Značilnosti zgorevanja trdega goriva. gorenje goriva

Proces zgorevanja trdega goriva lahko predstavimo kot niz zaporednih stopenj. Najprej se gorivo segreje in vlaga izhlapi. Nato se pri temperaturah nad 100 °C začne pirogena razgradnja kompleksnih visokomolekularnih organskih spojin in sproščanje hlapnih snovi, medtem ko je temperatura, pri kateri začnejo nastajati hlapne snovi, odvisna od vrste goriva in stopnje njegove karbonifikacije (kemijska starost). ). Če temperatura okolice preseže temperaturo vžiga hlapnih snovi, se le-te vžgejo in s tem zagotovijo dodatno segrevanje delcev koksa pred vžigom. Večji kot je donos hlapnih snovi, nižja je njihova temperatura vžiga, medtem ko se sproščanje toplote poveča.

Koksni delec se segreje s toploto okoliških dimnih plinov in sproščanjem toplote kot posledica zgorevanja hlapnih snovi in ​​se vžge pri temperaturi 800÷1000 °C. Pri zgorevanju trdnih goriv v prahu se lahko obe stopnji (zgorevanje hlapnih snovi in ​​koksa) prekrivata, saj pride do segrevanja najmanjšega premogovega delca zelo hitro. V realnih razmerah imamo opravka s polidisperzno sestavo premogovega prahu, zato se v vsakem trenutku nekateri delci šele začnejo segrevati, drugi so v fazi hlapnega sproščanja, tretji pa v fazi zgorevanja. ostanek koksa.

Proces zgorevanja delcev koksa ima odločilno vlogo pri ocenjevanju tako skupnega časa gorenja goriva kot celotnega sproščanja toplote. Tudi pri gorivu z visokim izkoristkom (na primer rjavi premog v bližini Moskve) je koksni ostanek 55 mas. %, njegovo toplotno sproščanje pa 66 % celotne količine. In za gorivo z zelo nizkim izkoristkom hlapnosti (na primer DS) je lahko ostanek koksa več kot 96 % teže suhega začetnega delca, sproščanje toplote med njegovim zgorevanjem pa je približno 95 % teže. skupno.

Študije zgorevanja ostankov koksa so razkrile kompleksnost tega procesa.

Ko ogljik zgori, sta možni dve primarni neposredne heterogene oksidacijske reakcije:

C + O 2 \u003d CO 2 + 34 MJ / kg; (14)

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

Kot rezultat tvorbe CO 2 in CO, dva sekundarno reakcije:

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

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

Poleg tega v prisotnosti vodne pare na segreti površini delca, t.j. v visokotemperaturnem območju pride do uplinjanja s sproščanjem vodika:

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

Heterogene reakcije (14, 15, 17 in 18) pričajo o neposrednem izgorevanju ogljika, ki ga spremlja zmanjšanje mase ogljikovega delca. Homogena reakcija (16) poteka v bližini površine delca zaradi razprševanja kisika iz okoliškega volumna in kompenzira znižanje temperaturnega nivoja procesa, ki nastane kot posledica endotermne reakcije (17).

Razmerje med CO in CO 2 na površini delca je odvisno od temperature plinov v tem območju. Tako, na primer, glede na eksperimentalne študije, pri temperaturi 1200 ° C reakcija poteka

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

in pri temperaturah nad 1500°C

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

Očitno se v prvem primeru CO in CO 2 sproščata v približno enakih količinah, medtem ko je s povečanjem temperature prostornina sproščenega CO 2-krat večja od CO 2 .

Kot smo že omenili, je hitrost gorenja odvisna predvsem od dveh dejavnikov:

1) hitrost kemijska reakcija , ki ga določa Arrheniusov zakon in hitro raste z naraščanjem temperature;

2) stopnja dobave oksidantov(kisika) v območje zgorevanja zaradi difuzije (molekularne ali turbulentne).

V začetnem obdobju procesa zgorevanja, ko temperatura še ni dovolj visoka, je tudi hitrost kemične reakcije nizka, oksidanta pa je več kot dovolj v volumnu, ki obdaja delce goriva in na njegovi površini, t.j. obstaja lokalni presežek zraka. Nobeno izboljšanje aerodinamike peči ali gorilnika, ki vodi v intenziviranje dovajanja kisika gorečemu delcu, ne bo vplivalo na proces zgorevanja, ki ga upočasni le nizka hitrost kemične reakcije, t.j. kinetika. ta - kinetično območje zgorevanja.

Ko se proces zgorevanja nadaljuje, se sprosti toplota, temperatura se poveča in posledično hitrost kemične reakcije, kar vodi do hitrega povečanja porabe kisika. Njegova koncentracija na površini delca se postopoma zmanjšuje, v prihodnosti pa bo hitrost izgorevanja določena le s hitrostjo difuzije kisika v območje zgorevanja, ki je skoraj neodvisna od temperature. ta - območje difuzijskega zgorevanja.

V prehodno območje zgorevanja hitrosti kemične reakcije in difuzije sta količine istega reda.

Po zakonu molekularne difuzije (Fickov zakon) je hitrost difuzijskega prenosa kisika iz volumna na površino delcev

kje je koeficient difuzijskega prenosa mase;

in sta parcialni tlaki kisika v prostornini in na površini.

Poraba kisika na površini delcev je določena s hitrostjo kemične reakcije:

, (20)

kje k je konstanta hitrosti reakcije.

V prehodnem območju v stabilnem stanju

,

kje
(21)

Če zamenjamo (21) v (20), dobimo izraz za hitrost zgorevanja v prehodnem območju glede na porabo oksidanta (kisika):

(22)

kje
je efektivna konstanta hitrosti reakcije zgorevanja.

V območju relativno nizkih temperatur (kinetična regija)
, torej, k ef = k in izraz (22) ima obliko:

,

tiste. koncentracije kisika (parcialni tlaki) v prostornini in na površini delca se med seboj malo razlikujejo, hitrost gorenja pa je skoraj v celoti določena s kemično reakcijo.

Z naraščanjem temperature konstanta hitrosti kemične reakcije raste po eksponentnem Arrheniusovem zakonu (glej sliko 22), medtem ko je molekularni (difuzijski) prenos mase šibko odvisen od temperature, tj.

.

Pri določeni temperaturni vrednosti T* stopnja porabe kisika začne presegati intenzivnost njegovega dovajanja iz okoliške prostornine, koeficienti α D in k postanejo primerljive vrednosti istega reda, se koncentracija kisika na površini začne opazno zmanjševati, krivulja hitrosti gorenja pa odstopa od teoretične kinetične krivulje zgorevanja (Arrheniusov zakon), vendar še vedno opazno narašča. Na krivulji se pojavi pregib - proces preide v vmesno (prehodno) območje zgorevanja. Relativno intenzivno oskrbo z oksidantom je mogoče razložiti z dejstvom, da se zaradi zmanjšanja koncentracije kisika blizu površine delca poveča razlika v parcialnih tlakih kisika v volumnu in blizu površine.

V procesu intenziviranja zgorevanja koncentracija kisika blizu površine skoraj postane enaka nič, oskrba s kisikom na površini je šibko odvisna od temperature in postane skoraj konstantna, tj. α D << k, in v skladu s tem proces preide v območje difuzije

.

V difuzijskem območju se povečanje hitrosti gorenja doseže z intenziviranjem procesa mešanja goriva z zrakom (izboljšanje gorilnih naprav) ali s povečanjem hitrosti pihanja delcev z zračnim tokom (izboljšanje aerodinamike peči) , zaradi česar se zmanjša debelina mejne plasti v bližini površine in okrepi se oskrba delca s kisikom.

