Caracteristicile arderii combustibilului solid. arderea combustibilului

Procesul de ardere a combustibilului solid poate fi reprezentat ca o serie de etape succesive. În primul rând, combustibilul se încălzește și umiditatea se evaporă. Apoi, la o temperatură peste 100 °C, începe descompunerea pirogenă a compușilor organici macromoleculari complecși și eliberarea de substanțe volatile, în timp ce temperatura la care încep să apară volatilele depinde de tipul de combustibil și de gradul de carbonificare a acestuia (chimic). vârstă). Dacă temperatura ambiantă depășește temperatura de aprindere a substanțelor volatile, acestea se aprind, oferind astfel o încălzire suplimentară a particulei de cocs înainte ca aceasta să se aprindă. Cu cât randamentul de substanțe volatile este mai mare, cu atât temperatura lor de aprindere este mai mică, în timp ce degajarea de căldură crește.

Particula de cocs se încălzește datorită căldurii gazelor de ardere din jur și degajării de căldură ca urmare a arderii substanțelor volatile și se aprinde la o temperatură de 800÷1000 °C. Când combustibilii solizi sunt arse în stare pulverizată, ambele etape (combustia substanțelor volatile și cocs) se pot suprapune, deoarece încălzirea celei mai mici particule de cărbune are loc foarte rapid. În condiții reale, avem de-a face cu o compoziție polidispersă de praf de cărbune, prin urmare, în fiecare moment, unele particule încep doar să se încălzească, altele sunt în stadiul de eliberare volatilă, iar altele sunt în stadiul de ardere a reziduul de cocs.

Procesul de ardere a unei particule de cocs joacă un rol decisiv în aprecierea atât a timpului total de ardere a combustibilului, cât și a degajării totale de căldură. Chiar și pentru combustibil cu un randament ridicat de volatile (de exemplu, cărbune brun lângă Moscova), reziduul de cocs este de 55% în greutate, iar eliberarea de căldură este de 66% din total. Și pentru un combustibil cu un randament volatil foarte scăzut (de exemplu, DS), reziduul de cocs poate fi mai mult de 96% din greutatea particulei inițiale uscate, iar degajarea de căldură în timpul arderii sale, respectiv, este de aproximativ 95% din totalul.

Studiile privind arderea reziduului de cocs au relevat complexitatea acestui proces.

Când carbonul este ars, există două posibile primar reacții directe de oxidare eterogene:

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

2C + O 2 \u003d 2CO + 10,2 MJ / kg. (15)

Ca urmare a formării CO 2 și CO, doi secundar reactii:

oxidarea monoxidului de carbon 2CO + O 2 \u003d 2CO 2 + 12,7 MJ / kg; (şaisprezece)

reducerea dioxidului de carbon CO 2 + C \u003d 2CO - 7,25 MJ / kg. (17)

În plus, în prezența vaporilor de apă pe suprafața încălzită a particulei, i.e. în regiunea de temperatură înaltă, gazeificarea are loc cu eliberarea de hidrogen:

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

Reacțiile eterogene (14, 15, 17 și 18) mărturisesc arderea directă a carbonului, însoțită de o scădere a greutății particulei de carbon. Reacția omogenă (16) are loc în apropierea suprafeței particulei datorită difuzării oxigenului din volumul înconjurător și compensează scăderea nivelului de temperatură a procesului care are loc ca urmare a reacției endoterme (17).

Raportul dintre CO și CO 2 la suprafața unei particule depinde de temperatura gazelor din această regiune. Deci, de exemplu, conform studiilor experimentale, la o temperatură de 1200 ° C, reacția continuă

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

și la temperaturi peste 1500 ° C

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

Evident, în primul caz, CO și CO 2 sunt eliberate în cantități aproximativ egale, în timp ce odată cu creșterea temperaturii, volumul de CO eliberat este de 2 ori mai mare decât CO 2 .

După cum sa menționat deja, viteza de ardere depinde în principal de doi factori:

1) viteză reactie chimica , care este determinată de legea Arrhenius și crește rapid odată cu creșterea temperaturii;

2) rata de alimentare cu oxidant(oxigen) către zona de ardere datorită difuziei (moleculare sau turbulente).

În perioada inițială a procesului de ardere, când temperatura nu este încă suficient de mare, viteza reacției chimice este, de asemenea, scăzută și există mai mult decât suficient oxidant în volumul din jurul particulei de combustibil și la suprafața acesteia, de exemplu. există un exces local de aer. Nicio îmbunătățire a aerodinamicii cuptorului sau arzătorului, care duce la o intensificare a alimentării cu oxigen a particulei care arde, nu va afecta procesul de ardere, care este întârziat doar de viteza scăzută a reacției chimice, adică. cinetica. Acest - regiunea de ardere cinetică.

Pe măsură ce procesul de ardere continuă, căldura este eliberată, temperatura crește și, în consecință, viteza reacției chimice, ceea ce duce la o creștere rapidă a consumului de oxigen. Concentrația sa la suprafața particulei scade constant, iar în viitor viteza de ardere va fi determinată numai de rata de difuzie a oxigenului în zona de ardere, care este aproape independentă de temperatură. Acest - zona de ardere de difuzie.

ÎN regiunea de ardere de tranziție vitezele unei reacții chimice și difuzia sunt cantități de același ordin.

Conform legii difuziei moleculare (legea lui Fick), viteza de transfer de difuzie a oxigenului de la volum la suprafața particulei

Unde este coeficientul de transfer de masă de difuzie;

Și sunt, respectiv, presiunile parțiale ale oxigenului în volum și la suprafață.

Consumul de oxigen la suprafața particulelor este determinat de viteza reacției chimice:

, (20)

Unde k este constanta vitezei de reacție.

În zona de tranziție în starea de echilibru

,

Unde
(21)

Înlocuind (21) în (20), obținem o expresie pentru viteza de ardere în regiunea de tranziție în ceea ce privește consumul de oxidant (oxigen):

(22)

Unde
este constanta de viteză efectivă a reacției de ardere.

În zona de temperaturi relativ scăzute (regiune cinetică)
, Prin urmare, k ef = k, iar expresia (22) ia forma:

,

acestea. concentrațiile de oxigen (presiuni parțiale) în volum și la suprafața particulei diferă puțin unele de altele, iar viteza de ardere este determinată aproape complet de reacția chimică.

Odată cu creșterea temperaturii, constanta de viteză a unei reacții chimice crește în conformitate cu legea Arrhenius exponențială (vezi Fig. 22), în timp ce transferul de masă moleculară (difuzie) depinde slab de temperatură, și anume

.

La o anumită valoare a temperaturii T*, rata consumului de oxigen începe să depășească intensitatea alimentării sale din volumul înconjurător, coeficienții α DȘi k devin valori comparabile de același ordin, concentrația de oxigen la suprafață începe să scadă considerabil, iar curba vitezei de ardere se abate de la curba teoretică de ardere cinetică (legea Arrhenius), dar tot crește semnificativ. Pe curbă apare o inflexiune - procesul trece într-o regiune intermediară (de tranziție) de ardere. Alimentarea relativ intensivă a oxidantului se explică prin faptul că, datorită scăderii concentrației de oxigen în apropierea suprafeței particulei, diferența de presiuni parțiale ale oxigenului în volum și în apropierea suprafeței crește.

În procesul de intensificare a arderii, concentrația de oxigen la suprafață devine practic egală cu zero, furnizarea de oxigen la suprafață depinde slab de temperatură și devine aproape constantă, adică. α D << kși, în consecință, procesul trece în regiunea de difuzie

.

