, այրվում են այնպես, ինչպես տեղի է ունենում պինդ վառելիքի մասնիկների տարասեռ այրումը: Մուրի տաքացած մասնիկների առկայությունը հանգեցնում է ջահի փայլին:

Ազատ ածխաջրածինը և մուրը բավականաչափ օդով բարձր ջերմաստիճանի միջավայրում կարող են այրվել: Օդի տեղային բացակայության կամ անբավարար բարձր ջերմաստիճանի դեպքում դրանք թերի են այրվում այրման որոշակի քիմիական անավարտությամբ՝ այրման արտադրանքը ներկելով սև՝ ծխագույն ջահ։

Անավարտ այրման գազային արտադրանքների և պինդ մասնիկների հետայրման գոտին, հետևելով այրման գոտուն, մեծացնում է ջահի ընդհանուր երկարությունը:

Քիմիական թերայրումը, որը բնորոշ է ազատ մակերևույթից հեղուկ վառելիքի այրման համար, երբ դրանք այրվում են ջահի մեջ, կարող է և պետք է գրեթե զրոյի հասցվի համապատասխան ռեժիմի միջոցներով:

Այսպիսով, մազութի այրումն ուժեղացնելու համար անհրաժեշտ է լավ ատոմացում։ Օդի և մազութի նախնական տաքացումը նպաստում է մազութի գազիֆիկացմանը, հետևաբար դա նպաստում է բոցավառմանը և այրմանը: Այրման համար անհրաժեշտ ողջ օդը պետք է մատակարարվի ջահի արմատին: Միևնույն ժամանակ, այրիչի օդային ուղղորդիչ սարքի ռացիոնալ ձևավորումը, վարդակի ճիշտ տեղադրումը և այրիչի անցքի համապատասխան կազմաձևումը, անհրաժեշտ է ապահովել ատոմացված վառելիքի լավ խառնումը օդի հետ, ինչպես նաև խառնելը: այրվող բոցի մեջ և հատկապես վերջին մասում։ Ջահի ջերմաստիճանը պետք է պահպանվի բավականաչափ բարձր մակարդակի վրա, իսկ ջահի վերջում այրման գործընթացի ինտենսիվ ավարտն ապահովելու համար այն չպետք է ցածր լինի 1000-1050°C-ից։

Բոցը պետք է ապահովվի բավարար տարածությամբ այրման գործընթացի զարգացման համար, քանի որ այն դեպքում, երբ այրման արտադրանքները շփվեն (մինչև այրման գործընթացի ավարտը) գոլորշու գեներատորի սառը տաքացնող մակերեսների հետ, ջերմաստիճանը կարող է իջնել: այնքան, որ գազերում պարունակվող չայրված մուրը և ազատ ածխածնի մասնիկները, ինչպես նաև բարձր մոլեկուլային քաշով ածխաջրածինները չեն կարող այրվել:

Նավթի ջահի այրման գործընթացը պտտվող շիթով ընթանում է այնպես, ինչպես դիտարկված դեպքը ուղիղ հոսքի շիթով: Պտտվող շարժումով ռեակտիվ առանցքի վրա ստեղծվում է նոսրացման գոտի՝ առաջացնելով տաք այրման արտադրանքի ներհոսք դեպի բոցի արմատ: Սա ապահովում է կայուն բռնկում:

Կենտրոնախույս էֆեկտի օգտագործումը մեխանիկական և պտտվող վարդակներում հանգեցնում է շարունակական հոսքի ընդմիջմանը: Գոլորշիներով և գազերով լցված խոռոչ գլանի ձև է ստանում վարդակի ելքային ալիքի ներսում գտնվող հեղուկը: Էմուլսիան դուրս է հոսում վարդակից՝ ձևավորելով հեղուկ թաղանթ՝ ընդարձակվող հիպերբոլոիդի տեսքով։ Շարժման ուղղությամբ հիպերբոլոիդի խաչմերուկը մեծանում է, և հեղուկ թաղանթը դառնում է ավելի բարակ, սկսում է թրթռալ և վերջապես տրոհվում է արագ շարժվող կաթիլների, որոնք հոսքի ընթացքում ենթարկվում են հետագա մանրացման։

Գոլորշի վարդակներում առաջնային ջախջախումն իրականացվում է վարդակ վարդակից դուրս հոսող գոլորշու կինետիկ էներգիայի շնորհիվ։ Առաջնային ջախջախման կաթիլները ձեռք են բերում գոլորշու շիթ արագություն, որը սովորաբար համապատասխանում է կրիտիկական արագությանը:

15.5 Վառելիքի այրում և շրջակա միջավայրի պաշտպանություն

15.5.1.Սև մետալուրգիան որպես շրջակա միջավայրի աղտոտման աղբյուր

Տարեկան 1 մլն տոննա պողպատ արտադրող մետալուրգիական գործարանը մթնոլորտ է արտանետում օրական 350 տոննա փոշի, 400 տոննա ածխածնի օքսիդ և 200 տոննա ծծմբի երկօքսիդ։ Սկսած ընդհանուրմետալուրգիական գործարաններից արտանետումները կազմում են փոշու արտանետումների 20%-ը, ածխածնի երկօքսիդի 43%-ը, ծծմբի երկօքսիդի 16%-ը և ազոտի օքսիդների 23%-ը: Ամենամեծ արտանետումները տեղի են ունենում սինթորի և ՋԷԿ-ից: Մետաղագործական կոմբինատի ընդհանուր արտանետումներից սինթեր գործարանն արտադրում է փոշու 34%-ը, ծծմբի երկօքսիդի 82%-ը, ազոտի օքսիդների 23%-ը։ CHP-ն արտանետում է փոշու 36%-ը։ Այսպիսով, սինթորի կայանը և CHP-ն միասին արտանետում են գործարանի ընդհանուր փոշու արտանետումների մոտ 70%-ը:

Տարբերակել գազի մաքրումը կասեցված պինդ մասնիկներից (փոշուց) և վնասակար գազային նյութերի գրավումը գազի քիմիական մաքրման մեթոդներով: Ներկայումս վնասակար գազային նյութերից մթնոլորտ արտանետվող գազերի մաքրումը գրեթե երբեք չի օգտագործվում (և ոչ միայն մեր երկրում), բացառությամբ կոքսի արտադրության, որտեղ նման մաքրումը տարածված է մի շարք արժեքավոր նյութեր գրավելու անհրաժեշտության պատճառով: նյութեր.

Սև մետալուրգիայի գործարանները հիմնականում իրականացնում են գազերի մեխանիկական մաքրում փոշուց։ Գործողության սկզբունքի համաձայն, օգտագործվող մաքրման մեթոդները բաժանվում են չոր և թաց: Թաց փոշու հավաքիչները հնարավորություն են տալիս, փոշու հավաքման հետ միաժամանակ, գազերը մասնակիորեն մաքրել ծծմբի երկօքսիդից (SO 3): Այնուամենայնիվ, այս փոշու կոլեկտորները մեծացնում են ջրի սպառումը և պահանջում են սարքերի օգտագործումը դրա մաքրման համար:

15.5.2 Գազերի չոր մեխանիկական մաքրման ապարատ

Նրանք բաժանված են փոշու կոլեկտորների և ֆիլտրերի: Իր հերթին, փոշու կոլեկտորները բաժանվում են գրավիտացիոն և իներցիոն: Գրավիտացիոն փոշու հավաքիչներն ունեն տարբեր դիզայնի փոշու խցիկներ: Այս փոշու կոլեկտորներում փոշու նստվածքը տեղի է ունենում հիմնականում ձգողականության ազդեցության ներքո: Իներցիոն ուժերն այստեղ քիչ են ազդում գազի հոսքից փոշու արդյունահանման գործընթացի վրա։

Նկար 15.2-ում ներկայացված է ճառագայթային փոշու հավաքիչի դիագրամ: Փոշոտ գազը մտնում է այն կենտրոնական գազատարով, որը բունկերում նվազեցնում է իր արագությունը և փոխում շարժման ուղղությունը 180 0-ով։ Գազի մեջ պարունակվող փոշին, ձգողականության և իներցիայի ազդեցության տակ, նստում է բունկերում, և գազը մաքրված ձևով հեռացվում է։

Ինքնահոս փոշու հավաքիչներն արդյունավետ են 100 մկմ-ից մեծ փոշու մասնիկները հեռացնելու համար, այսինքն. բավականին մեծ մասնիկներ:

Իներցիոն (կենտրոնախույս) փոշու կոլեկտորներում (նկ. 15.3) փոշու մասնիկների վրա ազդում է իներցիոն ուժը, որն առաջանում է, երբ գազի հոսքը պտտվում կամ պտտվում է: Քանի որ այս ուժը զգալիորեն գերազանցում է գրավիտացիոն ուժը, գազի հոսքից ավելի փոքր մասնիկներ են հեռացվում, քան գրավիտացիոն մաքրման ժամանակ:

Նման փոշու հավաքիչի օրինակ է ցիկլոնը, որը հեռացնում է 20 մկմ-ից մեծ փոշու մասնիկները գազի հոսքից: Փոշով բեռնված գազի հոսքը մտցվում է ցիկլոնի մարմնի վերին մասում ճյուղային խողովակի միջոցով, որը գտնվում է մարմնի նկատմամբ շոշափելիորեն: Հոսքը ձեռք է բերում պտտվող շարժում, փոշու ծանր մասնիկները իներցիայով նետվում են ցիկլոնի պատերին և ծանրության ազդեցության տակ ընկնում բունկերը, իսկ մաքրված գազը հանվում է ցիկլոնից։

Զտիչները (նկ. 15.4) սարքեր են, որոնք ապահովում են գազի նուրբ մաքրում: Ըստ ֆիլտրի տարրի տեսակի՝ դրանք բաժանվում են թելքավոր զտիչ տարրով ֆիլտրերի՝ գործվածքով, հատիկավոր, մետաղակերամիկական, կերամիկական։ Տիպիկ օրինակ են հյուսված ֆիլտրի տարրով ֆիլտրերը՝ պատրաստված բնական և սինթետիկ գործվածքներից կամ մետաղական գործվածքից, որոնք կարող են դիմակայել մինչև 600 0 C ջերմաստիճանի:

Գործվածքի ֆիլտրի վերականգնումն իրականացվում է սեղմված օդով ետ փչելու միջոցով։

Փոշոտ գազը անցնում է թևի գործվածքով, թողնելով փոշու մասնիկներ դրա վրա և մաքրվելիս հանվում է ֆիլտրից: Փոշին նստում է վազում, քանի որ այն կուտակվում է գործվածքների վրա: Երբ գործվածքի դիմադրությունը զգալիորեն մեծանում է, գործվածքի թեւը մաքրվում է փոշուց՝ հետ փչելով օդով:

15.5.3 Էլեկտրաստատիկ նստիչներ

Էլեկտրաստատիկ նստիչներ (նկ. 15.5) - սարքեր՝ նուրբ գազերի մաքրման համար: Այս ֆիլտրերի աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է լիցքավորված մասնիկների միմյանց և մետաղական էլեկտրոդների ուժային փոխազդեցության վրա: Դուք գիտեք, որ լիցքավորված մասնիկների նման վանում են միմյանց, իսկ հակառակ լիցքավորված մասնիկները ձգում են: Էլեկտրաստատիկ նստեցման մեջ փոշու մասնիկները, ընկնելով էլեկտրական դաշտ, լիցքավորվում են, այնուհետև հավաքող էլեկտրոդների հետ փոխազդեցության ուժերի ազդեցության տակ ձգվում են դեպի դրանք, նստում դրանց վրա և կորցնում իրենց լիցքը։ Որպես օրինակ, դիտարկենք խողովակային էլեկտրաստատիկ տեղումների աշխատանքը: Զտիչը բաղկացած է պատյանից և կենտրոնական էլեկտրոդից, որի դիզայնը չի բացահայտվում դիագրամում: Ֆիլտրի պատյանը հիմնավորված է: Կենտրոնական էլեկտրոդը բաղկացած է թիթեղներից, որոնց մի մասը կապված է մարմնի հետ, իսկ մյուս մասը մեկուսացված է դրանից։

Մեկուսացված և գործին միացված էլեկտրոդները հերթափոխ են լինում: Նրանց միջեւ ստեղծվում է 25-100 կՎ կարգի պոտենցիալ տարբերություն։ Պոտենցիալ տարբերության մեծությունը որոշվում է էլեկտրոդների երկրաչափությամբ և որքան մեծ է նրանց միջև հեռավորությունը: Դա պայմանավորված է այն հանգամանքով, որ էլեկտրաստատիկ նստիչը աշխատում է, եթե էլեկտրոդների միջև կա կորոնային արտանետում:

Էլեկտրոդների միջև անցնող գազը իոնացված է: Փոշու մասնիկները փոխազդում են իոնների հետ, ձեռք են բերում բացասական լիցք և ձգվում են դեպի հավաքող էլեկտրոդները։ Տեղավորվելով էլեկտրոդների վրա՝ փոշու մասնիկները կորցնում են իրենց լիցքը և մասամբ ընկնում բունկերի մեջ։

Ֆիլտրը պարբերաբար մաքրվում է թափահարելով կամ լվանալով: Մաքրման ընթացքում ֆիլտրն անջատված է:

Պայթուցիկ վառարանի գազով աշխատելիս ֆիլտրը լվանում են 8 ժամը մեկ 15 րոպե: Մաքրված գազի առավելագույն ջերմաստիճանը չպետք է գերազանցի 300 0 C: Մաքրված գազի աշխատանքային ջերմաստիճանը 250 0 C է: Էլեկտրոդների բարձրությունը մինչև 12 մ է:

Էլեկտրաստատիկ նստիչը մաքրում է գազը 1 մկմ-ից փոքր փոշու մասնիկներից:

15.5.4.Գազերի խոնավ մաքրում

Թաց սկրաբերներում փոշոտ գազը լվանում են ջրով, ինչը հնարավորություն է տալիս առանձնացնել փոշու զգալի մասը։

Սև մետալուրգիայում ամենամեծ կիրառությունը գտել են տարբեր դիզայնի մացառները և տուրբուլենտ սքրուբերները:

Մաքրիչները (նկ. 15.6) միավորներ են, որոնցում փոշոտ գազը բարձրանում է դեպի ոռոգման ջուրը: Կոռոզիայից պաշտպանվելու համար մաքրիչի ներքին մակերեսները երեսպատված են կերամիկական սալիկներով։ Մաքրիչում գազի առավելագույն ջերմաստիճանը 300 0 C է, սկրաբերի չափսերն են՝ տրամագիծը՝ 6-8 մ, բարձրությունը՝ 20-30 մ Ջրի ծախսը՝ 1,5-2 կգ/մ 3 գազ։ Մաքրիչներում իրականացվում է կիսափոշու հեռացում։

Բրինձ. 15.6. Scrubber սխեմա

Գազի արագընթաց մաքրիչը (Նկար 15.7) արդյունավետ նուրբ մաքրող սարք է, որն օգտագործվում է ինչպես ինքնուրույն, այնպես էլ էլեկտրաստատիկ նստեցուցիչից առաջ գազ պատրաստելու համար: Այն բաղկացած է լակի խողովակից և կաթիլային ցիկլոնից: Գրավում է 0,1 մկմ չափով փոշու մասնիկներ: Գազի վրա արտադրողականությունը 40000 մ 3/ժ և ավելի է։ Ոռոգման ջրի տեսակարար սպառումը կազմում է 0,15-0,5 կգ/մ3: Գազի արագությունը լակի խողովակի պարանոցում 40-150 մ/վ է։

Բարձր արագությամբ մաքրող սարքի շահագործման սկզբունքը հիմնված է ցիկլոնի մեջ փոշու փոքր մասնիկների գրավման վրա, որոնք կշռում են դրանք ջրով թրջելով: Փոշու մասնիկների թրջումն իրականացվում է լակի խողովակի մեջ։

Եզրափակելով, հարկ է նշել, որ 10-20 մկմ-ից ավելի մասնիկներով փոշին լավ է գրավված գազ մաքրող սարքերի մեծ մասում: 1 միկրոնից փոքր մասնիկներով փոշուց մաքրելու համար հարմար են միայն նուրբ մաքրող սարքերը՝ ծակոտկեն ֆիլտրեր, էլեկտրաստատիկ նստիչներ, բարձր արագությամբ մաքրող սարքեր:

Էջ 1

Պինդ վառելիքի այրման գործընթացը նույնպես բաղկացած է մի շարք հաջորդական փուլերից։ Առաջին հերթին, տեղի է ունենում խառնուրդի ձևավորում և վառելիքի ջերմային պատրաստում, ներառյալ չորացումը և ցնդող արտազատումը: Ստացված այրվող գազերը և կոքսի մնացորդները, օքսիդացնող նյութի առկայության դեպքում, հետագայում այրվում են՝ ձևավորելով ծխատար գազեր և պինդ ոչ այրվող մնացորդ՝ մոխիր: Ամենաերկար փուլը կոքսի՝ ածխածնի այրումն է, որը ցանկացած պինդ վառելիքի հիմնական այրվող բաղադրիչն է։ Հետեւաբար, պինդ վառելիքի այրման մեխանիզմը մեծապես որոշվում է ածխածնի այրմամբ:

Պինդ վառելիքի այրման գործընթացը պայմանականորեն կարելի է բաժանել հետևյալ փուլերի՝ խոնավության տաքացում և գոլորշիացում, ցնդող նյութերի սուբլիմացիա և կոքսի առաջացում, ցնդող նյութերի և կոքսի այրում և խարամի ձևավորում։ Հեղուկ վառելիքի այրման ժամանակ կոքս և խարամ չեն առաջանում, գազային վառելիքն այրելիս կա ընդամենը երկու փուլ՝ ջեռուցում և այրում։

Պինդ վառելիքի այրման գործընթացը կարելի է բաժանել երկու շրջանի՝ այրման համար վառելիքի պատրաստման ժամանակաշրջան և այրման ժամանակաշրջան:

Պինդ վառելիքի այրման գործընթացը կարելի է բաժանել մի քանի փուլերի՝ խոնավության տաքացում և գոլորշիացում, ցնդող նյութերի սուբլիմացիա և կոքսի ձևավորում, ցնդող նյութերի այրում և կոքսի այրում։

Բարձր ճնշման տակ հոսանքի մեջ պինդ վառելիքի այրման գործընթացը հանգեցնում է այրման խցիկների չափերի նվազմանը և ջերմային սթրեսների զգալի աճին: Բարձր ճնշման վառարանները լայնորեն չեն կիրառվում:

Կոշտ վառելիքի այրման գործընթացը տեսականորեն բավականաչափ ուսումնասիրված չէ։ Այրման գործընթացի առաջին փուլը, որը հանգեցնում է միջանկյալ միացության առաջացմանը, որոշվում է ներծծված վիճակում օքսիդացնողի տարանջատման գործընթացի ընթացքով։ Հաջորդը գալիս է ածխածին-թթվածին համալիրի ձևավորումը և մոլեկուլային թթվածնի տարանջատումը ատոմային վիճակի: Ածխածին պարունակող նյութերի օքսիդացման ռեակցիաների նկատմամբ կիրառվող տարասեռ կատալիզի մեխանիզմները նույնպես հիմնված են օքսիդանտի տարանջատման վրա:

Պինդ վառելիքի այրման գործընթացը պայմանականորեն կարելի է բաժանել երեք փուլի՝ հաջորդաբար համընկնելով միմյանց։

Պինդ վառելիքի այրման գործընթացը կարելի է դիտարկել որպես երկփուլ գործընթաց՝ երկու փուլերի միջև լղոզված սահմաններով. առաջնային թերի գազաֆիկացում տարասեռ գործընթացում, որի արագությունը հիմնականում կախված է օդի մատակարարման արագությունից և պայմաններից, և երկրորդական՝ այրման: զարգացած գազը միատարր գործընթացում, որի արագությունը հիմնականում կախված է քիմիական ռեակցիաների կինետիկայից։ Որքան շատ են վառելիքի ցնդող նյութերը, այնքան նրա այրման արագությունը կախված է ընթացող քիմիական ռեակցիաների արագությունից:

Պինդ վառելիքի այրման գործընթացի ինտենսիվացումը և մոխրի ներգրավման աստիճանի զգալի աճը ձեռք են բերվում ցիկլոնային վառարաններում: C, որի ժամանակ մոխիրը հալվում է, իսկ հեղուկ խարամը հանվում է այրման սարքի ստորին մասում գտնվող գուլպաների միջոցով:

Պինդ վառելիքի այրման գործընթացի հիմքը ածխածնի օքսիդացումն է, որը նրա այրվող զանգվածի հիմնական բաղադրիչն է։

Պինդ վառելիքի այրման գործընթացի համար անկասկած հետաքրքրություն են ներկայացնում ածխածնի օքսիդի և ջրածնի այրման ռեակցիաները։ Ցնդող նյութերով հարուստ պինդ վառելանյութերի համար, մի շարք գործընթացներում և տեխնոլոգիական սխեմաներանհրաժեշտ է իմանալ ածխաջրածնային գազերի այրման բնութագրերը. Միատարր այրման ռեակցիաների մեխանիզմը և կինետիկան քննարկված են Գլ. Բացի վերը նշված երկրորդական ռեակցիաներից, դրանց ցանկը պետք է շարունակվի ածխաթթու գազի և ջրային գոլորշիների տարրալուծման, ածխածնի մոնօքսիդի ջրային գոլորշու փոխակերպման ռեակցիաներով և մեթանի առաջացման ռեակցիաների ընտանիքով, որոնք ընթանում են նկատելի արագությամբ: բարձր ճնշման գազաֆիկացման ժամանակ։

Պինդ վառելիքի այրման առանձնահատկությունները

Այրվող գազերը և խեժի գոլորշիները (այսպես կոչված՝ ցնդողներ), որոնք արտազատվում են բնական պինդ վառելիքի ջերմային տարրալուծման ժամանակ դրա տաքացման ժամանակ՝ խառնվելով օքսիդացնող նյութի (օդի հետ), բավականին ինտենսիվ այրվում են բարձր ջերմաստիճաններում, ինչպես սովորական գազային վառելիքը։ Այդ իսկ պատճառով բարձր ցնդող ելքով վառելիքի (փայտ, տորֆ, նավթային թերթաքար) այրումը դժվարություններ չի առաջացնում, եթե իհարկե դրանցում բալաստի պարունակությունը (խոնավություն գումարած մոխրի պարունակությունը) այնքան բարձր չէ, որ դառնա այրման համար անհրաժեշտ ջերմաստիճանի ձեռքբերման խոչընդոտ.

Միջին (շագանակագույն և սև ածուխներ) և ցածր (նիհար ածուխներ և անտրասիտ) ցնդող նյութերով վառելիքի այրման ժամանակը գործնականում որոշվում է ցնդող նյութերի արտազատումից հետո ձևավորված կոքսի մնացորդի մակերեսի ռեակցիայի արագությամբ: Այս մնացորդի այրումն ապահովում է նաև ջերմության հիմնական քանակի արտազատումը։

Ռեակցիան տեղի է ունենում երկու փուլերի միջերեսում(այս դեպքում՝ կոքսի կտորի մակերեսին) կանչեցտարասեռ. Այն բաղկացած է առնվազն երկու հաջորդական գործընթացներից՝ թթվածնի տարածում մակերևույթ և դրա քիմիական ռեակցիա վառելիքի հետ (գրեթե մաքուր ածխածին, որը մնացել է ցնդող նյութերի արտազատումից հետո): Արհենիուսի օրենքի համաձայն՝ բարձրանալով քիմիական ռեակցիայի արագությունը բարձր ջերմաստիճանում այնքան բարձր է դառնում, որ մակերեսին մատակարարվող ամբողջ թթվածինը անմիջապես արձագանքում է: Արդյունքում, պարզվում է, որ այրման արագությունը կախված է միայն այրվող մասնիկի մակերեսին թթվածնի մատակարարման ինտենսիվությունից զանգվածի փոխանցման և դիֆուզիայի միջոցով: Այն գործնականում դադարում է ազդել ինչպես գործընթացի ջերմաստիճանից, այնպես էլ կոքսի մնացորդի ռեակտիվ հատկություններից: Տարասեռ ռեակցիայի նման ռեժիմը սովորաբար կոչվում է դիֆուզիոն։ Այս ռեժիմում այրումը կարող է ուժեղանալ միայն ռեագենտի մատակարարումը վառելիքի մասնիկի մակերեսին ուժեղացնելով: Տարբեր հրդեհային տուփերում դա ձեռք է բերվում տարբեր մեթոդներով:

Շերտավոր հրդեհային տուփեր.Բաշխիչ վանդակաճաղի վրա որոշակի հաստության շերտով բեռնված պինդ վառելիքը բոցավառվում և փչվում է (առավել հաճախ ներքևից վեր) օդով (նկ. 28, ա): Զտվելով վառելիքի կտորների միջև՝ այն կորցնում է թթվածինը և հարստանում ածխածնի օքսիդներով (CO 2, CO)՝ ածուխի այրման, ածխի միջոցով ջրի գոլորշիների և ածխածնի երկօքսիդի կրճատման պատճառով։

Բրինձ. 28. Վառարանների գործընթացների կազմակերպման սխեմաներ.