Kot smo že omenili, se trdo gorivo zgoreva bodisi v obliki velikih (brez posebne priprave) kosov (stratificirano zgorevanje) bodisi v obliki zdrobljenega (utekočinjena plast in nizkotemperaturni vrtinec) ali v obliki najmanjšega prahu ( metoda flare).

Očitno največji relativno hitrost pihanje delcev goriva bo v stratificiranem zgorevanju. Pri vrtinčnem in bakelnem zgorevanju so delci goriva v toku dimnih plinov, relativna hitrost njihovega vpihovanja pa je precej nižja kot v stacionarni plasti. Izhajajoč iz tega se zdi, da bi se moral prehod iz kinetičnega v difuzijsko območje najprej zgoditi za majhne delce, t.j. za prah. Poleg tega so številne študije pokazale, da delček premogovega prahu, suspendiran v toku mešanice plina in zraka, piha tako šibko, da sproščeni produkti zgorevanja tvorijo okrog njega oblak, ki močno zavira dovajanje kisika do njega. Intenziviranje heterogenega izgorevanja prahu pri metodi sežiganja je bilo verjetno posledica izjemno pomembnega povečanja celotne reakcijske površine. Vendar očitno ni vedno res. .

Oskrbo s kisikom na površini določajo zakoni difuzije. Študije o prenosu toplote majhnega sferičnega delca v laminarnem toku so pokazale splošno odvisnost kriterijev:

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

Za majhne delce koksa (pri Re< 1, что соответствует скорости витания мелких частиц), Nu → 2, т.е.

.

Obstaja analogija med procesi prenosa toplote in mase, saj sta oba odvisna od gibanja molekul. Zato imajo zakoni prenosa toplote (Fourierjev in Newton-Richmannov zakon) in prenos mase (Fickov zakon) podoben matematični izraz. Formalna analogija teh zakonov nam omogoča, da v zvezi z difuzijskimi procesi zapišemo:

,

kje
, (23)

kjer je D koeficient molekularne difuzije (podobno kot koeficient toplotne prevodnosti λ v toplotnih procesih).

Kot izhaja iz formule (23), je koeficient difuzijskega prenosa mase α D obratno sorazmeren s polmerom delca. Posledično se z zmanjšanjem velikosti delcev goriva intenzivira proces difuzije kisika na površino delca. Tako se pri zgorevanju premogovega prahu prehod v difuzijsko zgorevanje premakne proti višjim temperaturam (kljub prej opaženemu zmanjšanju hitrosti pihanja delcev).

Glede na številne eksperimentalne študije, ki so jih izvedli sovjetski znanstveniki sredi dvajsetega stoletja. (G.F.Knorre, L.N. Khitrin, A.S.Predvoditelev, V.V.Pomerantsev in drugi), v območju normalnih temperatur peči (približno 1500÷1600 °C) se izgorevanje koksnih delcev premakne iz vmesne cone v difuzijsko območje, kjer se v oskrba s kisikom je zelo pomembna. V tem primeru se bo s povečanjem difuzije kisika na površino začelo upočasnjevanje hitrosti gorenja pri višji temperaturi.

Čas zgorevanja sferičnega ogljikovega delca v difuzijskem območju ima kvadratno odvisnost od začetne velikosti delcev:

,

kje r o je začetna velikost delcev; ρ h je gostota ogljikovih delcev; D o , P o , T o so začetne vrednosti difuzijskega koeficienta, tlaka in temperature;
je začetna koncentracija kisika v prostornini peči na precejšnji razdalji od delca; β - stehiometrični koeficient, ki ugotavlja skladnost utežne porabe kisika na enoto teže zgorelega ogljika pri stehiometričnih razmerjih; T m– logaritemska temperatura:

kje T P in T G so temperature površine delcev in okoliških dimnih plinov.

Zaradi naraščajoče priljubljenosti kotlov na trda goriva se ogromno potencialnih kupcev te opreme zanima za vprašanje, kakšne vrste trdo gorivo dajte prednost kot glavni in, odvisno od sprejete odločitve, naročite eno ali drugo vrsto ogrevalne opreme.

Glavni kazalnik katerega koli goriva, ne le trdega goriva, je njegov prenos toplote, ki je zagotovljen z zgorevanjem trdnega goriva. V tem primeru je prenos toplote trdnega goriva neposredno povezan z njegovo vrsto, lastnostmi in sestavo.

nekaj kemije

Sestava trdnih goriv vključuje naslednje snovi: ogljik, vodik, kisik in mineralne spojine. Ko zgoreva gorivo, se ogljik in vodik združita z atmosferskim kisikom (najmočnejši naravni oksidant) - pride do reakcije zgorevanja s sproščanjem velike količine toplotne energije. Nadalje se plinasti produkti zgorevanja odstranijo skozi sistem za odvod dima, trdni produkti zgorevanja (pepel in žlindra) pa izpadejo kot odpadki skozi rešetko.

V skladu s tem je glavna naloga, s katero se sooča oblikovalec opreme za ogrevanje na trda goriva, zagotoviti najdaljše možno gorenje peči na trda goriva ali kotla na trda goriva. V tem trenutku je bil na tem področju dosežen določen napredek - v prodaji so se pojavili kotli na trda goriva dolgega gorenja, ki delujejo na principu zgornjega zgorevanja in postopka pirolize.

Kalorična vrednost glavnih vrst trdnega goriva

• Drva. V povprečju (odvisno od vrste lesa) in vlažnosti od 2800 do 3300 kcal / kg.
• Šota - odvisno od vlažnosti od 3000 do 4000 kcal / kg.
• Premog - odvisno od vrste (antracit, rjava ali ognjena) od 4700 do 7200 kcal / kg.
• Stisnjeni briketi in peleti - 4500 kcal / kg.

Z drugimi besedami, proces izgorevanja trdnih goriv različnih vrst spremlja različna količina sproščene toplotne energije, zato je treba k izbiri glavne vrste goriva pristopiti zelo odgovorno - pri tej zadevi vas vodijo informacije, navedene v obratovalno dokumentacijo (potni list ali navodila za uporabo) za eno ali drugo opremo na trda goriva.

Kratek opis glavnih vrst trdnih goriv

Drva

Najbolj dostopna, torej najpogostejša vrsta goriva v Rusiji. Kot smo že omenili, je količina toplote, ki nastane pri zgorevanju, odvisna od vrste lesa in njegove vlažnosti. Upoštevati je treba, da pri uporabi drv kot goriva za pirolizni kotel obstaja meja vlažnosti, ki v tem primeru ne sme presegati 15-20%.

Šota

Šota so stisnjeni ostanki gnilih rastlin, ki dolgo ležijo v tleh. Glede na način pridobivanja ločimo visoko in nizko šoto. In glede na agregacijsko stanje je šota lahko: izrezljana, grudasta in stisnjena v obliki briketov. Po količini sproščene toplotne energije je šota podobna drvu.

Premog

Premog je najbolj "visokokalorična" vrsta trdega goriva, ki zahteva posebno tehnologijo vžiga. V splošnem primeru, da bi zakurili peč ali kotel na premog, morate najprej zakuriti kurišče z drvmi in šele nato na dobro zgorela drva naložiti premog (rjavi, ognjeni ali antracitni).