În regiunea de difuzie, o creștere a vitezei de ardere se realizează prin intensificarea procesului de amestecare a combustibilului cu aer (îmbunătățirea dispozitivelor de arzător) sau prin creșterea vitezei de suflare a particulei cu un curent de aer (îmbunătățirea aerodinamicii cuptorului) , în urma căreia grosimea stratului limită de lângă suprafață scade și se intensifică alimentarea cu oxigen a particulei.

După cum sa menționat deja, combustibilul solid este ars fie sub formă de bucăți mari (fără pregătire specială) (combustie stratificată), fie sub formă de zdrobire (pat fluidizat și vârtej la temperatură scăzută), fie sub formă de cel mai mic praf ( metoda flare).

Evident, cel mai mare viteza relativa Suflarea particulelor de combustibil va fi în combustie stratificată. În cazul arderii în vortex și cu ardere, particulele de combustibil sunt în fluxul de gaze arse, iar viteza relativă a suflarii lor este mult mai mică decât într-un strat staționar. Pornind de la aceasta, s-ar părea că trecerea de la regiunea cinetică la cea de difuzie ar trebui să aibă loc în primul rând pentru particulele mici, adică. pentru praf. În plus, o serie de studii au arătat că o particule de praf de cărbune suspendată într-un flux de amestec gaz-aer este suflată atât de slab încât produsele de ardere eliberate formează un nor în jurul ei, care inhibă foarte mult furnizarea de oxigen către aceasta. Iar intensificarea arderii eterogene a prafului în metoda arderii s-a datorat probabil unei creșteri excepțional de semnificative a suprafeței totale de reacție. Cu toate acestea, evidentul nu este întotdeauna adevărat. .

Aportul de oxigen la suprafață este determinat de legile difuziei. Studiile privind transferul de căldură al unei particule sferice mici într-un flux laminar au relevat o dependență generalizată de criteriu:

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

Pentru particule mici de cocs (la Re< 1, что соответствует скорости витания мелких частиц), Nu → 2, т.е.

.

Există o analogie între procesele de transfer de căldură și de masă, deoarece ambele sunt determinate de mișcarea moleculelor. Prin urmare, legile transferului de căldură (legile Fourier și Newton-Richmann) și ale transferului de masă (legea lui Fick) au o expresie matematică similară. Analogia formală a acestor legi ne permite să scriem în relație cu procesele de difuzie:

,

Unde
, (23)

unde D este coeficientul de difuzie moleculară (similar cu coeficientul de conductivitate termică λ în procesele termice).

După cum rezultă din formula (23), coeficientul de transfer de masă de difuzie α D este invers proporțional cu raza particulei. În consecință, odată cu scăderea dimensiunii particulelor de combustibil, procesul de difuzie a oxigenului la suprafața particulei este intensificat. Astfel, în timpul arderii prafului de cărbune, trecerea la arderea prin difuzie este deplasată către temperaturi mai ridicate (în ciuda scăderii observate anterior a vitezei de suflare a particulelor).

Potrivit numeroaselor studii experimentale efectuate de oamenii de știință sovietici la mijlocul secolului al XX-lea. (G.F.Knorre, L.N. Khitrin, A.S.Predvoditelev, V.V.Pomerantsev și alții), în zona temperaturilor normale ale cuptorului (aproximativ 1500÷1600 °C) arderea particulei de cocs este deplasată din zona intermediară la difuzie, unde intensificarea aprovizionarea cu oxigen este de mare importanță. În acest caz, odată cu creșterea difuziei oxigenului la suprafață, decelerația vitezei de ardere va începe la o temperatură mai mare.

Timpul de ardere al unei particule sferice de carbon în regiunea de difuzie are o dependență pătratică de dimensiunea inițială a particulei:

,

Unde r o este dimensiunea inițială a particulei; ρ h este densitatea particulei de carbon; D o , P o , T o sunt, respectiv, valorile inițiale ale coeficientului de difuzie, presiunea și temperatura;
este concentrația inițială de oxigen în volumul cuptorului la o distanță considerabilă de particule; β - coeficientul stoichiometric, care stabilește corespondența consumului de greutate de oxigen pe unitatea de greutate de carbon ars la rapoarte stoichiometrice; T m– temperatura logaritmică:

Unde T PȘi T G sunt, respectiv, temperaturile suprafeței particulelor și ale gazelor de ardere din jur.

Datorită popularității tot mai mari a cazanelor cu combustibil solid, un număr mare de potențiali cumpărători ai acestui echipament sunt interesați de întrebarea ce tip combustibil solid acordați preferință ca principală și, în funcție de decizia luată, comandați unul sau altul tip de echipament de încălzire.

Principalul indicator al oricărui combustibil, nu numai al combustibilului solid, este transferul său de căldură, care este asigurat de arderea combustibilului solid. În acest caz, transferul de căldură al combustibilului solid este direct legat de tipul, proprietățile și compoziția acestuia.

ceva chimie

Compoziția combustibililor solizi include următoarele substanțe: carbon, hidrogen, oxigen și compuși minerali. Când arde combustibil, carbonul și hidrogenul se combină cu oxigenul atmosferic (cel mai puternic agent oxidant natural) - are loc o reacție de ardere cu eliberarea unei cantități mari de energie termică. În plus, produsele de ardere gazoase sunt îndepărtate prin sistemul de evacuare a fumului, iar produsele solide de ardere (cenusa și zgura) cad ca deșeuri prin grătar.

În consecință, principala sarcină cu care se confruntă proiectantul de echipamente de încălzire cu combustibil solid este să asigure cea mai lungă ardere posibilă a unei sobe cu combustibil solid sau a unui cazan cu combustibil solid. În acest moment, s-au înregistrat unele progrese în acest domeniu - au apărut la vânzare cazane cu combustibil solid cu ardere lungă care funcționează pe principiul arderii superioare și al procesului de piroliză.

Puterea calorică a principalelor tipuri de combustibil solid

• Lemn de foc. În medie (în funcție de tipul de lemn) și umiditate de la 2800 la 3300 kcal/kg.
• Turba - in functie de umiditate de la 3000 la 4000 kcal / kg.
• Cărbune - în funcție de tip (antracit, maro sau aprins) de la 4700 la 7200 kcal / kg.
• Brichete și pelete presate - 4500 kcal/kg.

Cu alte cuvinte, procesul de ardere a combustibililor solizi de diferite tipuri este însoțit de o cantitate diferită de energie termică eliberată, prin urmare, alegerea principalului tip de combustibil ar trebui luată în mod foarte responsabil - ghidați-vă în această chestiune de informațiile specificate în documentația operațională (pașaport sau instrucțiuni de operare) pentru unul sau altul echipament cu combustibil solid.

Scurtă descriere a principalelor tipuri de combustibili solizi

Lemn de foc

Cel mai accesibil, prin urmare, cel mai comun tip de combustibil în Rusia. După cum sa menționat deja, cantitatea de căldură generată în timpul arderii depinde de tipul de lemn și de conținutul de umiditate al acestuia. Trebuie remarcat faptul că atunci când se utilizează lemn de foc ca combustibil pentru un cazan de piroliză, există o limită de umiditate, care în acest caz nu trebuie să depășească 15-20%.

Turbă

Turba este rămășițele comprimate ale plantelor putrezite care zac în sol mult timp. După metoda de extracție, se disting turba înaltă și scăzută. Și în funcție de starea de agregare, turba poate fi: cioplită, cocoloașă și presată sub formă de brichete. În ceea ce privește cantitatea de energie termică eliberată, turba este similară cu lemnul de foc.

Cărbune

Cărbunele este cel mai „cu conținut ridicat de calorii” tip de combustibil solid, care necesită o tehnologie specială de aprindere. În cazul general, pentru a aprinde o sobă sau un cazan pe cărbune, trebuie mai întâi să aprindeți focarul cu lemne de foc și abia apoi să încărcați cărbune (maro, aprins sau antracit) pe lemn de foc bine ars.