բայց- խիտ շերտով; բ -փոշոտ վիճակում; _մեջ -ցիկլոնային վառարանում;

Գ -հեղուկացված մահճակալում; IN- օդ; T, V -վառելիք, օդ; ԺՇ -հեղուկ խարամ

Այն գոտին, որի ներսում թթվածինը գրեթե ամբողջությամբ անհետանում է, կոչվում է թթվածին; դրա բարձրությունը վառելիքի կտորների երկու կամ երեք տրամագծով է: Նրանից դուրս եկող գազերը պարունակում են ոչ միայն CO 2, H 2 O և N 2, այլև այրվող CO և H 2 գազեր, որոնք ձևավորվել են ինչպես ածխի կողմից CO 2 և H 2 O-ի կրճատման, այնպես էլ ածխից արտազատվող ցնդող նյութերից: Եթե ​​շերտի բարձրությունը մեծ է թթվածնի գոտուց, ապա թթվածնային գոտուն հաջորդում է վերականգնողական գոտին, որում տեղի են ունենում միայն CO 2 + C = 2CO և H 2 O + C = CO + H 2 ռեակցիաները։ Արդյունքում շերտից դուրս եկող այրվող գազերի կոնցենտրացիան մեծանում է, քանի որ դրա բարձրությունը մեծանում է։

Շերտավոր վառարաններում նրանք փորձում են շերտի բարձրությունը պահել թթվածնի գոտու բարձրությանը կամ դրանից ավելի մեծ։ Թերի այրման արտադրանքի հետայրման (H 2 , CO) շերտից դուրս եկող, ինչպես նաև դրանից իրականացվող փոշու հետայրման համար լրացուցիչ օդ է մատակարարվում շերտից վեր վառարանի ծավալին։

Այրված վառելիքի քանակը համաչափ է մատակարարվող օդի քանակին, սակայն օդի արագության բարձրացումը որոշակի սահմանի վրա խախտում է խիտ շերտի կայունությունը, քանի որ օդը, շերտով ճեղքելով որոշ տեղերում, ձևավորում է խառնարաններ: Քանի որ պոլիդիսպերս վառելիքը միշտ բեռնվում է շերտի մեջ, տուգանքների հեռացումը մեծանում է: Որքան մեծ են մասնիկները, այնքան ավելի արագ օդը կարող է փչել շերտի միջով՝ չխախտելով դրա կայունությունը: Եթե ​​կոպիտ գնահատականների համար վերցնենք 1 մ 3 օդի «այրման» ջերմությունը նորմալ պայմաններում α-ում \u003d 1-ում, որը հավասար է 3,8 ՄՋ-ի և հասկանանք՝ w nիջեցվել է նորմալ պայմանների, օդի հոսքը մեկ միավորի տարածքի վրա (մ / վ), ապա այրման հայելու ջերմային սթրեսը (MW / m 2) կլինի.

q R = 3.8W n / α դյույմ(105)

Շերտավոր այրման համար վառարանների սարքերը դասակարգվում են՝ ելնելով վառելիքի շերտը վանդակաճաղի վրա մատակարարելու, տեղափոխելու և քամելու եղանակից: Ոչ մեքենայացված վառարաններում, որոնցում բոլոր երեք գործողություններն իրականացվում են ձեռքով, կարող է այրվել ոչ ավելի, քան 300 - 400 կգ/ժ ածուխ: Արդյունաբերության մեջ առավել լայնորեն կիրառվում են ամբողջովին մեքենայացված շերտավոր վառարանները օդա-մեխանիկական ձուլակտորներով և հակադարձ շղթայական վանդակաճաղով (նկ. 29): Դրանց յուրահատկությունը վառելիքի այրումն է 1-15 մ/ժ անընդհատ շարժվող վանդակաճաղի վրա, որը նախագծված է էլեկտրական շարժիչով շարժվող կոնվեյերային ժապավենի տեսքով։ Վանդակաճաղի ցանցը բաղկացած է առանձին վանդակաճաղերի տարրերից, որոնք ամրագրված են անվերջ կախովի շղթաների վրա, որոնք շարժվում են ʼʼʼʼʼով: Այրման համար անհրաժեշտ օդը մատակարարվում է վանդակաճաղի տակ՝ վանդակաճաղի տարրերի միջև եղած բացերի միջոցով:

Բրինձ. 29. Օդաճնշական մեխանիկական ձուլակտորով վառարանի սխեման և հակադարձ շղթայական վանդակաճաղ.

1 - կտորի քերել; 2 - վարել ʼʼաստղանիշʼʼ; 3 - վառելիքի և խարամի շերտ; 4 – 5 - նետող ռոտոր; 6 - գոտի սնուցող; 7 - վառելիքի բունկեր; 8 - վառարանի ծավալը; 9 - էկրանի խողովակներ; 10 - 11 - կրակատուփի երեսպատում; 12 - հետևի կնիք; 13 - շերտի տակ օդի մատակարարման պատուհաններ

Բռնկվող վառարաններ. Անցյալ դարում շերտավոր վառարաններում այրելու համար (իսկ այն ժամանակ ուրիշներ չկային) օգտագործվում էր միայն ածուխ, որը չէր պարունակում տուգանքներ (սովորաբար 6 - 25 մմ մասնաբաժին): 6 մմ-ից փոքր մասնաբաժինը (գերմանական staub-ից փոշին) վատնում էր: Այս դարասկզբին դրա այրման համար մշակվել է փոշիացված մեթոդ, որի ժամանակ ածուխները մանրացվել են մինչև 0,1 մմ, իսկ դժվար այրվող անտրասիտները՝ նույնիսկ ավելի նուրբ։ Նման փոշու մասնիկները տարվում են գազի հոսքով, նրանց միջև հարաբերական արագությունը շատ փոքր է: Բայց դրանց այրման ժամանակը չափազանց կարճ է՝ վայրկյաններ և վայրկյանների կոտորակներ։ Այդ իսկ պատճառով, 10 մ/վ-ից պակաս ուղղահայաց գազի արագությամբ և վառարանի բավարար բարձրությամբ (ժամանակակից կաթսաներում տասնյակ մետր), փոշին ժամանակ է ունենում ամբողջովին այրվել թռչելիս՝ գազի հետ միասին շարժվելիս: այրիչը դեպի վառարանից ելքը:

Այս սկզբունքը հիմք է հանդիսանում բռնկվող (պալատային) վառարանների համար, որոնց մեջ մանրացված այրվող այրվող փոշին փչում է այրիչների միջով այրման համար անհրաժեշտ օդի հետ միասին (տես նկ. 28, բ. ) ինչպես գազային կամ հեղուկ վառելիքներ. Տᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, խցային վառարանները հարմար են ցանկացած վառելիք այրելու համար, ինչը նրանց մեծ առավելությունն է շերտավորների նկատմամբ: Երկրորդ առավելությունը ցանկացած գործնականորեն կամայական մեծ հզորության համար վառարան ստեղծելու ունակությունն է: Այդ իսկ պատճառով պալատային վառարաններն այժմ գերիշխող դիրք են զբաղեցնում էներգետիկ ոլորտում։ Միևնույն ժամանակ, փոշին չի կարող կայունորեն այրվել փոքր վառարաններում, հատկապես փոփոխական աշխատանքային ռեժիմներով, հետևաբար, 20 ՄՎտ-ից պակաս ջերմային հզորությամբ ածխի փոշիացված վառարաններ չեն պատրաստվում:

Վառելիքը մանրացված է ջրաղաց սարքերում և փչում է այրման պալատի մեջ փոշիացված ածխի այրիչների միջոցով: Փոշու հետ միասին ներթափանցող օդը կոչվում է առաջնային օդ:

Փոշու տեսքով պինդ վառելիքի կամերային այրման ժամանակ ցնդող նյութեր, ազատվելով դրա տաքացման ժամանակ, այրվում են ջահի մեջ որպես գազային վառելիք, ինչը նպաստում է պինդ մասնիկների տաքացմանը մինչև բռնկման ջերմաստիճանը և հեշտացնում է ջահի կայունացումը։ Առաջնային օդի քանակը պետք է բավարար լինի ցնդող նյութերն այրելու համար: Այն տատանվում է ցածր ցնդող ելքով ածուխների օդի ընդհանուր քանակի 15-25%-ից մինչև 20-55%-ը բարձր ելք ունեցող վառելիքի համար ( շագանակագույն ածուխ): Այրման համար անհրաժեշտ մնացած օդը (այն կոչվում է երկրորդական) առանձին սնվում է վառարան և խառնվում փոշու հետ արդեն այրման գործընթացում։

Որպեսզի փոշին բռնկվի, այն նախ պետք է տաքացնել բավականաչափ բարձր ջերմաստիճանի։ Դրա հետ միասին, իհարկե, անհրաժեշտ է տաքացնել այն տեղափոխող օդը (այսինքն՝ առաջնային): Դա հաջողվում է անել միայն շիկացած այրման արտադրանքները խառնելով փոշու կախոցի հոսքին:

լավ կազմակերպվածությունպինդ վառելիքի (հատկապես դժվար այրվող, ցածր ցնդող ելքով) այրումն ապահովվում է այսպես կոչված խխունջ այրիչների կիրառմամբ (նկ. 30):

Բրինձ. 30. Ուղիղ հոսքի խխունջ այրիչ՝ պինդ փոշիացված վառելիքի համար. IN- օդ; T, V -վառելիք, օդ

Ածխի փոշին առաջնային օդով սնվում է դրանց մեջ կենտրոնական խողովակով և բաժանարարի առկայության պատճառով բարակ օղակաձև շիթով մտնում է վառարան։ Երկրորդային օդը մատակարարվում է ʼʼʼʼʼ-ի միջոցով, ուժեղ պտտվում է դրա մեջ և մտնելով վառարան, ստեղծում է հզոր տուրբուլենտ պտտվող ջահ, որն ապահովում է մեծ քանակությամբ տաք գազերի ներծծումը ջահի միջուկից մինչև այրիչի բերանը: Սա արագացնում է վառելիքի խառնուրդի տաքացումը առաջնային օդի հետ և դրա բռնկումը, այսինքն՝ ստեղծում է կրակի լավ կայունացում: Երկրորդային օդը լավ խառնվում է արդեն իսկ բռնկված փոշու հետ իր ուժեղ տուրբուլենտության պատճառով։ Փոշու ամենամեծ մասնիկները այրվում են իրենց թռիչքի ընթացքում գազի հոսքի մեջ վառարանի ծավալի մեջ:

Ածխի փոշու բռնկման ժամանակ, ցանկացած պահի, վառարանում վառելիքի աննշան պաշար կա՝ ոչ ավելի, քան մի քանի տասնյակ կիլոգրամ։ Սա վառելիքի և օդի սպառման փոփոխությունների նկատմամբ դարձնում է բռնկման գործընթացը և թույլ է տալիս, եթե դա չափազանց կարևոր է, գրեթե ակնթարթորեն փոխել վառարանի աշխատանքը, ինչպես մազութի կամ գազի այրման դեպքում: Միևնույն ժամանակ, սա մեծացնում է վառարանը փոշով մատակարարելու հուսալիության պահանջները, քանի որ ամենափոքր (մի քանի վայրկյանում) ընդմիջումը կհանգեցնի ջահի մարմանը, ինչը կապված է պայթյունի վտանգի հետ, երբ փոշու մատակարարումը վերսկսվել է. Այդ պատճառով, որպես կանոն, մի քանի այրիչներ տեղադրվում են փոշիացված ածխի վառարաններում։

Վառելիքի փոշիացված այրման ժամանակ ջահի միջուկում, որը գտնվում է այրիչի բերանի մոտ, զարգանում է բարձր ջերմաստիճան (մինչև 1400-1500 ° C), որի ժամանակ մոխիրը դառնում է հեղուկ կամ մածուցիկ: Այս մոխրի կպչումը վառարանի պատերին կարող է հանգեցնել դրանց գերաճի խարամով։ Այդ իսկ պատճառով փոշիացված վառելիքի այրումը առավել հաճախ օգտագործվում է կաթսաներում, որտեղ վառարանի պատերը փակված են ջրով սառեցված խողովակներով (էկրաններ), որոնց մոտ գազը սառչում է, և դրա մեջ կախված մոխրի մասնիկները ժամանակ ունեն ամրանալու։ պատի հետ շփվելուց առաջ: Փոշիացված այրումը կարող է օգտագործվել նաև թաց հատակի վառարաններում, որոնց պատերը ծածկված են հեղուկ խարամի բարակ թաղանթով, և հալված մոխրի մասնիկները հոսում են այս թաղանթում:

Ծավալային ջերմային սթրեսը փոշիացված ածխի վառարաններում սովորաբար կազմում է 150-175 կՎտ/մ 3, փոքր վառարաններում աճելով մինչև 250 կՎտ/մ 3: Օդը վառելիքի հետ լավ խառնելով, α մեջ=1.2÷1.25; q մորթի= 0.5÷6% (մեծ թվեր - փոքր վառարաններում անտրասիտներ այրելիս); ք քիմ= 0 ÷1%.

Կամերային վառարաններում, լրացուցիչ հղկելուց հետո, հնարավոր է այրել ածխի թափոնները, որոնք առաջացել են կոքսի գործարաններում դրանց հարստացման ժամանակ (արդյունաբերական արտադրանք), կոքսի զննում և նույնիսկ ավելի նուրբ կոքսի նստվածք:

Ցիկլոնային վառարաններ.Ցիկլոնային վառարաններում իրականացվում է այրման հատուկ մեթոդ: Նրանք օգտագործում են ածուխի բավականին փոքր մասնիկներ (սովորաբար 5 մմ-ից փոքր), իսկ այրման համար անհրաժեշտ օդը մատակարարվում է բարձր արագությամբ (մինչև 100 մ/վ)՝ շոշափելով ցիկլոնի գեներատորին։ Վառարանում ստեղծվում է հզոր հորձանուտ, որը մասնիկները ներգրավում է շրջանառության շարժման մեջ, որտեղ դրանք ինտենսիվորեն փչվում են հոսքի միջոցով։ Ինտենսիվ այրման արդյունքում վառարանում զարգանում են ադիաբատիկին մոտ (մինչև 2000 °C) ջերմաստիճաններ։ Մոխրի ածուխը հալվում է, պատերով հոսում է հեղուկ խարամ։ Մի շարք պատճառներով էներգետիկ արդյունաբերության մեջ նման վառարանների օգտագործումը լքվեց, և այժմ դրանք օգտագործվում են որպես տեխնոլոգիական վառարաններ՝ ծծումբ այրելու համար՝ H 2 SO 4-ի արտադրության մեջ SO 2 ստանալու, հանքաքարերի թրծման և այլն: Երբեմն կեղտաջրերի հեռացումն իրականացվում է ցիկլոնային վառարաններում, այսինքն՝ դրանցում պարունակվող վնասակար նյութերի այրումը լրացուցիչ (սովորաբար գազային կամ հեղուկ) վառելիքի մատակարարման պատճառով:

Հեղուկ անկողնային վառարաններ.Փոշիացված ածխի ջահի կայուն այրումը հնարավոր է միայն նրա միջուկում բարձր ջերմաստիճանում՝ 1300-1500 °C-ից ոչ ցածր: Այս ջերմաստիճաններում օդի ազոտը սկսում է նկատելիորեն օքսիդանալ՝ համաձայն N 2 + O 2 \u003d 2NO ռեակցիայի: Վառելիքում պարունակվող ազոտից առաջանում է նաև NO-ի որոշակի քանակություն։ Ազոտի օքսիդը, արտանետվող արտանետվող գազերի հետ միասին մթնոլորտ, լրացուցիչ օքսիդացվում է դրանում և դառնում բարձր թունավոր NO 2 երկօքսիդ: ԽՍՀՄ-ում բնակավայրերի օդում մարդու առողջության համար անվտանգ NO 2 (MAC) առավելագույն թույլատրելի կոնցենտրացիան 0,085 մգ/մ3 է: Այն ապահովելու համար մեծ ջերմաէլեկտրակայաններում անհրաժեշտ է կառուցել բարձր ծխնելույզներ, որոնք ցրում են ծխատար գազերը հնարավոր ամենամեծ տարածքում: Միևնույն ժամանակ, երբ մեծ թվով կայաններ կենտրոնացած են միմյանց մոտ, դա չի փրկում։