Briketi in peleti

To je nova vrsta trdega goriva, ki se razlikuje po velikosti posameznih elementov. Briketi so večji, peleti pa manjši. Izhodni material za izdelavo briketov in peletov je lahko katera koli "gorljiva" snov: sekanci, lesni prah, slama, lupine orehov, šota, sončnične lupine, lubje, karton in druge "masovne" gorljive snovi, ki so prosto dostopne.

Prednosti briketov in peletov

• Okolju prijazno obnovljivo gorivo z visoko kalorično vrednostjo.
• Dolgo gorenje zaradi visoke gostote materiala.
• Priročno in kompaktno shranjevanje.
• Najmanjša količina pepela po zgorevanju je od 1 do 3% prostornine.
• Nizki relativni stroški.
• Možnost avtomatizacije procesa kotla.
• Primerno za vse vrste kotlov na trda goriva in peči za ogrevanje gospodinjstev.

Trda goriva vključujejo les, šoto in premog. Proces zgorevanja vseh vrst trdnih goriv ima podobne značilnosti.

Gorivo je treba polagati na rešetko peči po plasteh, pri čemer je treba upoštevati cikle zgorevanja - kot so polnjenje, sušenje, segrevanje plasti, gorenje s sproščanjem hlapnih snovi, izgorevanje ostankov in odstranjevanje žlindre.

Za vsako stopnjo zgorevanja goriva so značilni določeni kazalniki, ki vplivajo na toplotni režim peči.

Na samem začetku sušenja in segrevanja plasti se toplota ne sprošča, ampak se, nasprotno, absorbira iz segretih sten kurišča in neizgorelih ostankov. Ko se gorivo segreje, se začnejo sproščati plinaste gorljive komponente, ki gorijo v prostornini plina peči. Postopoma se sprošča vse več toplote in ta proces doseže svoj maksimum med zgorevanjem koksne osnove goriva.

Proces zgorevanja goriva določajo njegove lastnosti: vsebnost pepela, vlažnost, pa tudi vsebnost ogljika in hlapnih gorljivih snovi. Poleg tega je pomembna pravilna izbira zasnove peči in načinov zgorevanja goriva. Torej se pri zgorevanju mokrega goriva za njegovo izhlapevanje porabi precejšnja količina toplote, zaradi česar se proces zgorevanja upočasni, temperatura v kurišču raste zelo počasi ali celo zmanjša (na začetku zgorevanja). Povečana vsebnost pepela tudi upočasni proces zgorevanja. Ker masa pepela obdaja gorljive komponente, omejuje dostop kisika do zgorevalnega območja in posledično gorivo morda ne bo popolnoma zgorelo, tako da se poveča nastanek mehanskega podgorevanja.

Intenzivni cikel zgorevanja goriva je odvisen od njegove kemične sestave, to je razmerja med hlapnimi plinastimi komponentami in trdim ogljikom. Najprej začnejo goreti hlapne komponente, katerih sproščanje in vžig se zgodi pri relativno nizkih temperaturah (150-200 ° C). Ta proces se lahko nadaljuje precej dolgo, saj obstaja veliko hlapnih snovi, ki se razlikujejo po svoji kemični sestavi in ​​temperaturi vžiga. Vsi gorijo v nadslojni plinski prostornini kurišča.

Trdne komponente goriva, ki ostanejo po sproščanju hlapnih snovi, imajo najvišjo temperaturo zgorevanja. Praviloma temeljijo na ogljiku. Njihova temperatura zgorevanja je 650-700 ° C. Trdne komponente gorijo v tanki plasti, ki se nahaja nad rešetko. Ta proces spremlja sproščanje velike količine toplote.

Od vseh vrst trdnih goriv so najbolj priljubljena drva. Vsebujejo veliko količino hlapnih snovi. Z vidika prenosa toplote velja za najboljši les breze in macesna. Po zgorevanju brezovih drv se sprosti veliko toplote in nastane minimalna količina ogljikovega monoksida. Tudi macesnova drva oddajajo veliko toplote; ko zgorijo, se niz peči zelo hitro segreje, kar pomeni, da se porabijo bolj ekonomično kot brezovi. Toda hkrati se po zgorevanju drv iz macesna sprosti velika količina ogljikovega monoksida, zato morate biti previdni pri manipulaciji zračne lopute. Veliko toplote oddajajo tudi hrastova in bukova drva. Na splošno je uporaba določenih drv odvisna od prisotnosti bližnjega gozdnega območja. Glavna stvar je, da so drva suha, čopiči pa enake velikosti.

Kakšne so značilnosti kurjenja na drva? Na začetku procesa se temperatura v kurišču in plinovodih hitro dvigne. Njegova največja vrednost je dosežena v fazi intenzivnega zgorevanja. Med zgorevanjem pride do močnega znižanja temperature. Za vzdrževanje procesa zgorevanja je potreben stalen dostop do peči določene količine zraka. Zasnova gospodinjskih peči ne predvideva prisotnosti posebne opreme, ki uravnava pretok zraka v območje zgorevanja. V ta namen se uporabljajo puhalna vrata. Če je odprta, v peč vstopa stalna količina zraka.

V šaržnih pečeh se potreba po zraku razlikuje glede na stopnjo zgorevanja. Pri intenzivnem sproščanju hlapnih snovi običajno ni dovolj kisika, zato je možno tako imenovano kemično pregorevanje goriva in gorljivih plinov, ki jih ta oddaja. Ta pojav spremljajo toplotne izgube, ki lahko dosežejo 3-5%.

V fazi naknadnega izgorevanja ostankov opazimo nasprotno sliko. Zaradi presežka zraka v peči se poveča izmenjava plina, kar vodi do znatnega povečanja toplotnih izgub. Glede na študije se v obdobju naknadnega zgorevanja skupaj z izpušnimi plini izgubi do 25-30 % toplote. Poleg tega se zaradi kemičnega premajhnega izgorevanja hlapne snovi usedejo na notranje stene kurišča in plinskih kanalov. Imajo nizko toplotno prevodnost, zato je uporabni prenos toplote peči zmanjšan. Velika količina sajastih snovi vodi do zožitve dimnika in poslabšanja vleka. Prekomerno kopičenje saj lahko povzroči tudi požar.

Šota, ki je ostanki razpadle rastlinske snovi, ima kemično sestavo podobno drva. Glede na način pridobivanja je šota lahko klesana, grudasta, stisnjena (v briketih) in mleta (šotni sekanci). Vsebnost vlage te vrste trdega goriva je 25-40%.

Poleg drv in šote se za ogrevanje peči in kaminov pogosto uporablja premog, ki je po svoji kemični sestavi kombinacija ogljika in vodika ter ima visoko kalorično vrednost. Vendar pa ni vedno mogoče kupiti resnično kakovostnega premoga. V večini primerov kakovost te vrste goriva pušča veliko želenega. Povečana vsebnost drobnih frakcij v premogu vodi do zbijanja plasti goriva, zaradi česar se začne tako imenovano kratersko zgorevanje, ki je neenakomerne narave. Pri zgorevanju velikih kosov premoga gori tudi neenakomerno, s prekomerno vlago v gorivu pa se specifična toplota zgorevanja bistveno zmanjša. Poleg tega je tak premog pozimi težko skladiščiti, ker pod vplivom temperatur pod ničlo zmrzne. Da bi se izognili takšnim in drugim težavam, mora biti optimalna vsebnost vlage v premogu največ 8%.

Upoštevati je treba, da je uporaba trdega goriva za ogrevanje gospodinjskih peči precej težavna, še posebej, če je hiša velika in se ogreva z več pečmi. Poleg tega, da se veliko truda in materialnih sredstev porabi za spravilo in veliko časa za pripeljevanje drv in premoga do peči, se v puhalo vlije približno 2 kg premoga, iz katerega odstrani se in zavrže skupaj s pepelom, ki se tam nabira.