Brichete si pelete

Acesta este un nou tip de combustibil solid, care diferă prin dimensiunea elementelor individuale. Brichetele sunt mai mari, iar peleții sunt mai mici. Materialul de pornire pentru fabricarea brichetelor și peleților poate fi orice substanță „combustibilă”: așchii de lemn, praf de lemn, paie, coji de nuci, turbă, coji de floarea soarelui, scoarță, carton și alte substanțe combustibile „de masă” care sunt disponibile în mod liber.

Avantajele brichetelor și peleților

• Combustibil regenerabil ecologic cu putere calorică ridicată.
• Ardere lungă datorită densității ridicate a materialului.
• Depozitare comodă și compactă.
• Cantitatea minimă de cenușă după ardere este de la 1 la 3% din volum.
• Cost relativ scăzut.
• Posibilitatea de automatizare a procesului cazanului.
• Potrivit pentru toate tipurile de cazane cu combustibil solid și sobe de încălzire casnică.

Combustibilii solizi includ lemnul, turba și cărbunele. Procesul de ardere a tuturor tipurilor de combustibili solizi are caracteristici similare.

Combustibilul trebuie așezat pe grătarul cuptorului în straturi, respectând ciclurile de ardere - precum încărcarea, uscarea, încălzirea stratului, arderea cu eliberarea de substanțe volatile, arderea reziduurilor și îndepărtarea zgurii.

Fiecare etapă a arderii combustibilului este caracterizată de anumiți indicatori care afectează regimul termic al cuptorului.

La începutul uscării și încălzirii stratului, căldura nu este eliberată, ci, dimpotrivă, este absorbită din pereții încălziți ai focarului și din reziduurile nearse. Pe măsură ce combustibilul se încălzește, componentele combustibile gazoase încep să fie eliberate, ardând în volumul de gaz al cuptorului. Treptat, se eliberează din ce în ce mai multă căldură, iar acest proces atinge maximul în timpul arderii bazei de cocs a combustibilului.

Procesul de ardere a combustibilului este determinat de calitățile acestuia: conținutul de cenușă, umiditate, precum și conținutul de carbon și substanțe combustibile volatile. În plus, este importantă alegerea corectă a designului cuptorului și a modurilor de ardere a combustibilului. Deci, la arderea combustibilului umed, se consumă o cantitate semnificativă de căldură pentru evaporarea acestuia, din cauza căreia procesul de ardere este întârziat, temperatura din focar crește foarte lent sau chiar scade (la începutul arderii). Conținutul crescut de cenușă încetinește și procesul de ardere. Datorită faptului că masa de cenușă învelește componente combustibile, limitează accesul oxigenului în zona de ardere și, ca urmare, combustibilul poate să nu ardă complet, astfel încât formarea subarsurilor mecanice crește.

Ciclul intensiv de ardere al unui combustibil depinde de compoziția sa chimică, adică de raportul dintre componentele gazoase volatile și carbonul solid. În primul rând, componentele volatile încep să ardă, a căror eliberare și aprindere are loc la temperaturi relativ scăzute (150-200 ° C). Acest proces poate continua destul de mult timp, deoarece există o mulțime de substanțe volatile care diferă prin compoziția lor chimică și temperatura de aprindere. Toate ard în volumul de gaz din stratul superior al focarului.

Componentele solide ale combustibilului rămase după eliberarea substanțelor volatile au cea mai ridicată temperatură de ardere. De regulă, acestea se bazează pe carbon. Temperatura lor de ardere este de 650-700 ° C. Componentele solide ard într-un strat subțire situat deasupra grătarului. Acest proces este însoțit de eliberarea unei cantități mari de căldură.

Dintre toate tipurile de combustibili solizi, lemnul de foc este cel mai popular. Conțin o cantitate mare de substanțe volatile. Din punct de vedere al transferului de căldură, lemnul de mesteacăn și zada este considerat cel mai bun. După arderea lemnului de foc de mesteacăn, se eliberează multă căldură și se formează o cantitate minimă de monoxid de carbon. Lemnul de foc de zada degajă și multă căldură; atunci când ard, matricea cuptorului se încălzește foarte repede, ceea ce înseamnă că sunt consumate mai economic decât cele de mesteacăn. Dar, în același timp, după arderea lemnului de foc din zada, se eliberează o cantitate mare de monoxid de carbon, așa că trebuie să fii atent la manipularea clapetei de aer. Multă căldură este emisă și de lemnul de foc de stejar și fag. În general, utilizarea anumitor lemne de foc depinde de prezența unei zone de pădure din apropiere. Principalul lucru este că lemnul de foc este uscat, iar calele sunt de aceeași dimensiune.

Care sunt caracteristicile arderii lemnului? La începutul procesului, temperatura în focar și în conductele de gaz crește rapid. Valoarea sa maximă este atinsă în stadiul de ardere intensă. În timpul arderii, are loc o scădere bruscă a temperaturii. Pentru a menține procesul de ardere, este necesar accesul constant la cuptor a unei anumite cantități de aer. Proiectarea sobelor de uz casnic nu prevede prezența unor echipamente speciale care reglează fluxul de aer în zona de ardere. În acest scop, se folosește o ușă cu suflantă. Dacă este deschis, o cantitate constantă de aer intră în cuptor.

În cuptoarele discontinue, necesarul de aer variază în funcție de stadiul de ardere. Atunci când există o eliberare intensivă de substanțe volatile, de obicei nu există suficient oxigen, astfel încât este posibilă așa-numita subardere chimică a combustibilului și a gazelor combustibile emise de acesta. Acest fenomen este însoțit de pierderi de căldură, care pot ajunge la 3-5%.

În etapa de post-ardere a reziduurilor se observă imaginea opusă. Datorită unui exces de aer în cuptor, schimbul de gaz crește, ceea ce duce la o creștere semnificativă a pierderilor de căldură. Conform studiilor, până la 25-30% din căldură se pierde împreună cu gazele de eșapament în perioada de post-ardere. În plus, din cauza arderii chimice insuficiente, substanțele volatile se depun pe pereții interiori ai focarului și ai conductelor de gaz. Au o conductivitate termică scăzută, astfel încât transferul de căldură util al cuptorului este redus. O cantitate mare de substanțe funingine duce la o îngustare a coșului de fum și o deteriorare a tirajului. Acumularea excesivă de funingine poate provoca, de asemenea, un incendiu.

Turba, care este restul materiei vegetale degradate, are o compoziție chimică asemănătoare lemnului de foc. În funcție de metoda de extracție, turba poate fi cioplită, cocoloașă, presată (în brichete) și măcinată (așchii de turbă). Conținutul de umiditate al acestui tip de combustibil solid este de 25-40%.

Alături de lemnul de foc și turba, cărbunele este adesea folosit pentru încălzirea sobelor și șemineelor, care în compoziția sa chimică este o combinație de carbon și hidrogen și are o putere calorică ridicată. Cu toate acestea, nu este întotdeauna posibil să cumpărați cărbune cu adevărat de înaltă calitate. În cele mai multe cazuri, calitatea acestui tip de combustibil lasă de dorit. Un conținut crescut de fracții fine în cărbune duce la compactarea stratului de combustibil, în urma căreia începe așa-numita ardere a craterului, care este de natură neuniformă. Atunci când ard bucăți mari de cărbune, arde și neuniform, iar cu umiditate excesivă în combustibil, căldura specifică de ardere este redusă semnificativ. În plus, un astfel de cărbune este greu de depozitat iarna, deoarece cărbunele îngheață sub influența temperaturilor sub zero. Pentru a evita astfel de probleme și alte probleme, conținutul optim de umiditate al cărbunelui nu trebuie să fie mai mare de 8%.