Մի շարք երկրներում կարգավորվում է ոչ թե MPC-ն, այլ վառելիքի այրման ժամանակ արտանետվող ջերմության մեկ միավորի դիմաց վնասակար արտանետումների քանակը: Օրինակ, ԱՄՆ-ում խոշոր ձեռնարկություններին թույլատրվում է արտանետել 28 մգ ազոտի օքսիդներ 1 ՄՋ այրման ջերմության դիմաց։ ԽՍՀՄ-ում տարբեր վառելանյութերի արտանետումների ստանդարտները տատանվում են 125-ից մինչև 480 մգ/մ 3:

Ծծումբ պարունակող վառելիքն այրելիս առաջանում է թունավոր SO 2, որի ազդեցությունը մարդկանց վրա ավելանում է նաև NO 2-ի ազդեցությանը։

Այս արտանետումները առաջացնում են ֆոտոքիմիական մշուշի և թթվային անձրևի ձևավորում, ինչը բացասաբար է անդրադառնում ոչ միայն մարդկանց և կենդանիների, այլև բուսականության վրա: Արեւմտյան Եվրոպայում, օրինակ, փշատերեւ անտառների զգալի մասը մահանում է նման անձրեւներից։

Եթե ​​վառելիքի մոխրի մեջ կալցիումի և մագնեզիումի օքսիդները բավարար չեն՝ ամբողջ SO 2-ը կապելու համար (սովորաբար անհրաժեշտ է կրկնակի կամ երեք անգամ ավելցուկ՝ համեմատած ռեակցիայի ստոյքիոմետրիայի հետ), CaCO 3 կրաքարը խառնվում է վառելիքի հետ։ Կրաքարը 850-950 ° C ջերմաստիճանում ինտենսիվորեն քայքայվում է CaO-ի և CO 2-ի, իսկ գիպսը CaSO 4-ը չի քայքայվում, այսինքն՝ ռեակցիան չի անցնում աջից ձախ: Թᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, թունավոր SO 2-ը կապվում է անվնաս, գործնականում ջրում չլուծվող գիպսին, որը հեռացվում է մոխրի հետ միասին:

Մյուս կողմից, մարդու գործունեության ընթացքում առաջանում են մեծ քանակությամբ այրվող թափոններ, որոնք ընդհանուր ընդունված իմաստով վառելանյութ չեն համարվում. ազգային տնտեսության այլ ոլորտներ։ Պարադոքսալ է, օրինակ, որ «ժայռը», որը կուտակված է հսկայական թափոնների կույտերում ածխահանքերի մոտ, հաճախ ինքնաբուխ բռնկվում է և շրջակա տարածքը երկար ժամանակ աղտոտում ծխով ու փոշով, բայց այն չի կարող այրվել ոչ շերտում, ոչ խցիկում։ վառարաններ մոխրի բարձր պարունակության պատճառով: Շերտավոր վառարաններում մոխիրը, որը այրվում է այրման ժամանակ, կանխում է թթվածնի ներթափանցումը վառելիքի մասնիկներ, կամերային վառարաններում հնարավոր չէ ստանալ բարձր ջերմաստիճան, որն անհրաժեշտ է դրանցում կայուն այրման համար:

Մարդկության առաջ ծագած առանց թափոնների տեխնոլոգիաների զարգացման հրատապ նշանակությունը բարձրացրել է նման նյութեր այրելու համար վառարանների սարքեր ստեղծելու հարցը: Դրանք հեղուկացված մահճակալի վառարաններ էին:

Հեղուկացված (կամ եռացող) կոչվում է մանրահատիկ նյութի շերտ, որը գազով փչում է ներքևից վերև խիտ շերտի կայունության սահմանը գերազանցող արագությամբ, բայց անբավարար մասնիկները շերտից դուրս տանելու համար:Խցիկի սահմանափակ ծավալում մասնիկների ինտենսիվ շրջանառությունը արագ եռացող հեղուկի տպավորություն է ստեղծում, ինչը բացատրում է անվան ծագումը։

Ներքևից ֆիզիկապես փչված մասնիկների խիտ շերտը կորցնում է իր կայունությունը, քանի որ դրա միջով անցնող գազի դիմադրությունը հավասար է նյութի սյունակի կշռին աջակցող ցանցի մեկ միավորի տարածքի համար: Քանի որ աերոդինամիկ դիմադրությունը այն ուժն է, որով գազը գործում է մասնիկների վրա (և, համապատասխանաբար, Նյուտոնի երրորդ օրենքի համաձայն՝ մասնիկներ գազի վրա), ապա, եթե շերտի դիմադրությունը և քաշը հավասար են, մասնիկները (եթե դիտարկենք իդեալականը. դեպք) հիմնված են ոչ թե վանդակաճաղի, այլ գազի վրա։

Միջին չափըՀեղուկացված անկողնային վառարաններում մասնիկները սովորաբար 2-3 մմ են: Դրանք համապատասխանում են հեղուկացման աշխատանքային արագությանը (այն վերցվում է 2-3 անգամ ավելի, քան w դեպի) 1,5 ÷ 4 մ/վ. Սա, համապատասխանաբար, որոշում է գազի բաշխման վանդակաճաղի տարածքը վառարանի տվյալ ջերմային ելքի համար: Ծավալի ջերմային սթրես քվվերցնել մոտավորապես նույնը, ինչ շերտավոր վառարանների համար:

Ամենապարզ հեղուկացված անկողնային վառարանը (նկ. 31) շատ առումներով հիշեցնում է շերտավոր վառարան և ունի բազմաթիվ կառուցվածքային տարրեր դրա հետ: Նրանց միջև հիմնարար տարբերությունը կայանում է նրանում, որ մասնիկների ինտենսիվ խառնումը ապահովում է մշտական ​​ջերմաստիճան հեղուկացված հունի ողջ ծավալով:

Բրինձ. 31. Հեղուկացված մահճակալի վառարանի դիագրամ. 1 - մոխրի բեռնաթափում; 2 - շերտի տակ օդի մատակարարում; 3 - մոխրի և վառելիքի հեղուկացված մահճակալ; 4 - օդի մատակարարում ձուլակտորին; 5 - նետող ռոտոր; 6 - գոտի սնուցող; 7 - վառելիքի բունկեր; 8 - վառարանի ծավալը; 9 - էկրանի խողովակներ; 10 - սուր պայթյուն և ներթափանցում; 11- կրակատուփի երեսպատում; 12 - ջերմության ընկալման խողովակներ հեղուկացված անկողնում; ներս -ջուր; Պ- գոլորշու.

Հեղուկացված մահճակալի ջերմաստիճանի պահպանումը պահանջվող սահմաններում (850 - 950 °C) իրականացվում է երկու տարբեր մեթոդներով: Փոքր արդյունաբերական վառարաններում, որոնք այրում են թափոններ կամ էժան վառելիք, զգալիորեն ավելի շատ օդ է մատակարարվում շերտին, քան անհրաժեշտ է ամբողջական այրման, ամրացման համար: α ≥ 2-ում:

Նույն քանակությամբ արձակված ջերմության դեպքում գազերի ջերմաստիճանը նվազում է, քանի որ α մեջ,քանի որ նույն ջերմությունը ծախսվում է մեծ քանակությամբ գազերի տաքացման վրա։