Da bi bil proces kurjenja na trda goriva v domačih pečeh čim bolj učinkovit, je priporočljivo ravnati na naslednji način. Ko naložite drva v kurišče, jih morate pustiti, da se vnamejo, nato pa jih napolnite z velikimi kosi premoga.

Po vžigu premoga ga je treba prekriti z drobnejšo frakcijo z navlaženo žlindro, čez nekaj časa pa na vrh položimo navlaženo mešanico pepela in drobnega premoga, ki je skozi rešetko padla v puhalo. V tem primeru ogenj ne sme biti viden. Tako poplavljena peč je sposobna oddajati toploto v prostor cel dan, tako da lahko lastniki varno opravljajo svoje dejavnosti, ne da bi skrbeli za nenehno vzdrževanje ognja. Stranske stene peči bodo zaradi postopnega zgorevanja premoga vroče in enakomerno oddajajo toplotno energijo. Zgornja plast, sestavljena iz drobnega premoga, bo popolnoma izgorela. Vnet premog lahko po vrhu potresemo tudi s plastjo predhodno navlaženih briketov odpadnega premoga.

Po kurjenju peči morate vzeti vedro s pokrovom, bolje je, če je pravokotne oblike (bolj priročno je izbrati premog iz njega z zajemalko). Najprej morate odstraniti plast žlindre iz kurišča in jo zavreči, nato v vedro vlijte mešanico drobnega premoga s pepelom, pa tudi sežgati in pepel ter vse to navlažite brez mešanja. Na nastalo mešanico položite približno 1,5 kg drobnega premoga, na njo pa 3-5 kg ​​večjega premoga. Tako se izvede sočasna priprava peči in goriva za naslednjo vžig. Opisani postopek je treba nenehno ponavljati. S to metodo sežiganja peči vam ni treba vsakič iti ven na dvorišče, da bi presejali pepel in sežgali.

Naloga……………………………………………………………………………………………..3

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

Teoretični del

1. Značilnosti zgorevanja na trda goriva ………………………………….. 6

2. Zgorevanje goriva v komornih pečeh ….………………………….9

3. Mesto in vloga trdnega goriva v energetskem sektorju Rusije ……………..12

4. Zmanjševanje emisij pepelnih delcev iz kotlovskih peči s konstruktivnimi in tehnološkimi metodami………………………………………………………14

5. Zbiranje pepela in vrste zbiralnikov pepela…………………….…….15

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

Del poravnave

1. Začetni podatki………………………………………………………………….18

2. Izračun elementarne sestave delovnega goriva…………………..19
3. Izračun mase in prostornine produktov zgorevanja goriva med zgorevanjem v kotlovnicah …………………………………………………………………………………..19

4. Določanje višine cevi H……………………………………………………20

5. Izračun razpršenosti in standardi za največje dovoljene emisije škodljivih snovi v ozračje……………………………………….…20

6. Določitev zahtevane stopnje čiščenja………………………………….… 21

Utemeljitev izbire ciklona…………………………………………………………..22

Uporabljene naprave…………………………………………………………………. ……23

Zaključek……………………………………………………………………………….24

Seznam uporabljene literature……………………………………………….26

Vaja

1. Glede na podane konstrukcijske značilnosti trdnih goriv določite elementarno sestavo delovnega goriva.

2. Z uporabo rezultatov odstavka 1 in začetnih podatkov izračunajte emisije in prostornine produktov zgorevanja trdnih delcev A, žveplovih oksidov SO x , ogljikovega monoksida CO, dušikovih oksidov NO x , pretok plinov, ki vstopajo v dimnik v delovnih pogojih kotlovnica.

3. Na podlagi rezultatov odstavka 2 in začetnih podatkov določite premer ustja dimnika. Določite višino cevi H.

4. Določite najbolj pričakovano koncentracijo C m (mg / m 3) škodljivih snovi: ogljikov monoksid CO, žveplov dioksid SO 2, dušikovi oksidi NO x, prah, (pepel) v površinski plasti atmosfere pri neugodnih disperzijskih pogojih.

5. Primerjajte dejansko vsebnost škodljivih snovi v atmosferskem zraku, ob upoštevanju koncentracije ozadja (C m + C f) s sanitarnimi in higienskimi standardi (MPC), če je MPC CO = 5 mg / m 3, MPC NO 2 \u003d 0,085, MPC SO 2 = 0, 5 mg/m 3 , MPC prah = 0,5 mg/m 3 .

7. Določite zahtevano stopnjo čiščenja in podajte priporočila za zmanjšanje emisij, če dejanska emisija M katere koli snovi presega izračunani standard (MAL).

8. Razviti in utemeljiti metode in naprave, ki se uporabljajo za obdelavo odpadnih nevarnih snovi.

Teoretični del

Uvod

Industrijsko proizvodnjo in druge vrste človekove gospodarske dejavnosti spremlja izpust onesnaževal v okolje.

Znatno škodo okolju povzročajo kotlovnice, ki pri ogrevanju vode za ogrevalne sisteme uporabljajo zgorevanje trdnih, tekočih in plinastih goriv.

Glavni vir negativnega vpliva energetskega sektorja so produkti, ki nastajajo pri zgorevanju fosilnih goriv.

Delovna masa organskega goriva je sestavljena iz ogljika, vodika, kisika, dušika, žvepla, vlage in pepela. Kot posledica popolnega zgorevanja goriv nastanejo ogljikov dioksid, vodna para, žveplovi oksidi (žveplov dioksid, žveplov anhidrid in pepel). Med strupene so žveplovi oksidi in pepel. V jedru gorilnika kotlov za peč velike moči pride do delne oksidacije dušika v zraku za gorivo s tvorbo dušikovih oksidov (dušikov oksid in dušikov dioksid).

Pri nepopolnem zgorevanju goriva v pečeh lahko nastanejo tudi ogljikov monoksid CO 2, ogljikovodiki CH 4, C 2 H 6, pa tudi rakotvorne snovi. Produkti nepopolnega zgorevanja so zelo škodljivi, vendar je s sodobno tehnologijo zgorevanja njihovo nastajanje mogoče odpraviti ali zmanjšati.

Najvišjo vsebnost pepela imata oljni in oljni skrilavec. rjavi premog, pa tudi nekatere sorte črni premog. Tekoče gorivo ima nizko vsebnost pepela; zemeljski plin je gorivo brez pepela.

Strupene snovi, ki se izpuščajo v ozračje iz dimnikov elektrarn, škodljivo vplivajo na celoten kompleks divjih živali in biosfere.

Celovita rešitev problema varovanja okolja pred učinki škodljivih emisij pri zgorevanju goriva v kotlovskih enotah vključuje:

· Razvoj in izvajanje tehnoloških procesov, ki zmanjšujejo emisije škodljivih snovi zaradi popolnega zgorevanja goriv ipd.;

· Izvajanje učinkovitih metod in načinov čiščenja odpadnih plinov.

Najučinkovitejši način reševanja okoljskih problemov v sedanji fazi je ustvarjanje tehnologij, ki so skoraj brez odpadkov. Hkrati se rešuje problem racionalne rabe naravnih virov, tako materialnih kot energetskih.