Trebuie avut în vedere faptul că utilizarea combustibilului solid pentru încălzirea sobelor de uz casnic este destul de supărătoare, mai ales dacă casa este mare și încălzită cu mai multe sobe. Pe lângă faptul că se cheltuiește mult efort și resurse materiale pentru recoltare și se cheltuie mult timp pentru aducerea lemnului de foc și a cărbunelui la sobe, în suflantă se toarnă, de exemplu, aproximativ 2 kg de cărbune, din care este îndepărtat și aruncat împreună cu cenușa care se acumulează acolo.

Pentru ca procesul de ardere a combustibililor solizi în sobele casnice să fie cât mai eficient, se recomandă să procedați astfel. După ce ați încărcat lemne de foc în focar, trebuie să îl lăsați să se aprindă și apoi să îl umpleți cu bucăți mari de cărbune.

După ce cărbunele este aprins, acesta trebuie acoperit cu o fracțiune mai fină cu zgură umezită și, după un timp, deasupra se pune un amestec umezit de cenușă și cărbune fin, care a căzut prin grătar în suflantă. În acest caz, focul nu ar trebui să fie vizibil. O sobă inundată în acest fel este capabilă să degaje căldură încăperii pentru o zi întreagă, astfel încât proprietarii să-și poată desfășura treburile în siguranță, fără a-și face griji pentru întreținerea constantă a focului. Pereții laterali ai cuptorului vor fi fierbinți din cauza arderii treptate a cărbunelui, eliberând uniform energia termică a acestuia. Stratul superior, format din cărbune fin, se va arde complet. Cărbunele inflamat poate fi stropit deasupra cu un strat de brichete de cărbuni reziduale pre-umezite.

După arderea cuptorului, trebuie să luați o găleată cu capac, este mai bine dacă are formă dreptunghiulară (este mai convenabil să alegeți cărbunele din el cu o linguriță). Mai întâi trebuie să îndepărtați un strat de zgură din focar și să-l aruncați, apoi turnați un amestec de cărbune fin cu cenușă într-o găleată, precum și ardeți și cenușă și umeziți toate acestea fără a amesteca. Puneți aproximativ 1,5 kg de cărbune fin deasupra amestecului rezultat și peste 3-5 kg ​​de cărbune mai mare. Astfel, se realizează pregătirea simultană a cuptorului și a combustibilului pentru următoarea aprindere. Procedura descrisă trebuie repetată constant. Folosind această metodă de ardere a cuptorului, nu trebuie să ieșiți în curte de fiecare dată pentru a cerne cenușa și a arde.

Sarcina………………………………………………………………………..3

Introducere………………………………………………………………………………….4

Partea teoretică

1. Caracteristici ale arderii combustibilului solid ……………..... 6

2. Arderea combustibilului în cuptoare cu cameră ….………………………….9

3. Locul și rolul combustibilului solid în sectorul energetic al Rusiei ……………..12

4. Reducerea emisiilor de particule de cenușă din cuptoarele cazanului prin metode constructive și tehnologice……………………………………………………14

5. Colectarea cenușii și tipurile de colectoare de cenușă………….…….15

6. Colectori de cenuşă ciclonic (inerţiali)…..…………..16

Parte de decontare

1. Date inițiale…………………………………………………….18

2. Calculul compoziției elementare a combustibilului de lucru………..19
3. Calculul maselor și volumelor de produse de ardere a combustibilului în timpul arderii în cazane ……………………………………………………………………..19

4. Determinarea înălțimii țevii H………………………….…………20

5. Calculul dispersiei și standardele pentru emisiile maxime admise de substanțe nocive în atmosferă……………………………………….…20

6. Determinarea gradului de purificare necesar…………….… 21

Motivul alegerii unui ciclon…………………………………………………………..22

Dispozitive aplicate……………………………………………………. ……23

Concluzie………………………………………………………………….24

Lista literaturii utilizate……………………………………………...26

Exercițiu

1. În conformitate cu caracteristicile de proiectare date ale combustibililor solizi, determinați compoziția elementară a combustibilului de lucru.

2. Folosind rezultatele paragrafului 1 și datele inițiale, se calculează emisiile și volumele de produse de ardere a particulelor A, oxizi de sulf SO x , monoxid de carbon CO, oxizi de azot NO x , debitul gazelor care intră în coș în condiții de funcționare de centrala de cazane.

3. Pe baza rezultatelor paragrafului 2 și a datelor inițiale, determinați diametrul gurii coșului de fum. Determinați înălțimea țevii H.

4. Determinați concentrația cea mai așteptată C m (mg / m 3) de substanțe nocive: monoxid de carbon CO, dioxid de sulf SO 2, oxizi de azot NO x, praf, (cenusa) în stratul de suprafață al atmosferei în condiții nefavorabile de dispersie.

5. Comparați conținutul real de substanțe nocive din aerul atmosferic, ținând cont de concentrația de fond (C m + C f) cu standardele sanitare și igienice (MPC), dacă MPC CO \u003d 5 mg / m 3, MPC NO 2 \u003d 0,085, MPC SO 2 \u003d 0, 5 mg/m 3 , MPC praf = 0,5 mg/m 3 .

7. Determinați gradul necesar de purificare și oferiți recomandări pentru reducerea emisiilor dacă emisia reală M a oricărei substanțe depășește standardul calculat (MAL).

8. Dezvoltați și justificați metodele și dispozitivele utilizate pentru tratarea deșeurilor de substanțe periculoase.

Partea teoretică

Introducere

Producția industrială și alte tipuri de activitate economică umană sunt însoțite de eliberarea de poluanți în mediu.

Daunele semnificative aduse mediului sunt cauzate de centralele de cazane care folosesc arderea combustibililor solizi, lichizi și gazoși la încălzirea apei pentru sistemele de încălzire.

Principala sursă a impactului negativ al sectorului energetic o reprezintă produsele formate în timpul arderii combustibililor fosili.

Masa de lucru a combustibilului organic constă din carbon, hidrogen, oxigen, azot, sulf, umiditate și cenușă. Ca urmare a arderii complete a combustibililor, se formează dioxid de carbon, vapori de apă, oxizi de sulf (dioxid de sulf, anhidridă sulfurică și cenușă). Oxizii de sulf și cenușa se numără printre cei toxici. În miezul pistolului cazanelor de cuptoare de mare putere, are loc oxidarea parțială a azotului din aerul combustibil, cu formarea de oxizi de azot (oxid de azot și dioxid de azot).

Cu arderea incompletă a combustibilului în cuptoare, se pot forma, de asemenea, monoxid de carbon CO 2, hidrocarburi CH 4, C 2 H 6, precum și agenți cancerigeni. Produsele arderii incomplete sunt foarte dăunătoare, dar cu tehnologia modernă de ardere, formarea lor poate fi eliminată sau minimizată.

șisturile bituminoase și șisturile bituminoase au cel mai mare conținut de cenușă. cărbuni bruni, precum și unele soiuri carbune tare. Combustibilul lichid are un conținut scăzut de cenușă; gazul natural este un combustibil fără cenuşă.

Substantele toxice emise in atmosfera de la cosurile centralelor electrice au un efect nociv asupra intregului complex al faunei salbatice si biosferei.

O soluție cuprinzătoare la problema protejării mediului de efectele emisiilor nocive de la arderea combustibilului în unitățile cazanelor include:

· Dezvoltarea și implementarea unor procese tehnologice care reduc emisiile de substanțe nocive datorită completității arderii combustibililor etc.;

· Implementarea unor metode și modalități eficiente de purificare a gazelor reziduale.

Cea mai eficientă modalitate de a rezolva problemele de mediu în stadiul actual este crearea de tehnologii care sunt aproape fără deșeuri. În același timp, se rezolvă problema utilizării raționale a resurselor naturale, atât materiale, cât și energetice.