Խոշոր էներգաբլոկներում այրման ջերմաստիճանը նվազեցնելու այս մեթոդը տնտեսական չէ, քանի որ «լրացուցիչ» օդը, դուրս գալով միավորից, տանում է նաև այն տաքացնելու վրա ծախսվող ջերմությունը (արտանետվող գազերի կորուստները մեծանում են - տես ստորև): Այդ իսկ պատճառով խողովակները տեղադրվում են խոշոր կաթսաների հեղուկացված հունով վառարաններում: 9 և 12 վդրանցում շրջանառվող աշխատանքային հեղուկը (ջուր կամ գոլորշի), որն ընկալում է չափազանց կարևոր ջերմություն։ Այս խողովակների ինտենսիվ «լվացումը» մասնիկներով ապահովում է շերտից դեպի խողովակներ ջերմափոխանցման բարձր գործակից, ինչը որոշ դեպքերում հնարավորություն է տալիս նվազեցնել կաթսայի մետաղի սպառումը ավանդականի համեմատ։ Վառելիքը կայունորեն այրվում է, երբ հեղուկացված անկողնում դրա պարունակությունը 1% կամ պակաս է. մնացածը 99% -իցավելորդ - մոխիր: Նույնիսկ նման անբարենպաստ պայմաններում, ինտենսիվ խառնումը թույլ չի տալիս մոխրի մասնիկներին արգելափակել այրվող նյութերը թթվածնի հասանելիությունից (ի տարբերություն խիտ շերտի): Այս դեպքում այրվող նյութերի կոնցենտրացիան պարզվում է, որ նույնն է հեղուկացված մահճակալի ամբողջ ծավալով: Վառելիքի հետ ներմուծված մոխիրը հեռացնելու համար անկողնու նյութի մի մասը շարունակաբար հանվում է դրանից մանրահատիկ խարամի տեսքով, ամենից հաճախ այն պարզապես «թափվում» է ներքևի անցքերով, քանի որ հեղուկացված մահճակալը ի վիճակի է հոսում է հեղուկի պես:

Վառարաններ շրջանառվող հեղուկացված մահճակալով: IN Վերջերսհայտնվեցին երկրորդ սերնդի վառարաններ, այսպես կոչված, շրջանառվող հեղուկացված հունով։ Այս վառարանների հետևում տեղադրվում է ցիկլոն, որի մեջ բոլոր չայրված մասնիկները թակարդում են և հետ են վերադառնում վառարան: Տᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, մասնիկները ʼʼկողպվածʼʼ են վառարան-ցիկլոն-վառարան համակարգում, մինչև դրանք ամբողջությամբ այրվեն: Այս վառարաններն ունեն բարձր արդյունավետություն, չեն զիջում այրման խցիկի մեթոդին, միաժամանակ պահպանելով շրջակա միջավայրի բոլոր առավելությունները:

Հեղուկ անկողնային վառարանները լայնորեն օգտագործվում են ոչ միայն էներգետիկ ոլորտում, այլ նաև այլ արդյունաբերություններում, օրինակ՝ պիրիտի այրման համար՝ ստանալու համար։ SO2,տարբեր հանքաքարերի և դրանց խտանյութերի (ցինկ, պղինձ, նիկել, ոսկեբեր) թրծում (Այրման տեսության տեսակետից՝ թրծում, օրինակ՝ ցինկի հանքաքարը 2ZnS + 3O 2 \u003d 2ZnO ռեակցիայի համաձայն. + 2SO 2-ը այս հատուկ «վառելիքի» այրումն է, որն ընթանում է, ինչպես բոլոր այրման ռեակցիաները, մեծ քանակությամբ ջերմության արտանետմամբ։ արտադրության վտանգավոր թափոններ (պինդ, հեղուկ և գազային)՝ կեղտաջրերի մաքրման տիղմ, աղբ և այլն։

Թեմա 12. Վառարաններ քիմիական արդյունաբերություն. միացման դիագրամվառելիքի վառարան. Վառարանների դասակարգում քիմիական արդյունաբերության մեջ. Վառարանների հիմնական տեսակները, դրանց դիզայնի առանձնահատկությունները. Վառարանների ջերմային հավասարակշռություն

Քիմիական արդյունաբերության վառարաններ. Վառելիքի վառարանի սխեմատիկ դիագրամ

Արդյունաբերական վառարանը էներգետիկ-տեխնոլոգիական միավոր է, որը նախատեսված է նյութերի ջերմամշակման համար՝ դրանց անհրաժեշտ հատկություններ տալու համար։ Վառելիքի (հրդեհային) վառարաններում ջերմության աղբյուրն են տարբեր տեսակներածխածնային վառելիք (գազ, մազութ և այլն): Ժամանակակից վառարանների տեղադրումները հաճախ մեծ մեխանիկացված և ավտոմատացված բարձր արդյունավետության միավորներ են:

Գործընթացի տեխնոլոգիական ռեժիմի ընտրության համար մեծ նշանակություն ունի օպտիմալ ջերմաստիճանը։ տեխնոլոգիական գործընթաց, որը որոշվում է պրոցեսների թերմոդինամիկական և կինետիկ հաշվարկներով։ Գործընթացի օպտիմալ ջերմաստիճանային ռեժիմը կոչվում է ջերմաստիճանային պայմաններ, որոնց դեպքում ապահովվում է այս վառարանում թիրախային արտադրանքի առավելագույն արտադրողականությունը:

Սովորաբար աշխատանքային ջերմաստիճանըվառարանում մի փոքր ցածր է օպտիմալից, դա կախված է վառելիքի այրման պայմաններից, ջերմափոխանակման պայմաններից, մեկուսիչ հատկություններից և վառարանի երեսպատման երկարակեցությունից, վերամշակված նյութի ջերմաֆիզիկական հատկություններից և այլն:
Տեղակայված է ref.rf
գործոններ. Օրինակ, վառարանների համար աշխատանքային ջերմաստիճանը գտնվում է օքսիդատիվ պրոցեսների ակտիվ ընթացքի և կալցինացված արտադրանքի սինթրման ջերմաստիճանի միջև: Վառարանի ջերմային ռեժիմը հասկացվում է որպես ջերմային իներցիայի, զանգվածի փոխանցման ջերմության և միջավայրի մեխանիկայի գործընթացների մի շարք, որոնք ապահովում են ջերմության բաշխումը գործընթացի գոտում: Գործընթացի գոտու ջերմային ռեժիմը որոշում է ամբողջ վառարանի ջերմային ռեժիմը:

Վառարանների շահագործման ռեժիմի վրա մեծ ազդեցություն ունի վառարանում գազի մթնոլորտի բաղադրությունը, որն անհրաժեշտ է տեխնոլոգիական գործընթացի ճիշտ ընթացքի համար: Օքսիդացման գործընթացների համար վառարանում գազային միջավայրը պետք է պարունակի թթվածին, որի քանակը տատանվում է 3-ից 15% կամ ավելի: Նվազեցնող միջավայրը բնութագրվում է թթվածնի ցածր պարունակությամբ (մինչև 1-2%) և 10-20% և ավելի վերականգնող գազերի (CO, H 2 և այլն) առկայությամբ։ Գազային փուլի բաղադրությունը որոշում է վառարանում վառելիքի այրման պայմանները և կախված է այրման համար մատակարարվող օդի քանակից:

Վառարանում գազերի շարժումը զգալի ազդեցություն ունի գործընթացի, այրման և ջերմության փոխանցման վրա, իսկ վառարաններում, հեղուկացված հունով կամ հորձանուտային վառարաններում գազերի շարժումը կայուն շահագործման հիմնական գործոնն է: Գազերի հարկադիր շարժումն իրականացվում է ծխի արտանետիչներով և օդափոխիչներով։

Տեխնոլոգիական գործընթացի արագության վրա ազդում է ջերմային մշակման ենթարկվող նյութի շարժումը։

Վառարանների տեղադրման սխեման ներառում է հետևյալ տարրերըվառելիքի այրման և ջերմափոխանակության կազմակերպման վառարանի սարք; վառարանի աշխատանքային տարածքը նպատակային տեխնոլոգիական ռեժիմի իրականացման համար. ջերմափոխանակման սարքեր ծխատար գազերի ջերմության վերականգնման համար (գազ, օդի ջեռուցում); Օգտագործման կայաններ (թափոն-ջերմային կաթսաներ) ծխատար գազերի ջերմությունն օգտագործելու համար. քաշող և փչող սարք (ծխի արտանետումներ, օդափոխիչներ) նյութերի ջերմային մշակման վառելիքի և գազային արտադրանքի այրումը հեռացնելու և այրիչներին օդ մատակարարելու համար, վանդակաճաղերի վարդակներ. մաքրող սարքեր (ֆիլտրեր և այլն):

Կոշտ վառելիքի այրման առանձնահատկությունները՝ հայեցակարգը և տեսակները. «Պինդ վառելիքի այրման առանձնահատկությունները» կատեգորիայի դասակարգումը և առանձնահատկությունները 2017, 2018 թ.

Կոշտ վառելիքի այրումը, անշարժ պառկած վանդակաճաղի վրա, վառելիքի վերին բեռնվածությամբ ցույց է տրված նկ. 6.2.