Značilnosti zgorevanja na trda goriva

Zgorevanje trdega goriva vključuje dve obdobji: toplotno pripravo in dejansko zgorevanje. V procesu toplotne priprave se gorivo segreje, posuši in pri temperaturi okoli 110 se začne pirogenska razgradnja njegovih sestavnih komponent s sproščanjem plinastih hlapnih snovi. Trajanje tega obdobja je odvisno predvsem od vsebnosti vlage v gorivu, velikosti njegovih delcev in pogojev izmenjave toplote med okoliškim zgorevalnim medijem in delci goriva. Potek procesov v obdobju termične priprave je povezan z absorpcijo toplote predvsem za segrevanje, sušenje goriva in toplotno razgradnjo kompleksnih molekularnih spojin.

Samo zgorevanje se začne z vžigom hlapnih snovi pri temperaturi 400-600, toplota, ki se sprošča med zgorevanjem, pa zagotavlja pospešeno segrevanje in vžig koksnega ostanka.

Zgorevanje koksa se začne pri temperaturi okoli 1000 in je najdaljši proces.

To določa dejstvo, da se del kisika v coni blizu površine delca porabi za zgorevanje gorljivih hlapnih snovi in ​​se njegova preostala koncentracija zmanjša, poleg tega pa so heterogene reakcije vedno slabše po hitrosti od homogenih reakcij. za snovi, ki so po kemični aktivnosti homogene.

Posledično je skupni čas gorenja trdnih delcev v glavnem določen z zgorevanjem koksnega ostanka (približno 2/3 celotnega časa gorenja). Pri mladih gorivih z visokim izkoristkom hlapnih snovi je ostanek koksa manj kot polovica začetne mase delcev, zato do njihovega zgorevanja (z enakimi začetnimi velikostmi) pride dokaj hitro in zmanjša se možnost podgorevanja. Stare vrste trdnih goriv imajo velik ostanek koksa, ki je blizu začetni velikosti delcev, katerega zgorevanje traja ves čas, ko delci ostanejo v zgorevalni komori. Čas zgorevanja delca z začetno velikostjo 1 mm je od 1 do 2,5 s, odvisno od vrste začetnega goriva.

Koksni ostanek večine trdnih goriv je v glavnem in pri številnih trdih gorivih skoraj v celoti sestavljen iz ogljika (od 60 do 97 % organske mase goriva). Glede na to, da ogljik zagotavlja glavno sproščanje toplote med zgorevanjem goriva, si oglejmo dinamiko izgorevanja ogljikovega delca s površine. Kisik se dovaja iz okolja v delce ogljika zaradi turbulentne difuzije (turbulentni prenos mase), ki ima dokaj visoko intenzivnost, vendar tanka plinska plast (mejna plast) ostane neposredno na površini delca, prenos oksidanta skozi katerega poteka po zakonih molekularne difuzije.

Ta plast bistveno zavira dovajanje kisika na površino. V njem poteka zgorevanje gorljivih plinskih komponent, ki se med kemično reakcijo sprostijo s površine ogljika.

Določite difuzijsko, kinetično in vmesno območje zgorevanja. V vmesnem in predvsem v difuzijskem območju je intenziviranje izgorevanja možno s povečanjem dovoda kisika, z aktiviranjem vpihovanja gorečih delcev goriva s tokom oksidanta. Pri visokih pretokih se debelina in upor laminarne plasti blizu površine zmanjšata, dovod kisika pa se poveča. Višja kot je ta hitrost, intenzivnejše je mešanje goriva s kisikom in višja kot je temperatura, pride do prehoda iz kinetičnega v vmesno območje in iz vmesnega v difuzijsko območje zgorevanja.

Podoben učinek v smislu intenziviranja zgorevanja dosežemo z zmanjšanjem velikosti delcev goriva v prahu. Majhni delci imajo bolj razvito toplotno in masno izmenjavo z okoljem. Tako se z zmanjšanjem velikosti delcev prašnega goriva območje kinetičnega zgorevanja razširi. Povečanje temperature vodi v premik v območje difuzijskega zgorevanja.

Območje čistega difuzijskega zgorevanja praškastega goriva je omejeno predvsem z jedrom plamena, ki ima najvišjo temperaturo zgorevanja, in cono naknadnega zgorevanja, kjer so koncentracije reaktantov že nizke in njihovo interakcijo določajo zakoni difuzije. Vžig katerega koli goriva se začne pri relativno nizkih temperaturah, v pogojih zadostne količine kisika, t.j. v kinetičnem območju.

V kinetičnem območju zgorevanja ima odločilno vlogo hitrost kemične reakcije, ki je odvisna od dejavnikov, kot sta reaktivnost goriva in temperaturni nivo. Vpliv aerodinamičnih dejavnikov v tem območju zgorevanja je nepomemben.

K kategorija: peči

Glavne značilnosti procesov zgorevanja goriva

Ogrevalne peči lahko uporabljajo trda, tekoča in plinasta goriva. Vsako od teh goriv ima svoje značilnosti, ki vplivajo na učinkovitost uporabe peči.

Zasnovi ogrevalnih peči so nastajali dolgo časa in so bili namenjeni za kurjenje trdnih goriv v njih. Šele v poznejšem obdobju so začele nastajati strukture, zasnovane za uporabo tekočih in plinastih goriv. Za čim bolj učinkovito uporabo teh dragocenih vrst v obstoječih pečeh je treba vedeti, kako se zgorevalni procesi teh goriv razlikujejo od zgorevanja trdnih goriv.

V vseh pečeh se trdo gorivo (drva, različne vrste premoga, antracit, koks itd.) kurijo na rešetki po plasteh, z občasnim polnjenjem goriva in čiščenjem rešetke iz žlindre. Večplastni proces zgorevanja ima jasen cikličen značaj. Vsak cikel vključuje naslednje faze: nalaganje goriva, sušenje in segrevanje plasti, sproščanje hlapnih snovi in ​​njihovo zgorevanje, zgorevanje goriva v plasti, izgorevanje ostankov in na koncu odstranjevanje žlindre.

Na vsaki od teh stopenj se ustvari določen toplotni režim in proces zgorevanja v peči poteka z nenehno spreminjajočimi se indikatorji.
Primarna faza sušenja in segrevanja plasti je tako imenovane endotermne narave, to pomeni, da je ne spremlja sproščanje, temveč absorpcija toplote, ki jo prejmejo iz vročih sten kurišča in iz nezgorelih ostankov. Nadalje, ko se plast segreje, se začne sproščanje plinastih gorljivih komponent in njihovo izgorevanje v prostornini plina. Na tej stopnji se začne sproščanje toplote v peči, ki se postopoma povečuje. Pod vplivom segrevanja se začne zgorevanje trdne koksne podlage plasti, kar običajno daje največji toplotni učinek. Ko plast izgoreva, se sproščanje toplote postopoma zmanjšuje, v končni fazi pa pride do nizke intenzivnosti naknadnega izgorevanja gorljivih snovi. Znano je, da sta vloga in vpliv posameznih stopenj stratificiranega cikla zgorevanja odvisna od naslednjih kazalnikov kakovosti trdnega goriva: vsebnost vlage, vsebnost pepela, vsebnost hlapnih gorljivih snovi in ​​ogljika v gorivu.
maso.

Poglejmo, kako te komponente vplivajo na naravo procesa zgorevanja v plasti.

Vlaženje goriva negativno vpliva na zgorevanje, saj je treba del specifične toplote zgorevanja goriva porabiti za izhlapevanje vlage. Posledično se znižajo temperature v kurišču, poslabšajo se pogoji zgorevanja, sam cikel zgorevanja se zavleče.

Negativna vloga vsebnosti pepela v gorivu se kaže v tem, da masa pepela obdaja gorljive sestavine goriva in preprečuje dostop zračnega kisika do njih. Posledično gorljiva masa goriva ne izgori, nastane tako imenovano mehansko pregorevanje.

Raziskave znanstvenikov so ugotovile, da ima razmerje vsebnosti hlapnih plinastih snovi in ​​trdnega ogljika v trdnem gorivu velik vpliv na naravo razvoja procesov zgorevanja. Hlapne gorljive snovi se začnejo sproščati iz trdnih goriv pri relativno nizkih temperaturah, začenši od 150-200 ° C in več. Hlapne snovi so raznolike po sestavi in ​​se razlikujejo po različnih izstopnih temperaturah, zato je proces njihovega sproščanja časovno podaljšan, njegova končna faza pa je običajno združena z zgorevanjem dela plasti na trdno gorivo.

Hlapne snovi imajo relativno nizko temperaturo vžiga, saj vsebujejo veliko komponent, ki vsebujejo vodik, njihovo zgorevanje poteka v nadslojni prostornini plina kurišča. Trden del goriva, ki ostane po sproščanju hlapnih snovi, je sestavljen predvsem iz ogljika, ki ima najvišjo temperaturo vžiga (650-700°C). Zgorevanje ogljikovega ostanka se začne nazadnje. Teče neposredno v tanki plasti rešetke, zaradi intenzivnega sproščanja toplote pa se v njej razvijejo visoke temperature.

Tipičen vzorec temperaturnih sprememb v peči in plinskih kanalih med ciklom zgorevanja trdega goriva je prikazan na sl. 1. Kot vidite, na začetku peči pride do hitrega dviga temperature v kuriščih in dimnikih, v fazi naknadnega zgorevanja pride do močnega znižanja temperature v notranjosti peči, predvsem v kurišču. Vsaka od stopenj zahteva dovajanje določene količine zraka za zgorevanje v peč. Ker pa v peč vstopa stalna količina zraka, je na stopnji intenzivnega zgorevanja koeficient presežka zraka pri = 1,5-2, na stopnji naknadnega zgorevanja, katerega trajanje doseže 25-30% čas peči doseže koeficient presežka zraka pri = 8-10. Na sl. Slika 2 prikazuje, kako se spreminja koeficient presežka zraka med enim ciklom zgorevanja na rešetki za tri vrste trdnih goriv: les, šoto in premog v tipični peči za segrevanje.

riž. 1. Sprememba temperature dimnih plinov v različnih odsekih kurilne peči pri kurjenju na trdo gorivo 1 - temperatura v kurišču (na razdalji 0,23 m od rešetke); 1 - temperatura v prvem vodoravnem dimniku; '3 - temperatura v tretjem vodoravnem dimniku; 4 - temperatura v šestem vodoravnem dimniku (pred loputo peči)

Iz sl. 2 je razvidno, da se koeficient presežka zraka v pečeh, ki delujejo s periodičnim polnjenjem trdnega goriva, nenehno spreminja.

Hkrati na stopnji intenzivnega sproščanja hlapnih snovi količina zraka, ki vstopa v peč, običajno ne zadostuje za njihovo popolno zgorevanje, na stopnjah predgrevanja in naknadnega zgorevanja gorljivih snovi pa se količina zraka večkrat poveča. višje, kot je teoretično zahtevano.

Posledično na stopnji intenzivnega sproščanja hlapnih snovi pride do kemičnega pregorevanja sproščenih gorljivih plinov, med naknadnim izgorevanjem ostankov pa se pojavijo povečane toplotne izgube z izpušnimi plini zaradi povečanja volumna produktov zgorevanja. Izguba toplote s kemičnim premajhnim zgorevanjem je 3-5%, z izpušnimi plini pa 20-35%. Vendar se negativni učinek kemičnega premajhnega izgorevanja ne kaže le v dodatnih toplotnih izgubah in zmanjšanju učinkovitosti. Izkušnje pri upravljanju velikega števila kurilnih peči kažejo; da se zaradi kemičnega pregorevanja intenzivno sproščenih hlapnih snovi na notranjih stenah peči in dimnikov odlaga amorfni ogljik v obliki saj.

riž. 2. Sprememba razmerja presežka zraka med ciklom zgorevanja trdnega goriva

Ker imajo saje nizko toplotno prevodnost, njegove usedline povečajo toplotno odpornost sten peči in s tem zmanjšajo uporabno toplotno moč peči. Saje v dimnikih zožijo prerez za prehod plinov, poslabšajo vlek in končno ustvarijo povečano požarno nevarnost, saj so saje gorljive.

Iz povedanega je jasno, da so nezadovoljivi kazalniki slojevitega procesa v veliki meri posledica neenakomernega sproščanja hlapnih snovi skozi čas.

Pri večplastnem zgorevanju visokoogljičnih goriv je proces zgorevanja koncentriran znotraj precej tanke plasti goriva, v kateri se razvijejo visoke temperature. Proces zgorevanja čistega ogljika v plasti ima lastnost samoregulacije. To pomeni, da bo količina reagiranega (zgorelega) ogljika ustrezala količini dobavljenega oksidanta (zrak). Zato bo pri stalnem pretoku zraka konstantna tudi količina porabljenega goriva. Spremembo toplotne obremenitve je treba izvesti z regulacijo dovoda zraka VB. Na primer, s povečanjem VB se količina zgorelega goriva poveča, zmanjšanje HC pa bo povzročilo zmanjšanje toplotne moči plasti, medtem ko bo vrednost koeficienta presežka zraka ostala stabilna.

Vendar pa je zgorevanje antracita in koksa povezano z naslednjimi težavami. Da bi lahko ustvarili visoke temperature, se debelina plasti med zgorevanjem antracita in koksa vzdržuje dovolj velika. V tem primeru je delovna cona plasti njen relativno tanek spodnji del, v katerem potekajo eksotermne reakcije oksidacije ogljika z atmosferskim kisikom, to je samo zgorevanje. Celotna prekrivna plast služi kot toplotni izolator za goreči del plasti, ki ščiti območje zgorevanja pred ohlajanjem zaradi toplotnega sevanja na stene kurišča.

Kot posledica oksidativnih reakcij se v območju zgorevanja glede na reakcijo sprosti koristna toplota
c+o2->co.

Vendar pa pri visokih temperaturah plasti v njenem zgornjem območju potekajo reverzne obnovitvene endotermne reakcije z absorpcijo toplote v skladu z enačbo
CO2+C2CO.

Kot rezultat teh reakcij nastane ogljikov monoksid CO, ki je gorljiv plin s precej visoko specifično toploto zgorevanja, zato njegova prisotnost v dimnih plinih kaže na nepopolno zgorevanje goriva in zmanjšanje učinkovitosti peči. Za zagotovitev visokih temperatur v območju zgorevanja mora biti plast goriva zadostne debeline, vendar to vodi v škodljive redukcijske reakcije v zgornjem delu plasti, kar vodi do kemičnega pregorevanja trdnega goriva.

Iz zgoraj navedenega je jasno, da v kateri koli šaržni peči, ki deluje na trdo gorivo, poteka nestabilen proces zgorevanja, kar neizogibno zmanjša učinkovitost delovanja peči.

Za ekonomično delovanje peči je zelo pomembna kakovost trdega goriva.

Po standardih za domače potrebe ločimo predvsem črni premog (razrede D, G, Zh, K, T itd.), Pa tudi rjavi premog in antracit. Po velikosti kosov je treba premog dobaviti v naslednjih razredih: 6-13, 13-25, 25-50 in 50-100 mm. Vsebnost pepela premoga na suho se giblje od 14-35% za bitumenski premog in do 20% za antracit, vsebnost vlage je 6-15% za bitumenski premog in 20-45% za rjavi premog.

Peči gospodinjskih peči nimajo sredstev za mehanizacijo procesa zgorevanja (regulacija dovoda pihalnega zraka, snemanje plasti itd.), Zato je treba za učinkovito zgorevanje v pečeh postaviti precej visoke zahteve glede kakovosti premoga. Precejšen del premoga je dobavljen, vendar nesortiran, navaden, s kakovostnimi lastnostmi (glede vsebnosti vlage, pepela, vsebnosti drobcev) bistveno nižje od tistih, ki jih določajo standardi.

Zgorevanje podstandardnega goriva je nepopolno, s povečanimi izgubami zaradi kemičnega in mehanskega pregorevanja. Akademija javnih služb njim. K. D. Pamfilova je bila ugotovljena letna materialna škoda, ki je nastala zaradi dobave premoga slabe kakovosti. Izračuni so pokazali, da materialna škoda zaradi nepopolne porabe goriva znaša približno 60 % stroškov pridobivanja premoga. Ekonomsko in tehnično je smiselno gorivo na mestih njegove proizvodnje obogatiti do standardnega stanja, saj bodo dodatni stroški obogatitve znašali približno polovico navedene količine materialne škode.

Pomembna kakovostna lastnost premoga, ki vpliva na učinkovitost njegovega zgorevanja, je njegova frakcijska sestava.

S povečano vsebnostjo drobnih snovi v gorivu postane gostejše in zapira vrzeli v goreči plasti goriva, kar vodi do izgorevanja kraterja, ki ima neenakomeren značaj po površini plasti. Iz istega razloga se rjavi premog izgoreva slabše kot druge vrste goriva, ki pri segrevanju nagibajo k razpokanju in tvorijo precejšnjo količino glob.

Po drugi strani pa uporaba prevelikih kosov premoga (več kot 100 mm) vodi tudi do izgorevanja kraterjev.

Vlažnost premoga na splošno ne vpliva na proces zgorevanja; zmanjša pa specifično toploto zgorevanja, temperaturo zgorevanja in tudi oteži shranjevanje premoga, saj zmrzne pri temperaturah pod ničlo. Da bi preprečili zmrzovanje, vsebnost vlage v premogu ne sme presegati 8%.

Žveplo je škodljiva sestavina v trdnih gorivih, saj sta produkta njegovega zgorevanja žveplov dioksid S02 in žveplov dioksid S03, ki imata močne korozivne lastnosti in sta tudi zelo strupena.

Treba je opozoriti, da je v šaržnih pečeh običajni premog, čeprav manj učinkovit, še vedno zadovoljivo kuri; za peči z dolgim ​​gorenjem morajo biti te zahteve kategorično v celoti izpolnjene.

V kontinuirnih pečeh, v katerih zgorevajo tekoča ali plinasta goriva, proces zgorevanja ni cikličen, temveč neprekinjen. Pretok goriva v peč poteka enakomerno, zaradi česar je opazen stacionarni način zgorevanja. Če pri zgorevanju trdega goriva temperatura v kurišču peči niha v širokem razponu, kar negativno vpliva na proces zgorevanja, potem pri zgorevanju zemeljskega plina kmalu po vklopu gorilnika temperatura v kurišču doseže 650- 700 °C. Nadalje se s časom nenehno povečuje in na koncu peči doseže 850-1100 °C. Hitrost dviga temperature v tem primeru določata toplotna napetost prostora peči in čas gorenja peči (slika 25). Zgorevanje plina je razmeroma enostavno vzdrževati pri konstantnem razmerju presežka zraka, ki se izvaja s pomočjo zračne lopute. Zaradi tega se pri zgorevanju plina v peči ustvari stacionarni način zgorevanja, ki omogoča zmanjšanje toplotnih izgub z izpušnimi plini in doseganje visoke učinkovitosti delovanja peči, ki doseže 80-90%. Učinkovitost plinske peči je skozi čas stabilna in je bistveno višja od učinkovitosti peči na trda goriva.

Vpliv načina zgorevanja goriva in velikosti površine toplotne sprejemne površine dimnih krogov na učinkovitost peči. Teoretični izračuni kažejo, da je toplotni izkoristek kurilne peči, torej vrednost toplotnega izkoristka, odvisen od tako imenovanih zunanjih in notranjih dejavnikov. Zunanji dejavniki vključujejo površino zunanje površine peči, ki oddaja toploto, v območju kurišča in kroženja dima, debelino stene 6, koeficient toplotne prevodnosti K materiala sten peči. in toplotna zmogljivost C. Večja kot je vrednost. S, X in manj kot 6, boljši kot je prenos toplote s sten peči na okoliški zrak, bolj so plini ohlajeni in večji je izkoristek peči.

riž. Slika 3. Sprememba temperature produktov zgorevanja v kurišču plinske kurilne peči, odvisno od intenzivnosti prostora peči in časa zgorevanja

Med notranje dejavnike sodijo predvsem vrednost izkoristka kurišča, ki je odvisna predvsem od popolnosti zgorevanja goriva. Pri ogrevalnih pečeh periodičnega delovanja skoraj vedno prihaja do toplotnih izgub zaradi kemičnega nepopolnega zgorevanja in mehanskega pregorevanja. Te izgube so odvisne od popolnosti organizacije procesa zgorevanja, ki jo določa specifična toplotna obremenitev prostornine peči Q/V. Vrednost QIV za kurišče določene izvedbe je odvisna od porabe goriva, ki se zgoreva.

Raziskave in izkušnje delovanja so pokazale, da za vsako vrsto goriva in kurišča obstaja optimalna vrednost Q/V. Pri nizkem Q/V se notranje stene kurišča slabo segrejejo, temperature v območju zgorevanja so nezadostne za učinkovito zgorevanje goriva. S povečanjem Q/V se povečajo temperature v prostornini peči in ko je dosežena določena vrednost Q/V, se dosežejo optimalni pogoji zgorevanja. Z nadaljnjim povečanjem porabe goriva se temperatura še naprej dviguje, vendar se proces zgorevanja v kurišču nima časa zaključiti. Plinaste gorljive komponente se odnesejo v plinske kanale, proces njihovega zgorevanja se ustavi in ​​pojavi se kemično pregorevanje goriva. Na enak način pri preveliki porabi goriva del nima časa izgoreti in ostane na rešetki, kar vodi do mehanskega pregorevanja. Tako je za maksimalno učinkovitost kurilne peči potrebno, da njeno kurišče deluje z optimalno toplotno obremenitvijo.

Izguba toplote v okolje od sten kurišča ne zmanjšajo učinkovitosti peči, saj se toplota porabi za koristno ogrevanje prostora.

Drugi pomemben notranji dejavnik je pretok dimnih plinov Vr. Tudi če pečica deluje optimalna vrednost toplotne obremenitve kurišča, se lahko prostornina plinov, ki prehajajo skozi dimnike, zaradi spremembe koeficienta presežka zraka am, ki je razmerje med dejanskim pretokom zraka, ki vstopa v peč, in njegovo teoretično zahtevano količino močno razlikuje. Za dano vrednost QIV se lahko vrednost am spreminja v zelo širokem razponu. V običajnih pečeh za šaržno ogrevanje je lahko vrednost a v obdobju največjega zgorevanja blizu 1, torej ustreza najmanjši možni teoretični meji. Vendar pa se v obdobju priprave goriva in v fazi naknadnega zgorevanja ostankov vrednost am v šaržnih pečeh običajno močno poveča in pogosto doseže izjemno visoke vrednosti - približno 8-10. S povečanjem at se prostornina plinov poveča, čas njihovega bivanja v sistemu za kroženje dima se zmanjša in posledično se povečajo toplotne izgube z izpušnimi plini.

Na sl. 4 prikazuje grafe odvisnosti izkoristka ogrevalne peči od različnih parametrov. Na sl. 4, a prikazuje vrednosti izkoristka ogrevalne peči glede na vrednosti am, iz katerih je razvidno, da se s povečanjem am z 1,5 na 4,5 izkoristek zmanjša z 80 na 48%. Na sl. 4b prikazuje odvisnost učinkovitosti kurilne peči od površine notranje površine dimnih krogov S, iz česar je razvidno, da se s povečanjem S z 1 na 4 m2 izkoristek poveča s 65 na 90 %.

Poleg tega našteti dejavniki vrednost izkoristka je odvisna od trajanja peči t (slika 4, c). Ko se x poveča, se notranje stene peči segrejejo na višjo temperaturo, plini pa se manj ohladijo. Zato se s povečanjem trajanja peči učinkovitost katere koli ogrevalne peči zmanjša in se približa določeni minimalni vrednosti, značilni za peč te zasnove.

riž. Slika 4. Odvisnost učinkovitosti plinske peči za ogrevanje od različnih parametrov a - od koeficienta odvečnega zraka na površini ​​notranje površine dimnih krogov, m2; b - iz območja notranje površine dimnih krogov pri različnih koeficientih odvečnega zraka; c - od trajanja peči na različnih področjih notranje površine dimnih krogov, m2

Prenos toplote kurilnih peči in njihova zmogljivost za shranjevanje. Pri kurilnih pečeh mora toplota, ki jo morajo dimni plini prenesti v ogrevan prostor, prehajati skozi debelino sten peči. S spremembo debeline sten kurišča in dimnikov se ustrezno spreminjata toplotna upornost in masivnost zida (njegova skladiščna zmogljivost). Na primer, z zmanjšanjem debeline sten se njihova toplotna odpornost zmanjša, toplotni tok se poveča in hkrati se zmanjšajo dimenzije peči. Vendar pa je zmanjšanje debeline sten šaržnih peči, ki delujejo na trdo gorivo, nesprejemljivo iz naslednjih razlogov: pri občasnem kratkotrajnem zgorevanju se notranje površine kurišča in dimnikov segrejejo na visoke temperature in temperaturo peči. zunanja površina v obdobjih največjega zgorevanja bo nad dovoljenimi mejami; po prenehanju zgorevanja zaradi intenzivnega prenosa toplote zunanjih sten v okolje se bo peč hitro ohladila.

Pri velikih vrednostih M se bo sobna temperatura sčasoma spreminjala v širokem razponu in presegala sprejemljive norme. Po drugi strani pa, če je peč položena s preveč debelimi stenami, potem v kratkem času gorenja njena velika paleta ne bo imela časa, da se segreje, poleg tega pa se z zgoščevanjem sten razlika med površina notranje površine dimnikov, ki prejema toploto iz plinov, in površina zunanje površine peči, ki prenaša toploto, se poveča zunanji zrak, zaradi česar je zunanja temperatura peči prenizka za učinkovito ogrevanje prostora. Zato obstaja taka optimalna debelina stene (1/2-1 opeke), pri kateri niz šaržnih peči med pečjo akumulira zadostno količino toplote in hkrati dovolj toplote zunanje površine peči za normalno ogrevanje prostora.

Pri uporabi tekočih ali plinastih goriv v ogrevalnih pečeh je neprekinjen način zgorevanja povsem dosegljiv, zato pri neprekinjenem zgorevanju ni potrebe po kopičenju toplote zaradi povečanja zidanega niza. Proces prenosa toplote iz plinov v ogrevan prostor je časovno stacioniran. V teh pogojih je mogoče debelino sten in masivnost peči izbrati ne glede na zagotavljanje določene skladiščne vrednosti, temveč na podlagi trdnosti zidane in zagotavljanja ustrezne trajnosti.

Učinek preklopa peči iz serijskega v neprekinjeno je jasno viden na sl. 5, ki prikazuje spremembo temperature notranje površine stene kurišča v primeru periodičnega in neprekinjenega zgorevanja. S periodičnim žganjem se po 0,5-1 uri notranja površina stene kurišča segreje na 800-900 °C.

Tako ostro segrevanje po 1-2 letih delovanja peči pogosto povzroči razpokanje opeke in njihovo uničenje. Takšen režim pa je prisiljen, saj zmanjšanje toplotne obremenitve vodi do prekomernega povečanja trajanja peči.

Pri neprekinjenem zgorevanju se poraba goriva močno zmanjša in temperatura ogrevanja sten kurišča se zmanjša. Kot je razvidno iz sl. 27, pri neprekinjenem zgorevanju za večino razredov premoga se temperatura stene dvigne z 200 na samo 450-500 ° C, medtem ko je s periodičnim zgorevanjem veliko višja - 800-900 ° C. Zato so kurišča šaržnih peči običajno obložena z ognjevzdržnimi opekami, medtem ko kurišča neprekinjenih peči ne potrebujejo obloge, saj temperatura na njihovi površini ne doseže ognjevzdržne meje navadne rdeče opeke (700-750 ° C).

Posledično se z neprekinjenim kurjenjem opeka uporablja učinkoviteje, življenjska doba peči se močno poveča, za večino vrst premoga (razen antracita in pustega premoga) pa je mogoče vse dele peči postaviti iz rdeče opeke.

Potisk v pečice. Da bi dimni plini prisilili, da preidejo iz kurišča skozi dimnike peči v dimnik in premagajo vse lokalne upore, ki se srečujejo na njihovi poti, je treba vložiti določen napor, ki mora preseči te upore, sicer se bo peč kadila. . Ta napor se imenuje potisna sila peči.

Pojav vlečne sile je prikazan na diagramu (slika 6). Dimni plini, ki nastanejo v kurišču, so lažji od okoliškega zraka, se dvigajo navzgor in napolnijo dimnik. Stolpec zunanjega zraka nasprotuje stebru plinov v dimniku, vendar je zaradi hladnosti veliko težji od stolpca plinov. Če je skozi vrata peči potegnjena običajna navpična ravnina, bo na desni strani nanjo deloval (pritisnil) stolpec vročih plinov z višino od sredine vrat peči do vrha dimnika in na levo - stolpec zunanjega hladnega zraka enake višine. Masa levega stebra je večja od desnega, saj je gostota hladnega zraka večja od gostote vročega, zato bo levi steber izpodrinil dimne pline, ki polnijo dimnik, plini pa se bodo premikali v sistemu v smeri od višjega tlaka do nižjega, torej v stran dimnika.

riž. 5. Sprememba temperature na notranji površini stene kurišča a - termostat je nastavljen na spodnjo mejo; b - termostat je nastavljen na zgornjo mejo

riž. 6. Shema delovanja dimnika 1-peči; 2- kurišče; 3 - zunanji zračni stolpec; 4 - dimnik

Delovanje vlečne sile je torej v tem, da po eni strani povzroči dvig vročih plinov navzgor, po drugi strani pa prisili zunanji zrak, da prehaja v kurišče za zgorevanje.

Povprečno temperaturo plinov v dimniku lahko vzamemo za enako aritmetično sredino med temperaturo plinov na vstopu in izstopu iz dimnika.

- Glavne značilnosti procesov zgorevanja goriva