Caracteristicile arderii combustibilului solid

Arderea combustibilului solid include două perioade: pregătirea termică și arderea propriu-zisă. În procesul de preparare termică, combustibilul este încălzit, uscat, iar la o temperatură de aproximativ 110 °C, descompunerea pirogenetică a componentelor sale începe cu eliberarea de substanțe gazoase volatile. Durata acestei perioade depinde în principal de conținutul de umiditate al combustibilului, de dimensiunea particulelor acestuia și de condițiile de schimb de căldură dintre mediul de ardere din jur și particulele de combustibil. Cursul proceselor în timpul perioadei de pregătire termică este asociat cu absorbția de căldură în principal pentru încălzire, uscarea combustibilului și descompunerea termică a compușilor moleculari complecși.

Arderea în sine începe cu aprinderea substanțelor volatile la o temperatură de 400-600, iar căldura degajată în timpul arderii asigură încălzirea accelerată și aprinderea reziduului de cocs.

Arderea cocsului începe la o temperatură de aproximativ 1000 și este cel mai lung proces.

Acest lucru este determinat de faptul că o parte din oxigenul din zona de lângă suprafața particulei este utilizată pentru arderea substanțelor volatile combustibile și concentrația rămasă a scăzut, în plus, reacțiile eterogene sunt întotdeauna inferioare ca viteză față de reacțiile omogene. pentru substanţele care sunt omogene în activitatea chimică.

Ca rezultat, timpul total de ardere al unei particule solide este determinat în principal de arderea reziduului de cocs (aproximativ 2/3 din timpul total de ardere). Pentru combustibilii tineri cu un randament ridicat de substanțe volatile, reziduul de cocs este mai mic de jumătate din masa inițială a particulei; prin urmare, arderea lor (cu dimensiuni inițiale egale) are loc destul de repede și posibilitatea de ardere insuficientă este redusă. Tipurile vechi de combustibili solizi au un reziduu mare de cocs apropiat de dimensiunea inițială a particulelor, a cărui combustie ocupă tot timpul în care particula rămâne în camera de ardere. Timpul de ardere al unei particule cu dimensiunea inițială de 1 mm este de la 1 la 2,5 s, în funcție de tipul de combustibil inițial.

Reziduul de cocs al majorității combustibililor solizi și pentru o serie de combustibili solizi constă aproape în întregime din carbon (de la 60 la 97% din masa organică a combustibilului). Având în vedere că carbonul asigură principalul degajare de căldură în timpul arderii combustibilului, să luăm în considerare dinamica arderii unei particule de carbon de la suprafață. Oxigenul este furnizat din mediu către particulele de carbon datorită difuziei turbulente (transfer turbulent de masă), care are o intensitate destul de mare, dar un strat subțire de gaz (stratul limită) rămâne direct la suprafața particulei, transferul oxidantului. prin care se realizează după legile difuziei moleculare.

Acest strat inhibă semnificativ furnizarea de oxigen la suprafață. În ea are loc arderea componentelor gazelor combustibile eliberate de pe suprafața carbonului în timpul unei reacții chimice.

Alocați difuzia, regiune cinetică și intermediară de ardere. In zona intermediara si mai ales in cea de difuzie, intensificarea arderii este posibila prin cresterea aportului de oxigen, prin activarea suflarii particulelor de combustibil care arde cu un flux de oxidant. La debite mari, grosimea și rezistența stratului laminar din apropierea suprafeței scad și aportul de oxigen crește. Cu cât această viteză este mai mare, cu atât amestecul combustibilului cu oxigenul este mai intens, iar temperatura este mai mare, are loc trecerea de la zona cinetică la cea intermediară și de la zona intermediară la cea de difuzie a arderii.

Un efect similar în ceea ce privește intensificarea arderii este obținut prin reducerea dimensiunii particulelor combustibilului pulverizat. Particulele de dimensiuni mici au un schimb de căldură și masă mai dezvoltat cu mediul. Astfel, odată cu scăderea dimensiunii particulelor combustibilului pulverizat, regiunea de ardere cinetică se extinde. O creștere a temperaturii duce la o deplasare în regiunea de ardere prin difuzie.

Zona de ardere cu difuzie pură a combustibilului pulverizat este limitată în principal de miezul flăcării, care are cea mai mare temperatură de ardere, și zona de post-ardere, unde concentrațiile de reactanți sunt deja scăzute, iar interacțiunea lor este determinată de legile difuziei. Aprinderea oricărui combustibil începe la temperaturi relativ scăzute, în condițiile unei cantități suficiente de oxigen, adică. în zona cinetică.

În regiunea cinetică a arderii, rolul decisiv îl joacă viteza unei reacții chimice, care depinde de factori precum reactivitatea combustibilului și nivelul temperaturii. Influența factorilor aerodinamici în această regiune de ardere este nesemnificativă.

Categoria K: Cuptoare

Principalele caracteristici ale proceselor de ardere a combustibilului

Cuptoarele de încălzire pot folosi combustibili solizi, lichizi și gazoși. Fiecare dintre acești combustibili are propriile sale caracteristici care afectează eficiența utilizării cuptoarelor.

Design-urile cuptoarelor de încălzire au fost create de mult timp și au fost destinate arderii combustibililor solizi în ele. Abia într-o perioadă ulterioară au început să fie create structuri proiectate pentru utilizarea combustibililor lichizi și gazoși. Pentru a folosi cât mai eficient aceste specii valoroase în cuptoarele existente, este necesar să se cunoască modul în care procesele de ardere ale acestor combustibili diferă de arderea combustibililor solizi.

În toate cuptoarele, combustibilul solid (lemn, diferite tipuri de cărbune, antracit, cocs etc.) este ars pe grătar în mod stratificat, cu încărcare periodică de combustibil și curățare a grătarului de zgură. Procesul de ardere stratificat are un caracter ciclic clar. Fiecare ciclu cuprinde următoarele etape: încărcarea combustibilului, uscarea și încălzirea stratului, eliberarea de substanțe volatile și arderea acestora, arderea combustibilului în strat, arderea reziduurilor și, în final, îndepărtarea zgurii.

În fiecare dintre aceste etape, se creează un anumit regim termic și procesul de ardere în cuptor are loc cu indicatori în continuă schimbare.
Etapa primară de uscare și încălzire a stratului este de așa-numita natură endotermă, adică este însoțită nu de eliberarea, ci de absorbția căldurii primite de la pereții fierbinți ai focarului și de la reziduurile nearse. În plus, pe măsură ce stratul este încălzit, începe eliberarea componentelor gazoase combustibile și arderea lor în volumul de gaz. În această etapă, începe eliberarea de căldură în cuptor, care crește treptat. Sub influența încălzirii, începe arderea bazei solide de cocs a stratului, care dă de obicei cel mai mare efect termic. Pe măsură ce stratul se arde, degajarea de căldură scade treptat, iar în etapa finală are loc o post-ardere de intensitate scăzută a substanțelor combustibile. Se știe că rolul și influența etapelor individuale ale ciclului de ardere stratificat depinde de următorii indicatori de calitate ai combustibilului solid: conținutul de umiditate, conținutul de cenușă, conținutul de substanțe combustibile volatile și carbon din combustibil.
masa.

Să luăm în considerare modul în care aceste componente afectează natura procesului de ardere în strat.

Umidificarea combustibilului are un efect negativ asupra arderii, deoarece o parte din căldura specifică de ardere a combustibilului trebuie cheltuită pentru evaporarea umidității. Ca urmare, temperaturile din focar scad, condițiile de ardere se înrăutățesc și ciclul de ardere în sine este întârziat.

Rolul negativ al conținutului de cenușă al combustibilului se manifestă prin faptul că masa de cenușă învăluie componentele combustibile ale combustibilului și împiedică accesul oxigenului din aer la acestea. Ca urmare, masa combustibilă a combustibilului nu se arde, se formează așa-numita subardere mecanică.

Cercetările oamenilor de știință au stabilit că raportul dintre conținutul de substanțe gazoase volatile și carbonul solid din combustibilul solid are o mare influență asupra naturii dezvoltării proceselor de ardere. Substanțele combustibile volatile încep să fie eliberate din combustibilii solizi la temperaturi relativ scăzute, începând de la 150-200 ° C și mai sus. Substanțele volatile sunt diverse în compoziție și diferă în diferite temperaturi de ieșire, astfel încât procesul de eliberare a acestora este prelungit în timp și etapa finală este de obicei combinată cu arderea părții de combustibil solid a stratului.

Substanțele volatile au o temperatură de aprindere relativ scăzută, deoarece conțin multe componente care conțin hidrogen, arderea lor are loc în volumul de gaz din stratul superior al focarului. Partea solidă a combustibilului rămasă după eliberarea substanțelor volatile este formată în principal din carbon, care are cea mai mare temperatură de aprindere (650-700°C). Arderea reziduului de carbon începe ultimul. Curge direct în stratul subțire al grătarului și, datorită degajării intense a căldurii, în el se dezvoltă temperaturi ridicate.

În fig. 1. După cum puteți vedea, la începutul cuptorului, există o creștere rapidă a temperaturilor în focar și coșuri.În stadiul de post-ardere are loc o scădere bruscă a temperaturii în interiorul cuptorului, în special în focar. Fiecare dintre etape necesită alimentarea cuptorului cu o anumită cantitate de aer de ardere. Cu toate acestea, datorită faptului că o cantitate constantă de aer intră în cuptor, în stadiul de ardere intensivă, coeficientul de aer în exces este de = 1,5-2, iar în stadiul de post-ardere, a cărui durată ajunge la 25-30% din timpul cuptorului, coeficientul de exces de aer ajunge la = 8-10. Pe fig. Figura 2 arată modul în care coeficientul de aer în exces se modifică în timpul unui ciclu de ardere pe un grătar pentru trei tipuri de combustibili solizi: lemn, turbă și cărbune într-un cuptor obișnuit de încălzire discontinuă.

Orez. 1. Schimbarea temperaturii gazelor arse în diferite secțiuni ale cuptorului de încălzire la arderea cu combustibil solid 1 - temperatura în focar (la distanță de 0,23 m de grătar); 1 - temperatura în primul coș orizontal; '3 - temperatura în al treilea coș orizontal; 4 - temperatura în al șaselea coș orizontal (înaintea amortizorului cuptorului)

Din fig. 2 se poate observa că coeficientul de exces de aer în cuptoarele care funcționează cu încărcare periodică de combustibil solid se modifică continuu.

În același timp, în etapa de eliberare intensivă a substanțelor volatile, cantitatea de aer care intră în cuptor nu este de obicei suficientă pentru arderea lor completă, iar în etapele de preîncălzire și post-ardere a substanțelor combustibile, cantitatea de aer este de câteva ori. mai mare decât se cere teoretic.

Ca urmare, în etapa de eliberare intensivă a substanțelor volatile, are loc o subardere chimică a gazelor combustibile eliberate, iar în timpul arderii ulterioare a reziduurilor apar pierderi crescute de căldură cu gazele de evacuare din cauza creșterii volumului produselor de ardere. Pierderea de căldură cu arderea chimică este de 3-5%, iar cu gazele de eșapament - 20-35%. Cu toate acestea, efectul negativ al arderii chimice insuficiente se manifestă nu numai prin pierderi suplimentare de căldură și o scădere a eficienței. Experiența în operarea unui număr mare de cuptoare de încălzire arată; că, în urma arderii chimice a substanţelor volatile intens eliberate, pe pereţii interiori ai cuptorului şi ai coşurilor de fum se depune carbon amorf sub formă de funingine.

Orez. 2. Modificarea raportului de aer în exces în timpul ciclului de ardere a combustibilului solid

Deoarece funinginea are o conductivitate termică scăzută, depunerile sale cresc rezistența termică a pereților cuptorului și reduc astfel transferul util de căldură al cuptoarelor. Depunerile de funingine din coșuri îngustează secțiunea transversală pentru trecerea gazelor, afectează tirajul și, în cele din urmă, creează un pericol de incendiu crescut, deoarece funinginea este combustibilă.

Din ceea ce s-a spus, reiese clar că indicatorii nesatisfăcători ai procesului stratificat se datorează în mare măsură eliberării neuniforme a substanțelor volatile în timp.

În arderea stratificată a combustibililor cu conținut ridicat de carbon, procesul de ardere este concentrat într-un strat de combustibil destul de subțire, în care se dezvoltă temperaturi ridicate. Procesul de ardere a carbonului pur în strat are proprietatea de autoreglare. Aceasta înseamnă că cantitatea de carbon reacţionat (ars) va corespunde cantităţii de oxidant furnizat (aer). Prin urmare, la un flux de aer constant, cantitatea de combustibil ars va fi de asemenea constantă. Modificarea sarcinii termice trebuie efectuată prin reglarea alimentării cu aer VB. De exemplu, cu o creștere a VB, cantitatea de combustibil ars crește, iar o scădere a VB va determina o scădere a producției de căldură a stratului, în timp ce valoarea coeficientului de aer în exces va rămâne stabilă.

Cu toate acestea, arderea antracitului și a cocsului este asociată cu următoarele dificultăți. Pentru a putea crea temperaturi ridicate, grosimea stratului în timpul arderii antracitului și cocsului se menține suficient de mare. În acest caz, zona de lucru a stratului este partea sa inferioară relativ subțire, în care au loc reacții exoterme de oxidare a carbonului cu oxigenul atmosferic, adică are loc arderea însăși. Întregul strat de suprafață servește ca izolator termic pentru partea care arde a stratului, protejând zona de ardere de răcire din cauza radiației de căldură către pereții focarului.

Ca rezultat al reacțiilor oxidative, căldura utilă este eliberată în zona de ardere în funcție de reacție
c+o2->co.

Cu toate acestea, la temperaturi ridicate ale stratului din zona sa superioară, reacțiile endoterme de restaurare inversă au loc cu absorbția de căldură, conform ecuației
CO2+C2CO.

În urma acestor reacții, se formează monoxid de carbon CO, care este un gaz combustibil cu o căldură specifică de ardere destul de mare, astfel încât prezența acestuia în gazele de ardere indică arderea incompletă a combustibilului și o scădere a eficienței cuptorului. Astfel, pentru a asigura temperaturi ridicate în zona de ardere, stratul de combustibil trebuie să aibă o grosime suficientă, dar aceasta duce la reacții de reducere dăunătoare în partea superioară a stratului, ducând la subardere chimică a combustibilului solid.

Din cele de mai sus, este clar că în orice cuptor discontinuu care funcționează pe combustibil solid are loc un proces de ardere instabil, care reduce inevitabil eficiența cuptoarelor în funcțiune.

De mare importanță pentru funcționarea economică a cuptorului este calitatea combustibilului solid.

Conform standardelor pentru nevoile interne, se disting în principal cărbunii negri (clasele D, G, Zh, K, T etc.), precum și cărbunele brun și antracitul. După dimensiunea pieselor, cărbunii ar trebui să fie furnizați în următoarele clase: 6-13, 13-25, 25-50 și 50-100 mm. Conținutul de cenușă al cărbunelui pe bază uscată variază de la 14-35% pentru cărbunele bituminos și până la 20% pentru antracit, conținutul de umiditate este de 6-15% pentru cărbunele bituminos și 20-45% pentru cărbunele brun.

Cuptoarele sobelor de uz casnic nu dispun de mijloace de mecanizare a procesului de ardere (reglarea alimentării cu aer de explozie, dezgroparea straturilor etc.), prin urmare, pentru arderea eficientă în cuptoare, trebuie impuse cerințe destul de ridicate asupra calității cărbunelui. O parte semnificativă a cărbunelui este furnizat, însă, nesortat, obișnuit, cu caracteristici de calitate (în ceea ce privește conținutul de umiditate, conținutul de cenușă, conținutul de fine) semnificativ mai mici decât cele prevăzute de standarde.

Arderea combustibilului substandard este imperfectă, cu pierderi crescute din cauza subcombustiei chimice și mecanice. Academie utilitati publice lor. K. D. Pamfilov, s-a determinat prejudiciul material anual cauzat ca urmare a furnizării de cărbune de calitate scăzută. Calculele au arătat că pagubele materiale cauzate de utilizarea incompletă a combustibilului reprezintă aproximativ 60% din costul exploatării cărbunelui. Este oportun din punct de vedere economic și tehnic să îmbogățiți combustibilul în locurile de producție la o stare standard, deoarece costurile suplimentare de îmbogățire se vor ridica la aproximativ jumătate din cantitatea indicată de daune materiale.

O caracteristică calitativă importantă a cărbunelui, care afectează eficiența arderii acestuia, este compoziția sa fracționată.

Cu un conținut crescut de fine în combustibil, acesta devine mai dens și închide golurile din stratul de combustibil care arde, ceea ce duce la arderea craterului, care are un caracter neuniform pe zona stratului. Din același motiv, cărbunii bruni sunt arse mai rău decât alte tipuri de combustibil, care tind să crape atunci când sunt încălziți pentru a forma o cantitate semnificativă de fine.

Pe de altă parte, utilizarea unor bucăți excesiv de mari de cărbune (mai mult de 100 mm) duce și la arderea craterului.

Umiditatea cărbunelui, în general, nu afectează procesul de ardere; cu toate acestea, reduce căldura specifică de ardere, temperatura de ardere și, de asemenea, complică depozitarea cărbunelui, deoarece acesta îngheață la temperaturi sub zero. Pentru a preveni înghețul, conținutul de umiditate al cărbunelui nu trebuie să depășească 8%.

Sulful este o componentă dăunătoare a combustibililor solizi, deoarece produsele arderii acestuia sunt dioxidul de sulf S02 și dioxidul de sulf S03, care au proprietăți corozive puternice și sunt, de asemenea, foarte toxice.

Trebuie remarcat faptul că în cuptoarele discontinue cărbunii obișnuiți, deși mai puțin eficient, pot fi totuși arși satisfăcător; pentru cuptoarele cu ardere lungă, aceste cerințe trebuie îndeplinite categoric în totalitate.

În cuptoarele continue, în care se ard combustibili lichizi sau gazoși, procesul de ardere nu este ciclic, ci continuu. Fluxul de combustibil în cuptor are loc uniform, datorită căruia se observă un mod de ardere staționar. Dacă în timpul arderii combustibilului solid temperatura din focarul cuptorului fluctuează într-o gamă largă, ceea ce afectează negativ procesul de ardere, atunci când gazul natural este ars, la scurt timp după pornirea arzătorului, temperatura în spațiul cuptorului ajunge la 650- 700°C. În plus, crește constant cu timpul și ajunge la 850-1100 °C la sfârșitul cuptorului. Viteza de creștere a temperaturii în acest caz este determinată de solicitarea termică a spațiului cuptorului și de timpul de ardere a cuptorului (Fig. 25). Arderea gazului este relativ ușor de menținut la un raport constant de exces de aer, care se realizează cu ajutorul unui clapete de aer. Datorită acestui fapt, atunci când gazul este ars în cuptor, se creează un mod de ardere staționar, ceea ce face posibilă reducerea la minimum a pierderilor de căldură cu gazele de eșapament și obținerea funcționării cuptorului cu eficiență ridicată, ajungând la 80-90%. Eficiența unei sobe pe gaz este stabilă în timp și este semnificativ mai mare decât cea a sobelor cu combustibil solid.

Influența modului de ardere a combustibilului și a dimensiunii suprafeței de primire a căldurii a circuitelor de fum asupra eficienței cuptorului. Calculele teoretice arată că eficiența termică a unui cuptor de încălzire, adică valoarea eficienței termice, depinde de așa-numiții factori externi și interni. Factorii externi includ aria suprafeței exterioare care eliberează căldură S a cuptorului în zona focarului și a circulației fumului, grosimea peretelui 6, coeficientul de conductivitate termică K a materialului pereților cuptorului. iar capacitatea termică C. Cu cât valoarea este mai mare. S, X și mai puțin de 6, cu atât este mai bun transferul de căldură de la pereții cuptorului către aerul din jur, gazele sunt mai complet răcite și cu atât eficiența cuptorului este mai mare.

Orez. Fig. 3. Modificarea temperaturii produselor de ardere în focarul unui cuptor de încălzire cu gaz, în funcție de intensitatea spațiului cuptorului și de timpul de ardere

Factorii interni includ în primul rând valoarea eficienței focarului, care depinde în principal de caracterul complet al arderii combustibilului. În cuptoarele de încălzire cu acțiune periodică, există aproape întotdeauna pierderi de căldură din arderea chimică incompletă și subardere mecanică. Aceste pierderi depind de perfecțiunea organizării procesului de ardere, determinată de solicitarea termică specifică a volumului cuptorului Q/V. Valoarea QIV pentru un focar cu un anumit design depinde de consumul de combustibil care este ars.

Cercetările și experiența de exploatare au stabilit că pentru fiecare tip de combustibil și design de cutie de foc există o valoare Q/V optimă. La Q/V scăzut, pereții interiori ai focarului se încălzesc slab, temperaturile din zona de ardere sunt insuficiente pentru arderea eficientă a combustibilului. Odată cu creșterea Q/V, temperaturile din volumul cuptorului cresc, iar când se atinge o anumită valoare a Q/V se realizează condiții optime de ardere. Odată cu o creștere suplimentară a consumului de combustibil, nivelul temperaturii continuă să crească, dar procesul de ardere nu are timp să se finalizeze în focar. Componentele combustibile gazoase sunt transportate în conductele de gaz, procesul de ardere a acestora se oprește și apare subcombustibilitatea chimică a combustibilului. În același mod, cu un consum excesiv de combustibil, o parte din acesta nu are timp să se ardă și rămâne pe grătar, ceea ce duce la subardere mecanică. Astfel, pentru ca cuptorul de incalzire sa aiba eficienta maxima este necesar ca focarul acestuia sa functioneze cu stres termic optim.

Pierderi de căldură în mediu inconjurator de pe pereții focarului nu reduce eficiența cuptorului, deoarece căldura este cheltuită pentru încălzirea utilă a încăperii.

Al doilea factor intern important este debitul gazelor arse Vr. Chiar dacă cuptorul merge la valoare optimă stresul termic al focarului, volumul gazelor care trec prin coșuri poate varia semnificativ datorită modificării coeficientului de aer în exces am, care este raportul dintre debitul real de aer care intră în cuptor și cantitatea teoretică necesară. Pentru o valoare dată a QIV, valoarea lui am poate varia într-un interval foarte larg. În cuptoarele de încălzire discontinue convenționale, valoarea lui a în perioada de ardere maximă poate fi apropiată de 1, adică corespunde limitei teoretice minime posibile. Cu toate acestea, în perioada de pregătire a combustibilului și în etapa de post-ardere a reziduurilor, valoarea am în cuptoarele discontinue crește de obicei brusc, atingând adesea valori extrem de mari - aproximativ 8-10. Odată cu creșterea în at, volumul gazelor crește, timpul de ședere a acestora în sistemul de circulație a fumului este redus și, ca urmare, pierderile de căldură cu gazele de evacuare cresc.

Pe fig. 4 prezintă grafice ale dependenței eficienței cuptorului de încălzire de diferiți parametri. Pe fig. 4, a arată valorile randamentului cuptorului de încălzire în funcție de valorile lui am, din care reiese clar că, cu o creștere a am de la 1,5 la 4,5, eficiența scade de la 80 la 48%. Pe fig. 4b arată dependența eficienței cuptorului de încălzire de aria suprafeței interioare a circuitelor de fum S, din care se poate observa că odată cu creșterea lui S de la 1 la 4 m2, randamentul crește de la 65 la 90%.

în afară de factori enumerați valoarea randamentului depinde de durata cuptorului t (Fig. 4, c). Pe măsură ce x crește, pereții interiori ai cuptorului sunt încălziți la o temperatură mai mare, iar gazele, respectiv, sunt răcite mai puțin. Prin urmare, odată cu creșterea duratei cuptorului, eficiența oricărui cuptor de încălzire scade, apropiindu-se de o anumită valoare minimă caracteristică unui cuptor de acest design.

Orez. Fig. 4. Dependența eficienței unui cuptor de încălzire cu gaz de diferiți parametri a - de coeficientul de exces de aer în zona suprafeței interioare a circuitelor de fum, m2; b - din zona suprafeței interioare a circuitelor de fum la diverși coeficienți de exces de aer; c - din durata cuptorului la diferite zone ale suprafeței interioare a circuitelor de fum, m2

Transferul de căldură al cuptoarelor de încălzire și capacitatea lor de stocare. În cuptoarele de încălzire, căldura care trebuie transferată de gazele de ardere în încăperea încălzită trebuie să treacă prin grosimea pereților cuptorului. Odată cu modificarea grosimii pereților focarului și a coșurilor de fum, rezistența termică și masivitatea zidăriei (capacitatea de depozitare a acesteia) se modifică în consecință. De exemplu, odată cu scăderea grosimii pereților, rezistența termică a acestora scade, fluxul de căldură crește și, în același timp, dimensiunile cuptorului scad. Cu toate acestea, o scădere a grosimii pereților cuptoarelor discontinue care funcționează cu combustibil solid este inacceptabilă din următoarele motive: în timpul arderii periodice pe termen scurt, suprafețele interne ale focarului și coșurilor se încălzesc la temperaturi ridicate și temperatura cuptorului. suprafața exterioară în perioadele de ardere maximă va fi peste limitele admise; după ce arderea încetează din cauza transferului intens de căldură al pereților exteriori către mediu, cuptorul se va răci rapid.

La valori mari ale lui M, temperatura camerei va varia în timp într-un interval larg și va ieși din normele acceptabile. Pe de altă parte, dacă soba este așezată cu pereți prea groși, atunci într-o perioadă scurtă de ardere, gama sa mare nu va avea timp să se încălzească și, în plus, odată cu îngroșarea pereților, diferența dintre zona suprafeței interioare a coșurilor de fum, care primește căldură de la gaze, iar zona suprafeței exterioare a sobei, care transferă căldura, crește aerul ambiant, determinând temperatura exterioară a cuptorului să fie prea scăzută pentru a încălzi eficient camera. Prin urmare, există o astfel de grosime optimă a peretelui (1/2-1 cărămidă), la care matricea cuptorului discontinuu acumulează o cantitate suficientă de căldură în timpul cuptorului și, în același timp, suficientă. căldură suprafețele exterioare ale cuptorului pentru încălzirea normală a încăperii.

Când se utilizează combustibili lichizi sau gazoși în cuptoarele de încălzire, un mod de ardere continuă este destul de realizabil, prin urmare, cu arderea continuă, nu este nevoie de acumulare de căldură din cauza creșterii matricei de zidărie. Procesul de transfer de căldură din gaze într-o încăpere încălzită este staționar în timp. În aceste condiții, grosimea pereților și masivitatea cuptorului pot fi alese nu pe baza asigurării unei anumite valori de depozitare, ci pe baza rezistenței zidăriei și a asigurării durabilității corespunzătoare.

Efectul comutării cuptorului de la lot în continuu este văzut clar în Fig. 5, care arată modificarea temperaturii suprafeței interioare a peretelui focarului în cazul arderii periodice și continue. La foc periodic, după 0,5-1 oră, suprafața interioară a peretelui focarului se încălzește până la 800-900 °C.

O încălzire atât de puternică după 1-2 ani de funcționare a cuptorului provoacă adesea crăparea cărămizilor și distrugerea lor. Un astfel de regim este însă forțat, deoarece o scădere a încărcăturii termice duce la o creștere excesivă a duratei cuptorului.

Cu ardere continuă, consumul de combustibil este redus brusc și temperatura de încălzire a pereților focarului scade. După cum se poate observa din fig. 27, cu ardere continuă pentru majoritatea calităților de cărbune, temperatura peretelui crește de la 200 la doar 450-500 ° C, în timp ce la arderea periodică este mult mai mare - 800-900 ° C. Prin urmare, focarele cuptoarelor discontinue sunt de obicei căptușite cu cărămizi refractare, în timp ce focarele cuptoarelor continue nu au nevoie de căptușeală, deoarece temperatura de pe suprafața lor nu atinge limita refractară a cărămizii roșii obișnuite (700-750 ° C).

În consecință, cu arderea continuă, zidăria este utilizată mai eficient, durata de viață a sobelor este mult crescută, iar pentru majoritatea calităților de cărbune (cu excepția antracitului și cărbunii slabi), este posibil să așezați toate părțile sobei din cărămidă roșie.

Înfipt în cuptoare. Pentru a forța gazele de ardere să treacă din focar prin coșurile cuptorului către coș, depășind toate rezistențele locale întâlnite în calea lor, este necesar să depuneți un anumit efort, care trebuie să depășească aceste rezistențe, altfel cuptorul va fuma. . Acest efort se numește forța de împingere a cuptorului.

Apariția forței de tracțiune este ilustrată în diagramă (Fig. 6). Gazele de ardere generate în focar, fiind mai ușoare decât aerul din jur, se ridică și umplu coșul de fum. Coloana de aer exterior se opune coloanei de gaze din coș, dar, fiind rece, este mult mai grea decât coloana de gaze. Dacă un plan vertical convențional este tras prin ușa cuptorului, atunci în partea dreaptă va fi acționat (presat) de o coloană de gaze fierbinți cu o înălțime de la mijlocul ușii cuptorului până la vârful coșului de fum și pe stânga - o coloană de aer rece exterior de aceeași înălțime. Masa coloanei din stânga este mai mare decât a celei din dreapta, deoarece densitatea aerului rece este mai mare decât cea a aerului cald, astfel că coloana din stânga va deplasa gazele de ardere care umple coșul de fum, iar gazele se vor deplasa în sistem în direcția de la presiune mai mare la mai joasă, adică în partea laterală a coșului de fum.

Orez. 5. Schimbarea temperaturii pe suprafața interioară a peretelui focarului a - termostatul este setat la limita inferioară; b - termostatul este setat la limita superioară

Orez. 6. Schema de funcționare a coșului de fum 1-uşă cuptor; 2- focar; 3 - coloana de aer exterior; 4 - coș de fum

Acţiunea forţei de tragere constă astfel în aceea că, pe de o parte, face ca gazele fierbinţi să se ridice în sus, iar pe de altă parte, forţează să treacă aerul din exterior în focar pentru ardere.

Temperatura medie a gazelor din coș poate fi considerată egală cu media aritmetică dintre temperatura gazelor la intrarea și la ieșirea din coș.

- Principalele caracteristici ale proceselor de ardere a combustibilului