Շերտի վերին մասում բեռնումից հետո թարմ վառելիք է: Դրա տակ այրվում է կոքս, իսկ քերածից անմիջապես վեր՝ խարամ։ Շերտի այս գոտիները մասամբ համընկնում են միմյանց։ Քանի որ վառելիքը այրվում է, այն աստիճանաբար անցնում է բոլոր գոտիներով: Այրվող կոքսին թարմ վառելիք մատակարարելուց հետո առաջին շրջանում տեղի է ունենում նրա ջերմային պատրաստումը (տաքացում, խոնավության գոլորշիացում, ցնդող նյութերի արտազատում), որը սպառում է շերտում արձակված ջերմության մի մասը։ Նկ. 6.2-ը ցույց է տալիս պինդ վառելիքի մոտավոր այրումը և ջերմաստիճանի բաշխումը վառելիքի շերտի բարձրության վրա: Ամենաբարձր ջերմաստիճանի տարածքը գտնվում է կոքսի այրման գոտում, որտեղ արտազատվում է ջերմության հիմնական քանակությունը։

Վառելիքի այրման ժամանակ առաջացած խարամը կոքսի շիկացած կտորներից կաթիլներով հոսում է դեպի օդ։ Աստիճանաբար խարամը սառչում է և, արդեն պինդ վիճակում, հասնում է քերիչ, որտեղից այն հանվում է։ Շերտի վրա ընկած խարամը պաշտպանում է այն գերտաքացումից, տաքացնում և հավասարաչափ բաշխում օդը շերտի վրա։ Օդը, որն անցնում է վանդակաճաղով և մտնում վառելիքի շերտ, կոչվում է առաջնային: Եթե ​​վառելիքի ամբողջական այրման համար բավարար առաջնային օդ չկա, իսկ շերտից վերև առկա են թերի այրման արտադրանք, ապա օդը լրացուցիչ մատակարարվում է վերևի շերտի տարածությանը: Նման օդը կոչվում է երկրորդական:

Երբ վառելիքը սնվում է վերևից դեպի վանդակաճաղ, կատարվում է վառելիքի ներքևի բռնկումը և գազ-օդ և վառելիքի հոսքերի առաջիկա շարժումը։ Սա ապահովում է վառելիքի արդյունավետ բռնկում և դրա այրման համար բարենպաստ հիդրոդինամիկ պայմաններ: Վառելիքի և օքսիդիչի միջև առաջնային քիմիական ռեակցիաները տեղի են ունենում տաք կոքսի գոտում: Այրվող վառելիքի շերտում գազի ձևավորման բնույթը ներկայացված է Նկ. 6.3.

Շերտի սկզբում թթվածնի գոտում (K), որտեղ ինտենսիվորեն սպառվում է թթվածինը, միաժամանակ առաջանում են ածխածնի օքսիդ և ածխաթթու CO 2 և CO։ Թթվածնի գոտու վերջում O 2-ի կոնցենտրացիան նվազում է մինչև 1-2%, իսկ CO 2-ի կոնցենտրացիան հասնում է առավելագույնին: Թթվածնային գոտում շերտի ջերմաստիճանը կտրուկ բարձրանում է՝ ունենալով առավելագույնը, որտեղ սահմանվում է CO 2 ամենաբարձր կոնցենտրացիան։

Կրճատման գոտում (B) թթվածինը գործնականում բացակայում է։ Ածխածնի երկօքսիդը փոխազդում է տաք ածխածնի հետ՝ առաջացնելով ածխածնի երկօքսիդ.

Կրճատման գոտու բարձրության երկայնքով գազում CO 2-ի պարունակությունը նվազում է, և CO-ն համապատասխանաբար ավելանում է: Ածխածնի երկօքսիդի և ածխածնի փոխազդեցության ռեակցիան էնդոթերմ է, ուստի ջերմաստիճանը նվազում է ռեդուկցիոն գոտու բարձրության վրա։ Կրճատման գոտում գազերում ջրի գոլորշու առկայության դեպքում հնարավոր է նաև H 2 O-ի էնդոթերմային տարրալուծման ռեակցիա։

Թթվածնային գոտու սկզբնական հատվածում ստացված CO և CO 2 քանակությունների հարաբերակցությունը կախված է ջերմաստիճանից և տատանվում է ըստ արտահայտության.

որտեղ E co-ն և E CO2-ը CO-ի և CO2-ի ձևավորման ակտիվացման էներգիաներն են, համապատասխանաբար. A - թվային գործակից; R-ը գազի համընդհանուր հաստատունն է. T-ը բացարձակ ջերմաստիճանն է:
Մահճակալի ջերմաստիճանն իր հերթին կախված է օքսիդացնող նյութի կոնցենտրացիայից, ինչպես նաև օդի տաքացման աստիճանից: Նվազեցման գոտում պինդ վառելիքի այրումը և ջերմաստիճանի գործոնը նույնպես որոշիչ ազդեցություն ունեն CO-ի հարաբերակցության վրա: և CO 2 . CO 2 + C \u003d P 2-ի ռեակցիայի ջերմաստիճանի բարձրացմամբ, CO-ն տեղափոխվում է աջ, և գազերում ածխածնի երկօքսիդի պարունակությունը մեծանում է:
Թթվածնի և նվազեցման գոտիների հաստությունը հիմնականում կախված է այրվող վառելիքի կտորների տեսակից և չափից և ջերմաստիճանի ռեժիմ. Քանի որ վառելիքի չափը մեծանում է, գոտիների հաստությունը մեծանում է: Հաստատվել է, որ թթվածնի գոտու հաստությունը մոտավորապես այրվող մասնիկների երեքից չորս տրամագծեր է: Վերականգնման գոտին 4-6 անգամ ավելի հաստ է, քան թթվածնային գոտին։

Պայթյունի ինտենսիվության բարձրացումը գործնականում չի ազդում գոտիների հաստության վրա: Սա բացատրվում է նրանով, որ շերտում քիմիական ռեակցիայի արագությունը շատ ավելի բարձր է, քան խառնուրդի ձևավորման արագությունը, և ամբողջ ներթափանցող թթվածինը ակնթարթորեն արձագանքում է տաք վառելիքի մասնիկների առաջին իսկ շարքերին: Շերտում թթվածնի և նվազեցման գոտիների առկայությունը բնորոշ է ինչպես ածխածնի, այնպես էլ բնական վառելիքի այրման համար (նկ. 6.3): Վառելիքի ռեակտիվության բարձրացմամբ, ինչպես նաև դրա մոխրի պարունակության նվազմամբ, գոտիների հաստությունը նվազում է:

Վառելիքի շերտում գազի ձևավորման բնույթը ցույց է տալիս, որ, կախված այրման կազմակերպումից, շերտից ելքում կարելի է ձեռք բերել կամ գործնականում իներտ, կամ այրվող և իներտ գազեր: Եթե ​​նպատակն է առավելագույնի հասցնել վառելիքի ջերմության փոխակերպումը գազերի ֆիզիկական ջերմության, ապա գործընթացը պետք է իրականացվի վառելիքի բարակ շերտով՝ օքսիդացնող նյութի ավելցուկով: Եթե ​​խնդիրը այրվող գազեր ստանալն է (գազաֆիկացում), ապա պրոցեսն իրականացվում է բարձրության վրա մշակված շերտով՝ օքսիդացնող նյութի պակասով։

Կաթսայի վառարանում վառելիքի այրումը համապատասխանում է առաջին դեպքին. Իսկ պինդ վառելիքի այրումը կազմակերպվում է բարակ շերտով, որն ապահովում է օքսիդատիվ ռեակցիաների առավելագույն ընթացքը։ Քանի որ թթվածնի գոտու հաստությունը կախված է վառելիքի չափից, որքան մեծ են կտորների չափերը, այնքան շերտը պետք է ավելի հաստ լինի։ Այսպիսով, երբ այրվում է շագանակագույն մանրուքների շերտում և կարծր ածուխ(նուրբությունը մինչև 20 մմ) շերտի հենարանի հաստությունը մոտ 50 մմ է: Նույն ածուխներով, բայց 30 մմ-ից ավելի կտորներով, շերտի հաստությունը ավելացվում է մինչև 200 մմ: Վառելիքի շերտի պահանջվող հաստությունը նույնպես կախված է դրա խոնավությունից: Որքան մեծ է վառելիքի խոնավությունը, այնքան ավելի մեծ պետք է լինի այրվող զանգվածի քանակությունը շերտում, որպեսզի ապահովվի վառելիքի թարմ մասի կայուն բռնկումը և այրումը: