Katı yakıtın yanması. Katı yakıtın yanması: ana tiplerin özellikleri ve özellikleri

Katı yakıtın yanma süreci, bir dizi ardışık aşama olarak temsil edilebilir. İlk olarak, yakıt ısınır ve nem buharlaşır. Daha sonra, 100 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda, karmaşık yüksek moleküler organik bileşiklerin pirojenik ayrışması ve uçucu maddelerin salınımı başlar, uçucu maddelerin salınımının başlama sıcaklığı, yakıtın tipine ve kömürleşme derecesine bağlıdır ( kimyasal yaş). Ortam sıcaklığı, uçucu maddelerin tutuşma sıcaklığını aşarsa, tutuşarak kok partikülünün tutuşmadan önce ilave ısınmasını sağlar. Uçucu maddelerin verimi ne kadar yüksek olursa, tutuşma sıcaklıkları o kadar düşük olur ve ısı salınımı artar.

Kok fırını partikülü, çevreleyen baca gazlarının ısısı ve uçucu maddelerin yanması sonucu açığa çıkan ısı nedeniyle ısınır ve 800 ÷ 1000 ° C sıcaklıkta tutuşur. Katı yakıtı toz haline getirilmiş halde yakarken, en küçük kömür parçacığının ısınması çok hızlı gerçekleştiğinden, her iki aşama (uçucu maddelerin ve kok kömürünün yanması) üst üste gelebilir. Gerçek koşullarda, polidispers bir kömür tozu bileşimi ile uğraşıyoruz, bu nedenle, her an, bazı parçacıklar yalnızca ısınmaya başlar, diğerleri uçucu maddelerin salınması aşamasındadır ve yine diğerleri yanma aşamasındadır. kok kalıntısı.

Bir kok fırını partikülünün yanma süreci, hem toplam yakıt yanma süresinin hem de toplam ısı salınımının değerlendirilmesinde belirleyici bir rol oynar. Uçucu madde verimi yüksek olan yakıtlar için bile (örneğin, Moskova yakınlarındaki kahverengi kömür), kok kalıntısı ağırlıkça %55'tir ve ısı salınımı toplamın %66'sıdır. Ve çok düşük uçucu madde verimine sahip yakıt için (örneğin, DS), kok kalıntısı kuru ilk parçacığın ağırlığının %96'sından fazla olabilir ve yanması sırasında ısı salınımı sırasıyla yaklaşık %95'tir. toplam.

Kok kalıntısının yanması üzerine yapılan çalışmalar, bu işlemin karmaşıklığını ortaya çıkarmıştır.

Karbon yanarken, iki olası durum vardır. öncelik doğrudan heterojen oksidasyon reaksiyonları:

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

2C + O2 = 2CO + 10.2 MJ/kg. (15)

CO 2 ve CO oluşumunun bir sonucu olarak, iki ikincil reaksiyonlar:

karbon monoksitin oksidasyonu 2CO + O 2 = 2C02 + 12.7 MJ / kg; (on altı)

karbondioksitin azaltılması СО 2 + С = 2СО - 7.25 MJ / kg. (17)

Ayrıca partikülün sıcak yüzeyinde su buharı varlığında, yani. yüksek sıcaklık bölgesinde, hidrojen salınımı ile gazlaştırma gerçekleşir:

C + H20 = CO + H2. (on sekiz)

Heterojen reaksiyonlar (14, 15, 17 ve 18), karbon parçacığının ağırlığında bir kayıp ile birlikte karbonun doğrudan yanmasını gösterir. Çevreleyen hacimden oksijen difüzyonu nedeniyle partikül yüzeyine yakın homojen bir reaksiyon (16) ilerler ve endotermik reaksiyon (17) sonucunda meydana gelen prosesin sıcaklık seviyesindeki düşüşü telafi eder.

Partikül yüzeyindeki CO ve CO2 arasındaki oran, bu alandaki gazların sıcaklığına bağlıdır. Yani, örneğin deneysel çalışmalara göre, 1200 ° C sıcaklıkta reaksiyon ilerler.

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

ve 1500 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda

3C + 2O 2 = 2CO + CO2 (E = 290 ÷ 375 kJ / g-mol).

Açıkçası, ilk durumda, CO ve CO2 yaklaşık olarak eşit miktarlarda salınırken, sıcaklıktaki bir artışla salınan CO2'nin hacmi CO2'den 2 kat daha fazladır.

Daha önce belirtildiği gibi, yanma hızı esas olarak iki faktöre bağlıdır:

1) hız Kimyasal reaksiyon Arrhenius yasası tarafından belirlenen ve artan sıcaklıkla hızla büyüyen;

2) oksitleyici besleme hızı(oksijen) difüzyon (moleküler veya türbülanslı) nedeniyle yanma bölgesine.

Yanma sürecinin ilk periyodunda, sıcaklık henüz yeterince yüksek olmadığında, kimyasal reaksiyon hızı da düşüktür ve yakıt partikülünü çevreleyen hacimde ve yüzeyinde, yani. yerel bir hava fazlalığı var. Fırının veya brülörün aerodinamiğinde, yanan partiküle oksijen beslemesinin yoğunlaştırılmasına yol açan hiçbir gelişme, yalnızca kimyasal reaksiyonun düşük hızıyla engellenen yanma sürecini etkilemeyecektir, yani. kinetik. Bu - kinetik yanma bölgesi.

Yanma işlemi ilerledikçe ısı açığa çıkar, sıcaklık artar ve sonuç olarak kimyasal reaksiyon hızı oksijen tüketiminde hızlı bir artışa yol açar. Partikül yüzeyindeki konsantrasyonu giderek azalmaktadır ve gelecekte yanma hızı, yalnızca, neredeyse sıcaklıktan bağımsız olan, yanma bölgesine oksijen difüzyon hızı ile belirlenecektir. Bu - difüzyon yanma bölgesi.

V yanma geçiş bölgesi kimyasal reaksiyon ve difüzyon hızları aynı büyüklük mertebesindedir.

Moleküler difüzyon yasasına göre (Fick yasası), oksijenin hacminden partikül yüzeyine transferinin difüzyon hızı

nerede - difüzyon kütle transferi katsayısı;

ve - sırasıyla, hacimdeki ve yüzeydeki oksijenin kısmi basınçları.

Partikül yüzeyindeki oksijen tüketimi, kimyasal reaksiyon hızı ile belirlenir:

, (20)

nerede k Reaksiyon hızı sabit midir?

Sabit durumda geçiş bölgesinde

,

nerede
(21)

(21)'i (20)'ye koyarak, geçiş bölgesindeki yanma hızı için oksitleyici (oksijen) tüketimi cinsinden bir ifade elde ederiz:

(22)

nerede
Yanma reaksiyonunun etkin hız sabitidir.

Nispeten düşük sıcaklıklı bir bölgede (kinetik bölge)
, buradan, k eff = k, ve ifade (22) şu şekli alır:

,

şunlar. bir parçacığın hacmindeki ve yüzeyindeki oksijen konsantrasyonları (kısmi basınçlar) birbirinden çok az farklıdır ve yanma hızı neredeyse tamamen kimyasal reaksiyon tarafından belirlenir.

Sıcaklıktaki bir artışla, bir kimyasal reaksiyonun hız sabiti, üstel Arrhenius yasasına göre büyür (bkz. Şekil 22), moleküler (difüzyon) kütle transferi ise zayıf bir şekilde sıcaklığa bağlıdır, yani

.

Belirli bir sıcaklık T * değerinde, oksijen tüketim oranı, çevredeki hacimden tedarik yoğunluğunu aşmaya başlar, katsayılar α D ve k Aynı mertebeden karşılaştırılabilir miktarlar haline geldiğinde, yüzeydeki oksijen konsantrasyonu gözle görülür şekilde azalmaya başlar ve yanma hızı eğrisi, kinetik yanmanın teorik eğrisinden (Arrhenius yasası) sapar, ancak yine de belirgin şekilde artar. Eğride bir bükülme belirir - süreç bir ara (geçiş) yanma bölgesine gider. Oksitleyici maddenin nispeten yoğun temini, partikülün yüzeyindeki oksijen konsantrasyonundaki bir azalmaya bağlı olarak, yığın içindeki ve yüzeydeki oksijenin kısmi basınçlarındaki farkın artması gerçeğiyle açıklanır.

Yanmanın yoğunlaştırılması sürecinde, yüzeydeki oksijen konsantrasyonu pratik olarak sıfır olur, yüzeye oksijen beslemesi sıcaklığa zayıf bir şekilde bağlıdır ve pratik olarak sabit hale gelir, yani. α D << k, ve buna göre, süreç difüzyon bölgesine gider

.

Difüzyon bölgesinde, yakıtın hava ile karıştırılması işleminin yoğunlaştırılması (brülörlerin iyileştirilmesi) veya partikül üzerine üflenen havanın hızının arttırılması (fırın aerodinamiğinin iyileştirilmesi) ile yanma hızında bir artış elde edilir. yüzeydeki sınır tabakasının kalınlığı azalır ve partiküle oksijen beslemesi yoğunlaşır.

Daha önce belirtildiği gibi, katı yakıt ya büyük (özel hazırlık olmadan) topaklar (katmanlı yanma) ya da ezilmiş taşlar (akışkan yatak ve düşük sıcaklık girdabı) ya da ince toz şeklinde yakılır ( parlama yöntemi).

Açıkçası, en büyük bağıl hız yakıt parçacıklarının üflenmesi tabakanın yanması sırasında olacaktır. Girdap ve alev yakmada, yakıt parçacıkları baca gazı akışındadır ve bunların üfleme hızları sabit bir yataktakinden çok daha düşüktür. Buradan hareketle, kinetik bölgeden difüzyon bölgesine geçişin her şeyden önce küçük parçacıklar, yani. toz için. Ek olarak, bir dizi çalışma, bir gaz-hava karışımı akışında asılı duran bir kömür tozu partikülünün o kadar zayıf bir şekilde üflendiğini göstermiştir ki, gelişen yanma ürünleri onun etrafında bir bulut oluşturur, bu da ona oksijen tedarikini büyük ölçüde engeller. Ve parlama yöntemiyle tozun heterojen yanmasının yoğunlaşması, muhtemelen toplam reaksiyona giren yüzeydeki son derece önemli bir artışla açıklanıyordu. Ancak, bariz olan her zaman doğru değildir. .

Yüzeye oksijen verilmesi, difüzyon yasaları tarafından belirlenir. Laminer bir akışta küçük bir küresel parçacığın ısı transferi üzerine yapılan araştırmalar, genelleştirilmiş bir kriter bağımlılığını ortaya çıkardı:

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

Küçük kok parçacıkları için (Re'de< 1, что соответствует скорости витания мелких частиц), Nu → 2, т.е.

.

Her ikisi de moleküllerin hareketi tarafından belirlendiğinden, ısı ve kütle transferi süreçleri arasında bir benzerlik vardır. Bu nedenle, ısı transferi yasaları (Fourier ve Newton-Richman yasaları) ve kütle aktarımı (Fick yasası) benzer bir matematiksel ifadeye sahiptir. Bu yasaların biçimsel analojisi, yayılma süreçleriyle ilgili olarak yazmamıza izin verir:

,

nerede
, (23)

burada D moleküler difüzyon katsayısıdır (termal işlemlerde termal iletkenlik katsayısına benzer λ).

(23) formülünden aşağıdaki gibi, difüzyon kütle transferi katsayısı a D parçacığın yarıçapı ile ters orantılıdır. Sonuç olarak, yakıt partiküllerinin boyutunda bir azalma ile partikül yüzeyine oksijen difüzyon süreci yoğunlaşır. Böylece, kömür tozunun yanması sırasında, difüzyonlu yanmaya geçiş, daha yüksek sıcaklıklara doğru kayar (parçacıkların üfleme hızında daha önce belirtilen düşüşe rağmen).

Sovyet bilim adamları tarafından yirminci yüzyılın ortalarında yürütülen çok sayıda deneysel çalışmaya göre. (G.F. Knorre, L.N. Khitrin, A.S. Predvoditelev, V.V. Pomerantsev, vb.) oksijen kaynağının yoğunlaştırılmasının büyük önem taşıdığı difüzyon. Bu durumda yüzeye oksijen difüzyonunun artmasıyla birlikte daha yüksek bir sıcaklıkta yanma hızının yavaşlaması başlar.

Difüzyon bölgesindeki küresel bir karbon parçacığının yanma süresi, ilk parçacık boyutuna ikinci dereceden bir bağımlılığa sahiptir:

,

nerede r Ö- ilk parçacık boyutu; ρ H- karbon parçacığının yoğunluğu; D Ö , P Ö , T Ö- sırasıyla difüzyon katsayısının, basıncın ve sıcaklığın ilk değerleri;
- partikülden önemli bir mesafede fırın hacmindeki ilk oksijen konsantrasyonu; β - stokiyometrik oranlarda yanmış karbonun birim ağırlığı başına oksijen tüketiminin ağırlığına karşılık gelen stokiyometrik katsayı; T m- logaritmik sıcaklık:

nerede T P ve T G- sırasıyla, partikül yüzeyinin ve çevreleyen baca gazlarının sıcaklıkları.

Konu 15. KATI VE SIVI YAKITLAR VE YANMASI

15.1 Katı ve sıvı yakıtların yanmasının hesaplanması

Katı ve sıvı yakıtların yanma süreçlerini hesaplamak için yanma sürecinin malzeme dengesi derlenir.

Yanma sürecinin malzeme dengesi, ilk maddeler (yakıt, hava) ile nihai ürünler (baca gazları, kül, cüruf) arasındaki nicel oranları ifade eder ve ısı dengesi, ısının gelişi ve tüketimi arasındaki eşitliktir. Katı ve sıvı yakıtlar için, malzeme ve ısı dengeleri 1 kg yakıt başına, gaz fazı için - normal koşullarda (0.1013 MPa, O ° C) 1 m3 kuru gaz için. Hava ve gaz halindeki ürünlerin hacimleri de normalize edilmiş metreküp cinsinden ifade edilir.

Katı ve sıvı yakıtlar yakıldığında, yanıcı maddeler çeşitli oksidasyon durumlarında oksitler oluşturmak üzere oksitlenebilir. Karbon, hidrojen ve kükürtün yanma reaksiyonları için stokiyometrik denklemler aşağıdaki gibi yazılabilir:

Hava ve yanma ürünlerinin hacimlerini hesaplarken, geleneksel olarak, tüm yanıcı maddelerin, yalnızca en yüksek oksidasyon durumuna sahip oksitlerin oluşumuyla (a, c, d reaksiyonları) tamamen oksitlendiği varsayılır.

(a) denkleminden, 1 kmol karbonun (12 kg) tam oksidasyonu için 1 kmol, yani 22.4 m3 oksijen tüketilir ve 1 kmol (22.4 m3) karbon monoksit oluşur. Buna göre 1 kg karbon için 22.4 / 12 = 1.866 m3 oksijen gerekir ve 1.866 m3 CO2 oluşur. 1 kg yakıt С p / 100 kg karbon içerir. Yanması için 1.866 · С p / 100 m3 oksijen gerekir ve yanma sırasında 1.866 Сp / 100 m3 CO2 oluşur.

Benzer şekilde, 1 kg yakıtta bulunan yanıcı kükürtün (μ s = 32) oksidasyonu için (c) ve (d) denklemlerinden, (22.4 / 32) S pl / 100 m3 oksijen gereklidir ve aynı hacimde SO 2 oluşur... Ve 1 kg yakıtta bulunan hidrojenin () oksidasyonu için 0,5 (22.4 / 2.02) Np / 100 m3 oksijen ve (22.4 / 2.02) 3 buhar gerekecektir.

Elde edilen ifadeleri özetlemek ve yakıttaki oksijeni dikkate almak (
), basit dönüşümlerden sonra, 1 kg katı veya sıvı yakıtın tam yanması için teorik olarak gerekli oksijen miktarını belirlemek için formül elde ederiz, m 3 / kg:

Teorik olarak gerekli miktarda hava ile tam yanma sürecinde, CO 2, SO 2, N 2 ve H 2 O - karbon oksitlerden ve kükürtten oluşan gaz halinde ürünler oluşur ve kuru triatomik gazlardır. Genellikle birleştirilirler ve RO 2 = CO 2 + SO 2 ile gösterilirler.

Katı ve sıvı yakıtların yakılmasında, yanma ürünlerinin teorik hacimleri, m 3 / kg, yakıt ve havadaki ilgili bileşenlerin içeriği dikkate alınarak denklemlere (15.1) göre hesaplanır.

Denklemlere göre triatomik gazların hacmi (15.1, a ve b)

Teorik su buharı hacmi , m 3 / kg, hidrojenin yanması sırasında elde edilen hacimden (22.4 / 2.02) (H p / 100), yakıttaki nemin buharlaşması sırasında elde edilen hacimden oluşur, eşit ve hava ile verilen hacim:
,
- özgül su buharı hacmi, m 3 / kg; ρ in = 1.293 kg / m 3 - hava yoğunluğu, d in = 0.01 - havadaki nem içeriği, kg / kg. Dönüşümlerden sonra şunu elde ederiz:

Gerçek hava hacmi V, yanma denklemlerinden hesaplandığında teorik olarak gerekli olandan daha fazla veya daha az olabilir. Gerçek hava hacminin V teorik olarak gerekli V 0'a oranı, hava akış katsayısı α = V / V 0 olarak adlandırılır. α> 1 için hava akış hızı genellikle aşırı hava oranı.

Her yakıt türü için, fırındaki fazla hava oranının optimal değeri, teknik özelliklerine, yanma yöntemine, fırın tasarımına, yanıcı karışım oluşturma yöntemine vb. bağlıdır.

Fazla havada bulunan nitrojen, oksijen ve su buharı nedeniyle yanma ürünlerinin gerçek hacmi teorik olandan daha büyük olacaktır. Hava triatomik gazlar içermediğinden, hacimleri aşırı hava oranına bağlı değildir ve teorik olana eşit, yani sabit kalır.
.

İki atomlu gazların ve su buharının hacmi (m 3 / kg veya m 3 / m 3) aşağıdaki formüllerle belirlenir:

Katı yakıtları yakarken, baca gazlarındaki (g / m3) kül konsantrasyonu formülle belirlenir.

nerede - gazlar tarafından taşınan yakıt külü oranı (değeri, türüne bağlıdır) katı yakıt ve yanma yöntemi ve fırınların teknik özelliklerinden alınmıştır).

0,1 MPa toplam basınçta kısmi basınçlarına eşit kuru triatomik gazların ve su buharının hacim fraksiyonları formüllerle hesaplanır.

Yakıtın tamamen yanması durumunda, hacimleri hesaplamak için tüm formüller geçerlidir. Aynı formüller, hesaplama için yeterli doğrulukta, verilen standart değerler ise, yakıtın eksik yanması için geçerlidir. teknik özellikler ateş kutusu.

15.2 Katı yakıt yakmanın üç aşaması

Katı yakıtın yanması birkaç aşamadan oluşur: ısıtma, yakıt kurutma, uçucu maddelerin süblimleşmesi ve kok oluşumu, uçucu maddelerin ve kok kömürünün yanması. Tüm bu aşamalardan belirleyici aşama, kok kalıntısının yanma aşamasıdır, yani yoğunluğu, bir bütün olarak yakıt yanmasının ve gazlaştırmanın yoğunluğunu belirleyen karbon yanma aşamasıdır. Karbon yanmasının belirleyici rolü şu şekilde açıklanmaktadır.

Birincisi, yakıtlardaki katı karbon, neredeyse tüm doğal katı yakıtların ana yanıcı bileşenidir. Örneğin, antrasitin kok kalıntısının yanma ısısı, yanıcı kütlenin yanma ısısının %95'idir. Uçucu maddelerin verimindeki bir artışla, kok kalıntısının yanma ısısının oranı azalır ve turba durumunda, yanıcı kütlenin yanma ısısının %40.5'i olur.

İkinci olarak, kok kalıntısının yanma aşaması, tüm aşamalar arasında en uzun olanıdır ve toplam yanma süresinin %90'ını alabilir.

Üçüncüsü, kok yakma işlemi, diğer aşamaların seyri için termal koşulların yaratılmasında belirleyici bir öneme sahiptir. Buradan, temel katı yakıtları yakmak için teknolojik bir yöntemin doğru yapısı, karbonun yanması için en uygun koşulları yaratmaktır.

Bazı durumlarda, yanma süreci için ikincil hazırlık aşamaları belirleyici olabilir. Bu nedenle, örneğin, çok nemli yakıt yakılırken, ön kurutma aşaması belirleyici olabilir. Bu durumda, örneğin, yakıtın fırından alınan gazlarla kurutulmasıyla teknolojik bir yanma yöntemi kullanılarak, yakıtın yanma için ön hazırlığının güçlendirilmesi rasyoneldir.

Güçlü buhar jeneratörleri büyük miktarda yakıt ve hava tüketir. Örneğin, 300 MW'lık bir buhar jeneratörü için yakıt tüketimi - antrasit atık 32 kg / s ve hava tüketimi 246 m3 / s ve 800 MW'lık buhar jeneratöründe 128 kg Berezovsky kömürü ve 555 m3 hava her saniye tüketilir. Bazı durumlarda, pulverize kömür buhar jeneratörlerinde yedek olarak sıvı veya gaz yakıt kullanılır.

Pulverize yakıtların yanma işlemi, yanma ürünlerinin karıştığı büyük kütleli yakıt ve hava akışlarında yanma odasının hacminde gerçekleşir.

Pulverize yakıtların yanması için temel, yakıtın yanıcı bileşenlerinin atmosferik oksijen ile kimyasal reaksiyonudur. Bununla birlikte, yanma odasındaki yanmanın kimyasal reaksiyonları, yakıtın ve oksitleyicinin yanma odasında kalmasından çok kısa bir süre (1-2 s) içinde güçlü toz-gaz-hava akışlarında ilerler. Bu reaksiyonlar, eşzamanlı fiziksel süreçlerle güçlü karşılıklı etki koşulları altında gerçekleşir. Bu süreçler:

Yanma odasına verilen, bir jet sisteminde yanıcı bir karışım oluşturan, bir akışa geçen ve birlikte girdap akışlarının gelişmesiyle yanma odasının sınırlı bir alanında yayılan gaz ve dağılmış katı maddelerin hareketi süreci. fırın aerodinamiğinin karmaşık bir yapısını oluşturur;

Bir gaz akımında başlangıç ​​malzemelerinin ve reaksiyon ürünlerinin türbülanslı ve moleküler difüzyonu ve konvektif transferi ve ayrıca gaz halindeki reaktiflerin dağılmış parçacıklara transferi;

Yanma ürünlerinin gaz akışlarında ve ilk karışımda ve gaz akışları ile bunlarda bulunan yakıt parçacıkları arasında ısı değişimi ve ayrıca reaksiyon ortamındaki kimyasal dönüşüm sırasında açığa çıkan ısının transferi;

Yanma odasında bir gaz ortamı ve ekran yüzeyleri ile bir toz-gaz-hava karışımı ile parçacıkların radyasyon ısısı değişimi;

Parçacıkların ısıtılması, uçucu maddelerin süblimleştirilmesi, bunların bir gaz hacminde taşınması ve yanması vb.

Bu nedenle, kömür tozunun yanması, karşılıklı iletişim ve karşılıklı etki koşulları altında meydana gelen kimyasal reaksiyonlar ve fiziksel süreçlerden oluşan karmaşık bir fizikokimyasal süreçtir.

15.3 Tabaka, parlama ve siklonik katı yakıt yanması

Kazanların fırın cihazları - topaklı yakıt ve hazne yakmak için - gaz, sıvı ve katı pulverize yakıt yakmak için katmanlı olabilir.

Yanma işlemlerini organize etmek için seçeneklerden bazıları Şekil 15.1'de gösterilmiştir.

Katmanlı fırınlar yoğun ve akışkan yataklı olarak mevcuttur, hazneli fırınlar parlama ve siklonik olarak ikiye ayrılır.

Pirinç. 15.1. Yanma işlemlerinin organizasyon şemaları

Yoğun bir katmanda yanarken, yanma havası, kararlılığını etkilemeden katmandan geçer, yani. yakıt parçacıklarının yerçekimi dinamik hava kafasından daha büyüktür.

Akışkan yatakta yanma sırasında, artan hava hızı nedeniyle, yataktaki partiküllerin stabilitesi bozulur, "kaynama" durumuna geçerler, yani. askıya alınmış bir duruma geçer. Bu durumda, yanma sürecinin yoğunlaştırılmasına katkıda bulunan yakıt ve oksitleyicinin yoğun bir karışımı vardır.

Parlama yanması sırasında, yakıt, katı yakıt parçacıklarının 100 mikrona kadar bir boyuta sahip olması gereken yanma odasının hacminde yanar.

Siklonik yanma sırasında, merkezkaç kuvvetlerinin etkisi altındaki yakıt parçacıkları yanma odasının duvarlarına atılır ve yüksek sıcaklık bölgesinde dönen bir akışta olmak tamamen yanar. Parlamadan daha büyük partikül boyutuna izin verilir. Yakıtın sıvı cüruf formundaki mineral bileşeni sürekli olarak siklon fırınından çıkarılır.

15.4 Sıvı yakıtın yanma özellikleri

Her sıvı yakıt, herhangi bir sıvı madde gibi, belirli bir sıcaklıkta, yüzeyinin üzerinde artan sıcaklıkla artan belirli bir buhar basıncına sahiptir.

Yüzeyi serbest bir sıvı yakıt tutuşturulduğunda, yüzeyin üzerindeki boşlukta bulunan buharı tutuşarak yanan bir meşale oluşturur. Torç tarafından yayılan ısı nedeniyle buharlaşma önemli ölçüde artar. Torç ve sıvı ayna arasındaki sabit bir ısı transferi rejimi ile, buharlaşan ve dolayısıyla yanan yakıt miktarı maksimum bir değere ulaşır ve daha sonra zamanla sabit kalır.

Deneyler, serbest bir yüzeye sahip sıvı yakıtları yakarken, buhar fazında yanmanın meydana geldiğini göstermektedir; torç sıvının yüzeyinden belirli bir mesafeye monte edilmiştir ve torcu sıvı yakıtla potanın kenarından ayıran koyu bir şerit açıkça görülebilir. Yanma bölgesinden buharlaşma aynasına gelen radyasyonun yoğunluğu, şekline ve boyutuna bağlı değildir, sadece yakıtın fizikokimyasal özelliklerine bağlıdır ve her sıvı yakıt için karakteristik bir sabittir.

Bir sıvı yakıtın, yüzeyinin üzerindeki buharların, tutuşturma kaynağı yukarı getirildiğinde tutuşabilecek hava ile bir karışım oluşturduğu sıcaklığına parlama noktası denir.

Sıvı yakıtlar buhar fazında yandığından, kararlı durumda yanma hızı, sıvının aynasından buharlaşma hızı ile belirlenir.

Serbest yüzeyli sıvı yakıtların yanma süreci aşağıdaki gibidir. Sabit bir yanma durumunda, torç tarafından yayılan ısı sıvı yakıtı buharlaştırır. Çevredeki boşluktan gelen hava, difüzyon yoluyla buhar fazındaki yakıtın yükselen akışına nüfuz eder. Bu şekilde elde edilen karışım buharlaşma aynasından 0,5-1 mm mesafede koni şeklinde yanan bir meşale oluşturur. Karışımın yakıt ve havanın stokiyometrik oranına karşılık gelen bir orana ulaştığı yüzeyde kararlı yanma gerçekleşir. Bu varsayım, bir gazın difüzyonla yanması durumundaki ile aynı düşüncelerden kaynaklanmaktadır. Kimyasal reaksiyon, kalınlığı bir milimetrenin birkaç fraksiyonunu geçmeyen torç cephesinin çok ince bir tabakasında gerçekleşir. Torç tarafından işgal edilen hacim, yanma bölgesi tarafından iki kısma ayrılır: torç içinde yanıcı sıvı ve yanma ürünleri buharları ve yanma bölgesinin dışında - yanma ürünlerinin hava ile karışımı vardır.

Torç içinde yükselen sıvı yakıt buharlarının yanması iki aşamadan oluşur: oksijenin yanma bölgesine difüzyonla beslenmesi ve alev cephesinde meydana gelen kimyasal reaksiyonun kendisi. Bu iki aşamanın hızları aynı değildir; yüksek sıcaklıklarda meydana gelen kimyasal reaksiyon çok hızlıdır, oksijenin difüzyon kaynağı ise toplam yanma oranını sınırlayan yavaş bir süreçtir. Sonuç olarak, bu durumda, difüzyon bölgesinde yanma meydana gelir ve yanma hızı, yanma bölgesine oksijen difüzyon hızı ile belirlenir.

Serbest yüzeyden çeşitli sıvı yakıtların yanması sırasında yanma bölgesine oksijen sağlama koşulları yaklaşık olarak aynı olduğundan, alev cephesine, yani yan yüzeyine atıfta bulunulan yanma oranlarının beklenmesi gerekir. alev de aynı olmalıdır. Torcun uzunluğu ne kadar büyük olursa, buharlaşma oranı o kadar büyük olur.

Sıvı yakıtların serbest bir yüzeyden yanmasının özel bir özelliği, büyük bir kimyasal alt yanmadır. Serbest bir yüzeyden yakıldığında karbonlu bir bileşik olan her yakıt, karakteristik düşük kimyasal maruziyete sahiptir, yani %:

alkol için ......... 5,3

gazyağı için ........ 17.7

benzin için ........ 12.7

benzen için ......... 18.5.

Kimyasal düşük yanma oluşumunun resmi aşağıdaki gibi sunulabilir.

Buharlı hidrokarbonlar, koni biçimli bir torç içinde alev cephesine hareket ederken, oksijenin olmadığı yüksek sıcaklık bölgesinde olduklarında, serbest karbon ve hidrojen oluşumuna kadar termal ayrışmaya uğrarlar.

Bir alevin parlaması, içindeki serbest karbon parçacıklarının varlığından kaynaklanmaktadır. Yanma sırasında açığa çıkan ısı nedeniyle ısınan ikincisi, az çok parlak ışık yayar.

Serbest karbonun bir kısmının yanacak zamanı yoktur ve yanma ürünleri tarafından kurum şeklinde taşınarak dumanlı bir meşale oluşturur.

Ayrıca karbonun varlığı CO oluşumuna neden olur.

Yanma ürünlerindeki yüksek sıcaklık ve düşük CO ve CO2 kısmi basıncı CO oluşumunu destekler.

Yanma ürünlerinde bulunan karbon ve CO miktarları, kimyasal yetersiz yanma miktarını belirler. Sıvı yakıttaki karbon içeriği ne kadar yüksekse ve hidrojene ne kadar az doymuşsa, saf karbon oluşumu o kadar büyük, torç o kadar parlak ve kimyasal düşük yanma o kadar büyük olur.

Bu nedenle, sıvı yakıtların serbest bir yüzeyden yanması üzerine yapılan çalışmalar şunları göstermiştir:

1) sıvı yakıtların yanması, buhar fazında buharlaştıktan sonra gerçekleşir. Sıvı yakıtların serbest yüzeyden yanma hızı, torç ve buharlaşma aynası arasında sabit bir ısı alışverişi durumunda, yanma bölgesi tarafından yayılan ısı nedeniyle buharlaşma hızı ile belirlenir;

2) serbest yüzeyden sıvı yakıtların yanma hızı, ısıtma sıcaklıklarında bir artışla, yanma bölgesinin daha yüksek radyasyon yoğunluğuna sahip yakıta geçişle, daha düşük buharlaşma ısısı ve ısı kapasitesi ile artar ve boyuta bağlı değildir. ve buharlaşma aynasının şekli;

3) sıvı yakıtın serbest yüzeyinden yanan buharlaşma aynası üzerindeki yanma bölgesinin radyasyon yoğunluğu sadece fizikokimyasal özelliklerine bağlıdır ve her sıvı yakıt için karakteristik bir sabittir;

4) sıvı yakıtın buharlaşma yüzeyinin üzerindeki difüzyon alevinin ön tarafındaki ısı stresi, pratik olarak potanın çapına ve yakıt tipine bağlı değildir;

5) sıvı yakıtların serbest bir yüzeyden yanması, değeri her yakıt için karakteristik olan artan kimyasal düşük yanma ile karakterize edilir.

Sıvı yakıtların yanmasının buhar fazında gerçekleştiği göz önüne alındığında, bir damla sıvı yakıtın yanma süreci aşağıdaki gibi gösterilebilir.

Bir damla sıvı yakıt, bu yakıtın buharlarıyla doymuş bir atmosferle çevrilidir. Küresel bir yüzey üzerinde damlanın yakınında bir yanma bölgesi kurulur. Bir oksitleyici ile sıvı yakıt buharları karışımının kimyasal reaksiyonu çok hızlı gerçekleşir, bu nedenle yanma bölgesi çok incedir. Yanma hızı, en yavaş aşama ile belirlenir - yakıtın buharlaşma hızı.

Damlacık ve yanma bölgesi arasındaki boşluk, sıvı yakıt buharları ve yanma ürünleri içerir. Yanma bölgesinin dışındaki alanda - hava ve yanma ürünleri.

Yakıt buharları içten yanma bölgesine, oksijen ise dışarıdan yayılır. Burada, karışımın bu bileşenleri, ısı salınımının eşlik ettiği kimyasal bir reaksiyona girer. Yanma bölgesinden ısı dışarıya ve damlama aktarılır ve yanma ürünleri çevredeki boşluğa ve yanma bölgesi ile damla arasındaki boşluğa yayılır. Bununla birlikte, ısı transfer mekanizması henüz net değildir.

Bazı araştırmacılar, yanan bir damlacığın buharlaşmasının, damlacık yüzeyinin yakınındaki durgun bir sınır filmi yoluyla moleküler ısı aktarımı nedeniyle gerçekleştiğine inanmaktadır.

Yüzeydeki azalma nedeniyle damlacık yanarken toplam buharlaşma azalır, yanma bölgesi daralır ve damlacık tamamen yandığında kaybolur.

Bir damla tamamen buharlaşan sıvı yakıtın yanma süreci, durgun halde bu şekilde ilerler. Çevre veya onunla aynı hızda hareket etmek.

Küresel yüzeye yayılan oksijen miktarı, diğer şeyler eşit olmak üzere, çapının karesi ile orantılıdır; bu nedenle, yanma bölgesinin damlacıktan belirli bir mesafede kurulması, aynı ile karşılaştırıldığında daha yüksek bir yanma hızına neden olur. yanma sırasında kimyasal reaksiyonun pratik olarak yüzeyde ilerlediği katı yakıt parçacığı ...

Bir damla sıvı yakıtın yanma hızı, buharlaşma hızı ile belirlendiğinden, yanma süresi, yanma bölgesinden alınan ısı nedeniyle buharlaşmasının ısı dengesinin denklemine dayanarak hesaplanabilir.

Sıvı yakıtların yanması, buhar fazında buharlaşmalarından sonra meydana geldiğinden, yoğunlaşması, buharlaşmanın ve karışım oluşumunun yoğunlaşması ile ilişkilidir. Bu, sıvı yakıtın küçük damlacıklar halinde püskürtülmesiyle buharlaşma yüzeyinin arttırılması ve elde edilen buharların, içinde düzgün bir şekilde dağılmış yakıt dağılımı ile hava ile iyi bir şekilde karıştırılmasıyla elde edilir. Bu iki görev, brülörlerin hava kanalları yoluyla hazneli fırına sağlanan hava akımlarında sıvı yakıt püskürten nozullu brülörler kullanılarak gerçekleştirilir.

Yanma için gerekli olan hava meme ağzına verilir, ince atomize edilmiş sıvı yakıtı yakalar ve yanma odasında izotermal olmayan taşmalı bir jet oluşturur. Yayılan jet, yanma ürünlerinin sürüklenmesi nedeniyle ısınır Yüksek sıcaklık... En küçük sıvı yakıt damlacıkları, jette konvektif ısı değişimi ile ısıtılır ve buharlaşır. Atomize yakıt ayrıca, baca gazları ve kırmızı-sıcak astar tarafından yayılan ısının emilmesi nedeniyle ısıtılır.

Başlangıç ​​bölümünde ve özellikle jetin sınır tabakasında alevin yoğun ısınması damlacıkların hızlı buharlaşmasına neden olur. Hava ile karışan yakıt buharları, tutuşarak bir meşale oluşturan yanıcı bir gaz-hava karışımı oluşturur.

Bu nedenle, sıvı yakıtın yanma süreci aşağıdaki aşamalara ayrılabilir: sıvı yakıtın atomizasyonu, buharlaşma ve bir gaz-hava karışımının oluşumu, yanıcı bir karışımın tutuşması ve ikincisinin yanması.

Gaz-hava karışımının sıcaklığı ve konsantrasyonu, jetin enine kesiti boyunca değişir. Jetin dış sınırına yaklaştıkça sıcaklık yükselir ve yanıcı karışımın bileşenlerinin konsantrasyonu azalır. Buhar-hava karışımında alev yayılma hızı bileşime, konsantrasyona ve sıcaklığa bağlıdır ve sıcaklığın çevreleyen baca gazlarının sıcaklığına yakın olduğu jetin dış katmanlarında maksimum değerine ulaşır. yanıcı karışım burada yanma ürünleri ile yüksek oranda seyreltilir. Bu nedenle, bir akaryakıt alevinde tutuşma, çevreden kökte başlar ve daha sonra tüm bölüm boyunca jetin derinliklerine yayılır ve eksenine, memeden önemli bir mesafede, yayılması sırasında merkezi jetlerin yer değiştirmesine eşit olarak ulaşır. çevreden eksene alev. Ateşleme bölgesi, tabanı brülör muhafazasının çıkış bölümünden kısa bir mesafede bulunan uzun bir koni şeklini alır.

Ateşleme bölgesinin konumu, karışımın hızına bağlıdır; bölge, tüm noktalarında alev yayılma hızı ile hareket hızı arasında bir dengenin kurulduğu bir konumu işgal eder. En yüksek hıza sahip merkezi jetler, fırın boşluğunda hareket ettikçe bozunur ve hızın düştüğü yere göre ateşleme bölgesinin uzunluğunu belirler. mutlak değer alev yayılma hızı.

Buharlı hidrokarbonların ana kısmının yanması, torcun dış tabakasını küçük kalınlıkta kaplayan ateşleme bölgesinde meydana gelir. Yüksek moleküler ağırlıklı hidrokarbonlar, kurum, serbest karbon ve buharlaşmamış sıvı yakıt damlacıklarının yanması, ateşleme bölgesinin ötesinde devam eder ve alevin toplam uzunluğunu belirleyen belirli bir alan gerektirir.

Ateşleme bölgesi, torcun kapladığı alanı iki alana ayırır: iç ve dış. İçinde iç alan buharlaşma ve yanıcı bir karışımın oluşumu süreci devam eder.

İç bölgede, oksidasyon ve ayrışmalarına eşlik eden buharlı hidrokarbonlar ısıtılır. Oksidasyon işlemi nispeten düşük sıcaklıklarda başlar - yaklaşık 200-300 ° C. 350-400 °C ve üzerindeki sıcaklıklarda termal bozunma süreci başlar.

Hidrokarbonların oksidasyon süreci, bir miktar ısı açığa çıktığından ve sıcaklık yükseldiğinden ve hidrokarbonların bileşimindeki oksijenin varlığı, daha fazla oksidasyona katkıda bulunduğundan, sonraki yanma sürecini desteklemektedir. Tersine, elde edilen yüksek moleküler ağırlıklı hidrokarbonların yakılması zor olduğundan, termal bölünme işlemi istenmez.

Akaryakıtlardan sadece enerji sektöründe fuel oil kullanılmaktadır. Akaryakıt, yaklaşık 300 °C sıcaklıkta yağın damıtılmasından elde edilen bir kalıntıdır, ancak damıtma işleminin eksik olması nedeniyle, akaryakıt 300 °C'nin altındaki sıcaklıklarda hala belirli miktarda daha hafif damıtık buharları yayar. Bu nedenle, püskürtülen bir akaryakıt jeti fırına girdiğinde ve yavaş yavaş ısındığında, bir kısmı buhara dönüşür ve bir kısmı yaklaşık 400 ° C'lik bir sıcaklıkta bile hala sıvı halde olabilir.

Bu nedenle, akaryakıt yakarken, oksidatif reaksiyonları teşvik etmek ve mümkün olan her şekilde yüksek sıcaklıklarda termal ayrışmayı önlemek gerekir. Bunu yapmak için, yanma için gereken tüm hava torç köküne beslenmelidir. Bu durumda, iç bölgede büyük miktarda oksijen bulunması, bir yandan oksidasyon işlemlerini destekleyecek, diğer yandan sıcaklığı düşürecek ve bu da hidrokarbon moleküllerinin oluşumu olmadan daha simetrik olarak ayrışmasına neden olacaktır. önemli miktarda yakılması zor yüksek moleküler ağırlıklı hidrokarbonlar.

Akaryakıtın yanmasından kaynaklanan karışım, buhar ve gaz halindeki hidrokarbonları, sıvı daha ağır kesimleri ve ayrıca hidrokarbonların ayrışması sonucu oluşan katı bileşikleri (yani, üç fazın tümü - gaz, sıvı ve katı) içerir. Hava ile karışan buhar ve gaz halindeki hidrokarbonlar, yanması her yerde meydana gelebilecek yanıcı bir karışım oluşturur. olası yollar yanma gazları. Sıvı damlacıkların ve kokunun yanması sırasında oluşan CO da benzer şekilde yanar.

Torçta, damlacıklar konvektif ısıtma ile ateşlenir; her damlanın etrafında bir yanma bölgesi kurulur. Damlacık yanmasına, kurum ve CO şeklinde kimyasal yetersiz yanma eşlik eder. Yanma sırasında yüksek moleküler ağırlıklı hidrokarbon damlaları katı bir kalıntı - kok verir.

Parlamada oluşan katı bileşikler - kurum ve kok - katı yakıt parçacıklarının heterojen yanması ile aynı şekilde yakılır. Akkor halindeki kurum parçacıklarının varlığı, torcun parlamasına neden olur.

Yeterli hava varsa, yüksek sıcaklıktaki ortamlarda serbest hidrokarbon ve kurum yanabilir. Yerel bir hava eksikliği veya yetersiz yüksek sıcaklık durumunda, belirli bir kimyasal yanma eksikliği ile tamamen yanmazlar, yanma ürünlerini siyaha boyarlar - dumanlı bir meşale.

Yanma bölgesini takip eden, tamamlanmamış yanmanın gaz halindeki ürünlerinin ve katı parçacıkların son yanma bölgesi, alevin toplam uzunluğunu arttırır.

Sıvı yakıtların bir meşalede yakıldıklarında serbest bir yüzeyden yanmasının özelliği olan kimyasal yetersiz yanma, uygun rejim önlemleri ile pratik olarak sıfıra indirilebilir ve azaltılmalıdır.

Bu nedenle, ağır akaryakıtın yanmasını yoğunlaştırmak için iyi atomizasyon gereklidir. Havanın ve akaryakıtın ön ısıtılması akaryakıtın gazlaştırılmasına katkıda bulunur, bu nedenle tutuşma ve yanmayı destekleyecektir. Yanma için gereken tüm hava, torç köküne beslenmelidir. Aynı zamanda, atomize yakıtın hava ile iyi karışmasının yanı sıra, yanan torçta ve özellikle son kısmında, brülör hava kılavuzunun rasyonel tasarımı, nozülün doğru montajı ile karıştırılması gerekir. ve brülör kaplamasının uygun konfigürasyonu. Alev içindeki sıcaklık yeterince yüksek bir seviyede tutulmalı ve yanma işleminin yoğun bir şekilde tamamlanması için alev sonunda en az 1000-1050 °C olmalıdır.

Yanma ürünlerinin (yanma işleminin tamamlanmasından önce) buhar jeneratörünün soğuk ısıtma yüzeyleri ile teması halinde sıcaklık düşebileceğinden, torçta yanma işleminin gelişmesi için yeterli alan sağlanmalıdır. gazlarda bulunan yanmamış kurum ve serbest karbon parçacıklarının yanı sıra yüksek moleküler ağırlıklı hidrokarbonlar yanamaz.

Dönen bir jette bir petrol torçunun yanması, doğrudan akışlı bir jette ele alınan duruma benzer şekilde ilerler. Dönen bir hareketle, jet ekseninde torç köküne sıcak yanma ürünlerinin akışına neden olan bir seyrekleşme bölgesi oluşturulur. Bu, kararlı ateşleme sağlar.

Mekanik ve döner nozullarda santrifüj etkisinin kullanılması sürekli akışta kesintiye neden olur. Meme çıkışının içindeki sıvı, buhar ve gazlarla dolu içi boş bir silindir şeklini alır. Memeden bir emülsiyon akar ve genişleyen bir hiperboloid şeklinde bir sıvı film oluşturur. Hareket yönünde hiperboloidin enine kesiti artar ve sıvı film incelir, titreşmeye başlar ve sonunda akışta daha da rafine olan hızlı hareket eden damlacıklara ayrılır.

Buhar memelerinde, meme memesinden dışarı akan buharın kinetik enerjisi nedeniyle birincil kırma gerçekleştirilir. Birincil parçalanma damlacıkları, genellikle kritik hıza karşılık gelen bir buhar püskürtme hızı kazanır.

15.5 Yakıt Yakma ve Çevre Koruma

15.5.1 Çevre kirliliği kaynağı olarak demir metalurjisi

Yılda 1 milyon ton çelik üreten metalürji tesisi, atmosfere günde 350 ton toz, 400 ton karbon monoksit ve 200 ton kükürt dioksit salıyor. İtibaren toplam metalürji tesislerinden kaynaklanan emisyonlar, toz emisyonlarının %20'sini, karbon monoksitlerin %43'ünü, kükürt dioksitin %16'sını ve nitrojen oksitlerin %23'ünü oluşturmaktadır. Sinter tesisi ve termik santral en fazla emisyona sahiptir. Metalurji tesisinin toplam emisyonlarından, sinter tesisi %34 toz, %82 kükürt dioksit, %23 nitrojen oksit verir. CHP tesisi tozun %36'sını yayar. Böylece, sinter tesisi ve CHPP birlikte, tesis genelindeki toz emisyonlarının yaklaşık %70'ini atmosfere yayar.

Askıda katı parçacıklardan (toz) gazların temizlenmesi ile kimyasal gaz temizleme yöntemleriyle zararlı gaz halindeki maddelerin yakalanması arasında ayrım yapın. Şu anda, atmosfere yayılan gazların zararlı gaz halindeki maddelerden arıtılması, bir dizi değerli maddeyi yakalama ihtiyacı nedeniyle bu tür saflaştırmanın yaygın olduğu kok üretimi hariç, neredeyse hiç kullanılmamaktadır (ve sadece ülkemizde değil). maddeler.

Demirli metalurji tesisleri esas olarak gazların tozdan mekanik olarak temizlenmesini gerçekleştirir. Çalışma prensibine göre uygulanan temizleme yöntemleri kuru ve ıslak olarak ikiye ayrılır. Islak toz toplayıcılar, toz toplama ile aynı anda gazları kükürt dioksitten (SO 3) kısmen arındırmaya izin verir. Ancak bu toz toplayıcılar su tüketimini artırmakta ve su arıtma cihazlarının kullanılmasını gerektirmektedir.

15.5.2 Gazların kuru mekanik temizliği için cihazlar

Toz toplayıcılara ve filtrelere ayrılırlar. Sırasıyla, toz toplayıcılar yerçekimi ve atalet olarak ikiye ayrılır. Yerçekimi toz toplayıcıları, çeşitli tasarımlarda toz odalarına sahiptir. Bu toz toplayıcılarda, toz çökmesi esas olarak yerçekimi etkisi altında meydana gelir. Buradaki atalet kuvvetlerinin gaz akımından toz çıkarma işlemi üzerinde çok az etkisi vardır.

Şekil 15.2, bir radyal toz toplayıcının bir diyagramını göstermektedir. Toz yüklü gaz, sığınakta hareket hızını azaltan ve hareket yönünü 180 0 değiştiren merkezi gaz kanalından girer. Gazın içerdiği toz, yerçekimi ve atalet etkisi altında bunkerde yerleşir ve gaz saf bir şekilde çıkarılır.

Yerçekimi toz toplayıcılar, 100 mikrondan büyük toz parçacıklarının, yani toz partiküllerinin çıkarılmasında etkilidir. yeterince büyük parçacıklar.

Eylemsiz (merkezkaç) toz toplayıcılarda (Şekil 15.3), toz parçacıkları gaz akışı döndüğünde veya döndüğünde oluşan atalet kuvvetinden etkilenir. Bu kuvvet yerçekimi kuvvetinden çok daha büyük olduğu için, gaz akışından yerçekimi temizleme işlemine göre daha küçük parçacıklar çıkarılır.

Böyle bir toz toplayıcının bir örneği, gaz akımından 20 mikrondan büyük toz parçacıklarını uzaklaştıran bir siklondur. Tozlu gaz akımı, gövdeye göre teğet olarak yerleştirilmiş bir branşman borusu vasıtasıyla siklon gövdesinin üst kısmına verilir. Akış dönme hareketi kazanır, atalet kuvvetleri tarafından siklonun duvarlarına ağır toz parçacıkları atılır ve yerçekimi etkisi altında hazneye indirilir ve temizlenmiş gaz siklondan çıkarılır.

Filtreler (şekil 15.4) ince gaz temizliği sağlayan cihazlardır. Filtreleme elemanı tipine göre, kumaş, granül, sinterlenmiş, seramik ile lifli bir filtreleme elemanına sahip filtrelere ayrılırlar. Tipik bir örnek, dokuma filtre elemanlı filtrelerdir: 600 0 C'ye kadar sıcaklıklara dayanabilen doğal ve sentetik kumaşlardan veya metal kumaştan yapılmıştır.

Kumaş filtre, basınçlı hava ile geri yıkama ile yenilenir.

Tozlu gaz hortum bezinden geçerek üzerinde toz partikülleri bırakarak filtreden temizlenir. Toz, kumaş üzerinde biriktikçe hazneye yerleşir. Kumaşın direnci önemli ölçüde arttığında, kumaş manşon hava ile geri yıkamadan gelen tozdan temizlenir.

15.5.3 Elektrofiltreler

Elektrostatik çökelticiler (Şekil 15.5), ince gaz arıtma cihazlarıdır. Bu filtrelerin çalışma prensibi, yüklü parçacıkların birbirleriyle ve metal elektrotlarla kuvvet etkileşimine dayanmaktadır. Benzer yüklü parçacıkların ittiğini ve zıt yüklü parçacıkların çektiğini biliyorsunuz. Elektrostatik çökelticide, bir elektrik alanına düşen toz parçacıkları yüklenir ve daha sonra, toplama elektrotları ile etkileşim kuvvetlerinin etkisi altında, onlara çekilir, üzerlerinde biriktirilir ve yüklerini kaybeder. Örnek olarak, boru şeklindeki bir elektrostatik çökelticinin çalışmasını düşünün. Filtre, tasarımı şemada gösterilmeyen bir gövde ve bir merkezi elektrottan oluşur. Filtre muhafazası topraklanmıştır. Merkezi elektrot, bir kısmı gövdeye bağlı olan ve diğer kısmı ondan izole edilen plakalardan oluşur.

Yalıtımlı ve gövde elektrotlarına bağlı alternatif. Aralarında 25-100 kV mertebesinde bir potansiyel farkı yaratılır. Potansiyel farkın büyüklüğü elektrotların geometrisi tarafından belirlenir ve aralarındaki mesafe ne kadar büyükse o kadar büyük olur. Bunun nedeni, elektrotlar arasında bir korona deşarjı varsa elektrostatik çökelticinin çalışmasıdır.

Elektrotlar arasında geçen gaz iyonize olur. Toz parçacıkları iyonlarla etkileşir, negatif bir yük kazanır ve toplama elektrotlarına çekilir. Elektrotların üzerine yerleşen toz parçacıkları yüklerini kaybeder ve kısmen bunkerin içine düşer.

Filtre periyodik olarak çalkalanarak veya durulanarak temizlenir. Temizleme sırasında filtre kapatılır.

Yüksek fırın gazı kullanıldığında, filtre her 8 saatte bir 15 dakika süreyle yıkanır. Temizlenecek gazın maksimum sıcaklığı 300 0 C'yi geçmemelidir. Temizlenecek gazın çalışma sıcaklığı 250 0 C'dir. Elektrotların yüksekliği 12 m'ye kadardır.

Elektrostatik çökeltici, gazı 1 mikrondan küçük toz parçacıklarından temizler.

15.5.4 Gazların ıslak yıkanması

Islak temizleme cihazlarında tozlu gaz su ile yıkanarak tozun önemli bir kısmının ayrılması sağlanır.

Çeşitli tasarımlardaki yıkayıcılar ve türbülanslı gaz yıkayıcılar, en yaygın olarak demir metalurjisinde kullanılmaktadır.

Scrubbers (şekil 15.6), tozlu gazın sulama suyuna doğru yükseldiği ünitelerdir. Korozyona karşı koruma sağlamak için yıkayıcının iç yüzeyleri seramik ile kaplanmıştır. Yıkayıcıdaki maksimum gaz sıcaklığı 300 0 С Yıkayıcı boyutları: çap - 6-8 m, yükseklik - 20-30 m Su tüketimi - 1.5-2 kg / m3 gaz. Yarı ince toz giderme, yıkayıcılarda gerçekleştirilir.

Pirinç. 15.6. yıkayıcı devresi

Yüksek hızlı bir gaz yıkayıcı (Şekil 15.7), hem bağımsız olarak hem de bir elektrostatik çökelticinin önünde gaz hazırlamak için kullanılan etkili bir ince temizleme cihazıdır. Bir damla tutucu için bir püskürtme borusu ve bir siklondan oluşur. 0,1 mikrona kadar olan toz parçacıklarını yakalar. Gaz kapasitesi 40.000 m3/h ve üzeri. Sulama suyunun spesifik tüketimi 0.15-0.5 kg / m3'tür. Püskürtme borusunun boğazındaki gaz hızı 40-150 m/s'dir.

Yüksek hızlı bir gaz yıkayıcının çalışma prensibi, suyla ağırlıklandırılmış küçük toz parçacıklarının bir siklon içinde yakalanmasına ve ıslatılmasına dayanmaktadır. Toz parçacıkları bir püskürtme borusunda ıslatılır.

Sonuç olarak, çoğu gaz temizleme cihazında 10-20 mikrondan büyük partiküllere sahip tozun iyi yakalandığı belirtilmelidir. 1 mikrondan küçük partiküllü tozlardan temizlik için sadece ince temizleme cihazları uygundur: gözenekli filtreler, elektrostatik çökelticiler, yüksek hızlı gaz yıkayıcılar.

Sayfa 1

Katı yakıtın yanma süreci de birbirini takip eden birkaç aşamadan oluşur. Her şeyden önce, kurutma ve uçucu maddelerin salınması dahil olmak üzere karışım oluşumu ve yakıtın termal hazırlığı gerçekleşir. Ortaya çıkan yanıcı gazlar ve bir oksitleyici ajan varlığında kok kalıntısı, baca gazları ve katı yanıcı olmayan bir kalıntı - kül oluşumu ile daha da yakılır. En uzun, herhangi bir katı yakıtın ana yanıcı bileşeni olan kok - karbonun yanma aşamasıdır. Bu nedenle katı yakıtların yanma mekanizması büyük ölçüde karbonun yanması ile belirlenir.

Katı yakıtın yanma süreci şartlı olarak aşağıdaki aşamalara ayrılabilir: nemin ısıtılması ve buharlaştırılması, uçucu maddelerin süblimleşmesi ve kok oluşumu, uçucu maddelerin ve kok kömürünün yanması ve cüruf oluşumu. Sıvı yakıt yakarken, kok ve cüruf oluşmaz, gaz halindeki yakıtı yakarken sadece iki aşama vardır - ısıtma ve yanma.

Katı yakıtın yanma süreci iki döneme ayrılabilir: yakıtın yanmaya hazırlanma dönemi ve yanma dönemi.

Katı yakıtın yanma süreci şartlı olarak birkaç aşamaya ayrılabilir: nemin ısıtılması ve buharlaşması, uçucu maddelerin süblimleşmesi ve kok oluşumu, uçucu maddelerin yanması, kok yanması.

Katı yakıtın bir akışta yüksek basınçlarda yanması, yanma odalarının boyutlarında bir azalmaya ve ısı streslerinde önemli bir artışa yol açar. Yüksek basınçta çalışan fırınlar yaygın olarak kullanılmamaktadır.

Katı yakıtın yanma süreci teorik olarak yeterince çalışılmamıştır. Bir ara bileşiğin oluşumuna yol açan yanma işleminin ilk aşaması, adsorplanmış durumda oksidanın ayrışma sürecinin seyri ile belirlenir. Daha sonra bir karbon-oksijen kompleksinin oluşumu ve moleküler oksijenin atomik bir duruma ayrışması gelir. Karbon içeren maddelerin oksidasyon reaksiyonlarına uygulanan heterojen kataliz mekanizmaları da oksidanın ayrışmasına dayanır.

Katı yakıtın yanma süreci, şartlı olarak birbiri üzerine bindirilen üç aşamaya ayrılabilir.

Katı yakıtın yanma süreci, iki aşama arasında gevşek bir şekilde tanımlanmış sınırlara sahip iki aşamalı bir süreç olarak düşünülebilir: hızı esas olarak hava beslemesinin hızına ve koşullarına bağlı olan heterojen bir süreçte birincil eksik gazlaştırma ve ikincil - yanma Hızı esas olarak kimyasal reaksiyonların kinetiğine bağlı olan homojen bir süreçte gelişen gazın. Yakıtta ne kadar uçucu olursa, yanma hızı o kadar fazla devam eden kimyasal reaksiyonların hızına bağlıdır.

Siklon fırınlarında katı yakıt yakma işleminin yoğunlaştırılması ve kül toplama derecesinde önemli bir artış elde edilir. külün eridiği ve sıvı cürufun yanma cihazının alt kısmındaki musluk deliklerinden çıkarıldığı C.

Katı yakıtın yanma sürecinin temeli, yanıcı kütlesinin ana bileşeni olan karbonun oksidasyonudur.

Katı yakıtın yanması için, karbon monoksit ve hidrojenin yanma reaksiyonları mutlak ilgi konusudur. Bir dizi proseste uçucu maddelerce zengin katı yakıtlar için ve teknolojik şemalar hidrokarbon gazlarının yanma özelliklerini bilmek gerekir. Homojen yanma reaksiyonlarının mekanizması ve kinetiği Ch. Yukarıdaki ikincil reaksiyonlara ek olarak, bunların listesine, karbon dioksit ve su buharının ayrışmasının heterojen reaksiyonları, karbon monoksitin su buharı ile dönüşüm reaksiyonu ve gözle görülür hızla ilerleyen bir metan oluşumu reaksiyonları ailesi ile devam edilmelidir. yüksek basınç altında gazlaştırma sırasında oranlar.

Katı yakıtların yanma özellikleri

Doğal katı yakıtın termal ayrışması sırasında yayılan yanıcı gazlar ve katran buharları (uçucu olarak adlandırılır), ısıtma sürecinde oksitleyici bir madde (hava) ile karıştırılarak, yüksek sıcaklıklarda, sıradan gazlı yakıt gibi oldukça yoğun yanar. Bu nedenle, yüksek uçucu madde salınımına sahip yakıtların (yakacak odun, turba, petrol şist) yanması, tabii ki içlerindeki balast içeriği (nem artı kül içeriği) olacak kadar yüksek değilse, zorluklara neden olmaz. yanma için gerekli sıcaklığın elde edilmesinin önünde bir engeldir.

Orta (kahverengi ve bitümlü kömürler) ve düşük (yağsız kömürler ve antrasit) uçucu maddelere sahip yakıtların yanma süresi, uçucu maddeler açığa çıktıktan sonra oluşan kok kalıntısının yüzeyindeki reaksiyon hızı ile pratik olarak belirlenir. Bu tortunun yanması, ana miktarda ısının salınmasını da sağlar.

İki faz arasındaki arayüzde reaksiyon(bu durumda, bir kok parçasının yüzeyinde) aranan heterojen. En az iki ardışık süreçten oluşur: yüzeye oksijen difüzyonu ve yakıtla kimyasal reaksiyonu (uçucuların salınmasından sonra neredeyse saf karbon) yüzeyde. Arrhenius yasasına göre artan bir kimyasal reaksiyonun hızı, yüksek sıcaklıklarda o kadar büyük olur ki, yüzeye sağlanan tüm oksijen hemen reaksiyona girer. Sonuç olarak, yanma hızının yalnızca, kütle transferi ve difüzyon yoluyla yanan partikülün yüzeyine oksijen iletiminin yoğunluğuna bağlı olduğu ortaya çıkar. Pratik olarak hem proses sıcaklığından hem de kok kalıntısının reaksiyon özelliklerinden etkilenmeyi bırakır. Bu heterojen reaksiyon moduna genellikle difüzyon denir. Bu modda yanma, yalnızca reaktifin yakıt parçacığının yüzeyine beslenmesinin yoğunlaştırılmasıyla yoğunlaştırılabilir. Bu, farklı fırınlarda farklı yöntemlerle elde edilir.

Katman fırınları. Dağıtım şebekesine belirli bir kalınlıkta bir tabaka ile yüklenen katı yakıt ateşlenir ve hava ile (çoğunlukla aşağıdan yukarıya) üflenir (Şekil 28, a). Kömürün yanması, su buharı ve karbondioksitin kömür tarafından indirgenmesi nedeniyle yakıt parçaları arasında süzülür, oksijen kaybeder ve karbon oksitler (CO 2, CO) ile zenginleştirilir.

Pirinç. 28. Yanma işlemlerinin organizasyon şemaları:

a- yoğun bir katmanda; B - tozlu bir durumda; _v - bir siklon fırınında;

G - akışkan yatakta; V- hava; T, B - yakıt, hava; ZhSH - sıvı cüruf

Oksijenin neredeyse tamamen kaybolduğu bölgeye oksijen denir; yüksekliği iki ila üç çapta yakıttır. Ondan çıkan gazlar sadece CO 2, H 2 O ve N 2 değil, aynı zamanda hem CO 2 hem de H 2 O'nun kömür tarafından indirgenmesi nedeniyle oluşan yanıcı gazlar CO ve H 2'yi ve kömürden yayılan uçucuları içerir. . Tabakanın yüksekliği oksijen bölgesininkinden daha büyükse, oksijen bölgesini sadece CO2 + C = 2CO ve H2O + C = CO + H2 reaksiyonlarının gerçekleştiği bir indirgeme bölgesi takip eder. . Sonuç olarak, yüksekliği arttıkça katmandan çıkan yanıcı gazların konsantrasyonu artar.

Tabakalı fırınlarda tabaka yüksekliği oksijen bölgesinin yüksekliğine eşit veya daha büyük tutulmaya çalışılır. Tabakadan çıkan eksik yanma ürünlerinin (Н 2, СО) yanması ve ayrıca ondan çıkarılan tozun yanması için, tabakanın üzerindeki fırın hacmine ilave hava verilir.

Yakılan yakıt miktarı, sağlanan hava miktarı ile orantılıdır, ancak hava hızındaki belirli bir sınırın üzerindeki bir artış, yoğun katmanın stabilitesini bozar, çünkü bazı yerlerde katmandan geçen hava kraterler oluşturur. Polidispers yakıt her zaman yatağa yüklendiğinden, ince tanelerin taşınması artar. Parçacıklar ne kadar büyük olursa, kararlılığını bozmadan katmandan o kadar hızlı hava üflenebilir. Kaba tahminler için normal koşullar altında 1 m3 havanın yanma ısısınıʼʼ alırsak, α in = 1 3.8 MJ'ye eşittir ve ortalama w nızgaranın birim alanı başına normal koşullara düşen hava tüketimi (m / s), daha sonra yanma aynasının ısı stresi (MW / m 2) olacaktır.

q R = 3.8W n / α içinde(105)

Katmanlı yanma için fırın cihazları, ızgaradaki yakıt tabakasını besleme, hareket ettirme ve zımparalama yöntemine göre sınıflandırılır. Her üç işlemin de manuel olarak gerçekleştirildiği mekanize olmayan fırınlarda 300 - 400 kg/saatten fazla kömür yakılamaz. Endüstride en yaygın olanı, pnömatik-mekanik atıcılar ve ters zincir ızgaralı tamamen mekanize katmanlı fırınlardır (Şekil 29). Bunların özelliği, bir elektrik motoru tarafından tahrik edilen bir konveyör bant ağı şeklinde tasarlanmış, sürekli olarak 1-15 m / s hızında hareket eden bir ızgara üzerinde yakıtın yanmasıdır. Izgara kumaşı, "yıldızlar" tarafından tahrik edilen sonsuz menteşe zincirlerine sabitlenmiş ayrı ızgara elemanlarından oluşur. Yanma için gerekli hava, ızgara elemanları arasındaki boşluklardan ızgara altına verilir.

Pirinç. 29. Pnömatik mekanik atıcı ve ters zincir ızgaralı bir ateş kutusunun şeması:

1 - rendeleyin bezi; 2 - "yıldızları" sür; 3 - yakıt ve cüruf tabakası; 4 – 5 - serpme rotoru; 6 - bant besleyici; 7 - yakıt deposu; 8 - fırın hacmi; 9 - elek boruları; 10 - 11 - fırın astarı; 12 - arka conta; 13 - katmanın altında hava beslemesi için pencereler

Parlama fırınları... Geçen yüzyılda, katmanlı fırınlarda yakma için yalnızca ince tane içermeyen (genellikle 6-25 mm'lik bir fraksiyon) kömür kullanıldı (ve o zaman başkaları yoktu). 6 mm - mızraktan daha ince olan kısım (Alman staub - tozundan) bir atıktı. Bu yüzyılın başında, kömürlerin 0,1 mm'ye kadar ezildiği ve yakılması zor antrasitlerin daha da küçük olduğu, onu yakmak için toz haline getirilmiş bir yöntem geliştirildi. Bu tür toz taneleri gaz akışı tarafından taşınır, aralarındaki bağıl hız çok düşüktür. Ancak yanma süreleri son derece kısadır - saniyeler ve saniyelerin kesirleri. Bu nedenle, 10 m / s'den daha düşük bir dikey gaz hızı ve yeterli bir fırın yüksekliği (modern kazanlarda onlarca metre) ile, brülörden gelen gazla birlikte hareket ederken tozun anında tamamen yanması için zamana sahiptir. ocaktan çıkışa.

Bu ilke, yanma için gerekli hava ile birlikte ince öğütülmüş yanıcı tozun brülörlerden üflendiği parlama (bölme) fırınlarının temelidir (bkz. Şekil 28, b). ) gaz halindeki ile aynı şekilde veya sıvı yakıtlar... Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, oda fırınları, katmanlı fırınlara göre büyük avantajları olan herhangi bir yakıtı yakmak için uygundur. İkinci avantaj, pratik olarak herhangi bir keyfi yüksek güç için bir fırın yaratma yeteneğidir. Bu nedenle oda fırınları artık enerji sektöründe baskın bir konuma sahiptir. Aynı zamanda, küçük fırınlarda, özellikle değişken çalışma modlarında, toz istikrarlı bir şekilde yakılamaz, bu bağlamda, 20 MW'tan daha az termal güce sahip toz haline getirilmiş kömür fırınları yapılmaz.

Yakıt, değirmen cihazlarında ezilir ve toz haline getirilmiş kömür brülörleri aracılığıyla yanma odasına üflenir. Tozla birlikte üflenen taşıma havasına genellikle birincil denir.

Katı yakıtların toz şeklinde odacık yanması ile uçucularısınması sırasında serbest bırakıldıklarında, torçta gaz halinde bir yakıt olarak yanarlar, bu da katı parçacıkların ateşleme sıcaklığına kadar ısınmasına katkıda bulunur ve torcun stabilizasyonunu kolaylaştırır. Birincil hava miktarı uçucu maddeleri yakmak için yeterli olmalıdır. Düşük uçucu madde verimine (örneğin, antrasit) sahip kömürler için toplam hava miktarının %15 - 25'i ile yüksek verimli yakıtlar için % 20 - 55 arasında değişir ( kahverengi kömür). Yanma için gerekli olan havanın geri kalanı (ikincil olarak adlandırılır) fırına ayrı olarak beslenir ve yanma işlemi sırasında zaten tozla karıştırılır.

Tozun tutuşabilmesi için önce yeterince yüksek bir sıcaklığa ısıtılması gerekir. Elbette onunla birlikte (yani birincil) havayı ısıtmak ve taşımak gerekir. Bu yapılmayı başarır sadece akkor yanma ürünlerini toz süspansiyonu akışına karıştırarak.

iyi organizasyon katı yakıtların yanması (özellikle düşük uçucu madde salınımı ile yanması zor), salyangoz brülörleri olarak adlandırılanların kullanılmasıyla sağlanır (Şekil 30).

Pirinç. 30. Katı pulverize yakıt için bobinli brülör: V- hava; T, B - yakıt, hava

Birincil hava ile kömür tozu, içlerine merkezi borudan beslenir ve bir bölücünün varlığı nedeniyle fırına ince bir dairesel jet şeklinde girer. İkincil hava "salyangoz" aracılığıyla sağlanır, içinde kuvvetli bir şekilde döner ve fırına girerek, torç göbeğinden brülör ağzına büyük miktarlarda akkor gazın emilmesini sağlayan güçlü bir türbülanslı dönen torç oluşturur. Bu, yakıt karışımının birincil hava ile ısınmasını ve tutuşmasını hızlandırır, yani alevin iyi bir stabilizasyonunu sağlar. İkincil hava, güçlü türbülansı nedeniyle zaten tutuşmuş tozla iyi karışır. En büyük toz taneleri, uçuşları sırasında fırın hacmi içindeki gaz akışında yanar.

Kömür tozu alevlendiğinde, her an, fırında önemsiz bir yakıt kaynağı vardır - birkaç on kilogramdan fazla değil. Bu, alevlenme sürecini yakıt ve hava tüketimindeki değişikliklere karşı çok hassas hale getirir ve son derece önemli olduğunda, akaryakıt veya gaz yakma durumunda olduğu gibi, fırının verimliliğini pratik olarak anında değiştirmeye izin verir. Aynı zamanda, bu, fırını tozla beslemenin güvenilirliği için gereksinimleri arttırır, çünkü en ufak (birkaç saniye içinde!) Kesinti, torcun patlama tehlikesi ile ilişkili olan torcun sönmesine yol açacaktır. tekrar tedarik edilir. Bu nedenle, kural olarak, toz haline getirilmiş kömür fırınlarına birkaç brülör kurulur.

Brülör ağzının yakınında bulunan torç göbeğindeki yakıtların toz haline getirilmesi sırasında, külün sıvı veya macunsu hale geldiği yüksek sıcaklıklar (1400-1500 ° C'ye kadar) gelişir. Bu külün fırının duvarlarına yapışması, cüruf ile aşırı büyümesine neden olabilir. Bu nedenle, toz haline getirilmiş yakıtın yanması en çok, fırın duvarlarının su soğutmalı borular (elekler) ile kapatıldığı, çevresinde gazın soğutulduğu ve içinde asılı kalan kül parçacıklarının temas etmeden önce katılaşması için zamana sahip olduğu kazanlarda kullanılır. duvar. Toz haline getirilmiş yanma, duvarların ince bir sıvı cüruf filmi ile kaplandığı ve erimiş kül parçacıklarının bu filmde aşağı aktığı sıvı kül giderme fırınlarında da kullanılabilir.

Toz haline getirilmiş kömür fırınlarında hacmin ısı gerilimi genellikle 150-175 kW/m3 olup, küçük fırınlarda 250 kW/m3'e kadar çıkmaktadır. Hava ile yakıtın iyi karışması ile, α içinde= 1.2 ÷ 1.25; kürk= 0,5 ÷ %6 (büyük sayılar - küçük fırınlarda antrasit yakarken); q kimya= 0 ÷ %1.

Kamara fırınlarda, ilave öğütme işleminden sonra, kok fabrikalarında (endüstriyel ürün), kok elemelerinde ve hatta daha ince kok çamurunda zenginleştirme sırasında oluşan kömür atıklarını yakmak mümkündür.

Siklonik fırınlar. Siklon fırınlarında özel bir yakma yöntemi gerçekleştirilir. Oldukça küçük kömür parçacıkları (genellikle 5 mm'den daha ince) kullanırlar ve yanma için gerekli hava, siklon jeneratörüne teğet olarak muazzam hızlarda (100 m / s'ye kadar) sağlanır. Fırında, parçacıkları yoğun bir şekilde akış tarafından üflendikleri bir dolaşım hareketi içine çeken güçlü bir girdap oluşturulur. Fırında yoğun yanma sonucunda adyabatik (2000 °C'ye kadar) yakın sıcaklıklar gelişir. Kömür külü erir, sıvı cüruf duvarlardan aşağı akar. Bir dizi nedenden dolayı, bu tür fırınların enerji endüstrisinde kullanımı terk edildi ve şimdi teknolojik olarak kullanılıyorlar - H2S04, kavurma cevherleri vb. Üretiminde SO2 elde etmek için kükürt yakmak için. Bazen, atık suyun yangın nötralizasyonu siklon fırınlarda gerçekleştirilir, yani, ek (genellikle gaz veya sıvı) yakıt tedariki nedeniyle içerdikleri zararlılığı yakmak.

Akışkan yataklı fırınlar. Toz haline getirilmiş bir kömür torçunun kararlı yanması, yalnızca çekirdeğinde 1300-1500 ° C'den düşük olmayan yüksek bir sıcaklıkta mümkündür. Bu sıcaklıklarda havadaki nitrojen, N 2 + O 2 = 2NO reaksiyonuna göre belirgin şekilde oksitlenmeye başlar. Yakıtta bulunan nitrojenden de belirli bir miktar NO oluşur. Baca gazları ile birlikte atmosfere salınan nitrik oksit͵, içinde daha fazla oksitlenerek yüksek derecede toksik dioksit NO 2'ye dönüşür. SSCB'de, insan sağlığı için güvenli, yerleşim yerlerinin havasında izin verilen maksimum NO2 (MPC) konsantrasyonu 0.085 mg / m3'tür. Bunu sağlamak için, büyük termik santrallerde baca gazlarını mümkün olan en geniş alana dağıtan uzun bacalar inşa etmek gerekir. Aynı zamanda, çok sayıda istasyon birbirine yakın toplandığında, bu yardımcı olmaz.

Bazı ülkelerde, düzenlenen MPC değil, yakıtın yanması sırasında salınan ısı birimi başına zararlı emisyon miktarıdır. Örneğin, ABD'de büyük işletmeler için 1 MJ kalorifik değer başına 28 mg nitrojen oksit emisyonuna izin verilir. SSCB'de, farklı yakıtlar için emisyon standartları 125 ila 480 mg / m3 arasındadır.

Kükürt içeren yakıtlar yakıldığında, insanlar üzerindeki etkisi NO2'nin etkisine ek olarak toksik SO2 oluşur.

Bu emisyonlar, sadece insanları ve hayvanları değil, aynı zamanda bitki örtüsünü de olumsuz etkileyen fotokimyasal duman ve asit yağmurlarının oluşumundan sorumludur. Örneğin Batı Avrupa'da iğne yapraklı ormanların önemli bir kısmı bu tür yağmurlardan dolayı yok oluyor.

Yakıt külündeki kalsiyum ve magnezyum oksitler tüm SO2'yi bağlamak için yetersizse (reaksiyon stokiyometrisine kıyasla genellikle bunun iki veya üç katı fazlası gerekir), yakıta CaCO 3 kireçtaşı eklenir. 850-950 ° C sıcaklıklarda kireçtaşı yoğun bir şekilde CaO ve C02'ye ayrışır ve alçı CaSO 4 ayrışmaz, yani reaksiyon sağdan sola gitmez. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, toksik SO 2, kül ile birlikte uzaklaştırılan zararsız, pratik olarak suda çözünmeyen alçıtaşına bağlanır.

Öte yandan, insan faaliyeti sürecinde, geleneksel anlamda yakıt olarak kabul edilmeyen büyük miktarda yanıcı atık üretilir: kömür hazırlamanın "artıkları", kömür madenciliği sırasındaki çöpler, kağıt hamurundan ve kağıttan çok sayıda atık sanayi ve ulusal ekonominin diğer sektörleri. Örneğin, kömür madenlerinin yakınında büyük atık yığınlarına yığılan 'kaya'nın genellikle kendiliğinden tutuşması ve uzun bir süre çevredeki alanı duman ve tozla kirletmesi, ancak ne katmanda ne de bölmede yakılamaması paradoksaldır. yüksek kül içeriği nedeniyle fırınlar. Katmanlı fırınlarda kül, yanma sırasında sinterleme oksijenin yakıt partiküllerine girmesini engeller, odacıklı fırınlarda ise kararlı yanma için gerekli olan yüksek sıcaklığı elde etmek mümkün değildir.

İnsanlıktan önce ortaya çıkan atıksız teknolojilerin geliştirilmesinin acil, son derece önemli önemi, bu tür malzemeleri yakmak için fırın cihazları yaratma sorusunu gündeme getirdi. Akışkan yataklı fırınlardır.

Akışkanlaştırılmış (veya kaynayan) genellikle denir Yoğun bir katmanın kararlılık sınırını aşan bir hızda gazla aşağıdan yukarıya doğru üflenen, ancak parçacıkları katmandan dışarı taşımak için yetersiz olan ince taneli malzeme katmanı. Bölmenin sınırlı hacmindeki parçacıkların yoğun dolaşımı, hızlı kaynayan bir sıvı izlenimi yaratır, bu da ismin kökenini açıklar.

Aşağıdan fiziksel olarak üflenen yoğun bir parçacık katmanı, içinden süzülen gaza karşı direnç, destekleyici ızgaranın birim alanı başına bir malzeme sütununun ağırlığına eşit hale geldiğinden stabilitesini kaybeder. Aerodinamik direnç, bir gazın parçacıklar (ve buna göre Newton'un üçüncü yasasına göre, bir gaz üzerindeki parçacıklar) üzerinde etki ettiği kuvvet olduğundan, katmanın direnci ve ağırlığı eşit olduğunda, parçacıklar (ideal durumu düşünürsek ) kafese değil, gaza güvenin.

ortalama boyut akışkan yataklı fırınlarda partiküller genellikle 2-3 mm'dir. Akışkanlaştırmanın çalışma hızına karşılık gelirler (2-3 kat daha fazla alınır). w için) 1.5 ÷ 4 m/sn. Bu, fırının belirli bir ısı çıkışında gaz dağıtım ızgarasının alanına göre belirlenir. Hacmin termal gerilimi q v katmanlı fırınlarla aynı şeyi alın.

En basit akışkan yataklı ocak (Şek. 31) birçok yönden katmanlı bir şömineye benzer ve onunla ortak birçok yapısal elemana sahiptir. Aralarındaki temel fark, parçacıkların yoğun şekilde karıştırılmasının, akışkan yatağın tüm hacmi boyunca sabit bir sıcaklık sağlaması gerçeğinde yatmaktadır.

Pirinç. 31. Akışkan yataklı bir fırının şeması: 1 - kül deşarjı; 2 - tabakanın altında hava beslemesi; 3 - akışkanlaştırılmış kül ve yakıt yatağı; 4 - yayıcıya hava beslemesi; 5 - serpme rotoru; 6 - bant besleyici; 7 - yakıt deposu; 8 - fırın hacmi; 9 - elek boruları; 10 - keskin üfleme ve sürüklenme dönüşü; 11- fırın astarı; 12 - akışkan yatakta ısı emici borular; V - Su; P- buhar.

Akışkan yatak sıcaklığının istenilen aralıkta (850 - 950°C) tutulması iki farklı şekilde sağlanmaktadır. Atık veya ucuz yakıt yakan küçük endüstriyel fırınlarda, tam yanma için son derece önemli olandan önemli ölçüde daha fazla hava yatağa beslenir, kurulum α ≥ 2'de.

Serbest bırakılan aynı miktarda ısı ile, gazların sıcaklığı azaldıkça azalır. α içinde, aynı ısı için büyük miktarda gazın ısıtılması için harcanır.

Büyük güç üreten ünitelerde, yanma sıcaklığını düşürmeye yönelik bu yöntem ekonomik değildir, çünkü üniteden çıkan “fazla” hava aynı zamanda üniteyi ısıtmak için harcanan ısıyı da taşır (egzoz gazlarıyla birlikte kayıplar artar - aşağıya bakın). Bu nedenle borular büyük kazanların akışkan yataklı fırınlarına yerleştirilir. 9 ve 12 sn son derece önemli miktarda ısıyı algılayan içlerinde dolaşan çalışma sıvısı (su veya buhar). Bu boruların parçacıklarla yoğun bir şekilde "yıkanması", katmandan borulara yüksek bir ısı transferi katsayısı sağlar, bu da bazı durumlarda kazanın metal tüketimini geleneksel olana kıyasla azaltmayı mümkün kılar. Akışkan yataktaki içeriği %1 veya daha az olduğunda yakıt sürekli yanar; geri kalan %99 İle gereksiz - kül. Bu tür olumsuz koşullar altında bile, yoğun karıştırma, kül parçacıklarının yanıcı maddelerin oksijene erişimini engellemesine izin vermez (yoğun bir tabakanın aksine). Bu durumda, akışkanlaştırılmış yatağın tüm hacmi boyunca yakıtların konsantrasyonu aynıdır. Yakıtla karışan külü çıkarmak için, yatak malzemesinin bir kısmı ondan ince taneli cüruf şeklinde sürekli olarak çıkarılır - çoğu zaman, akışkan yatak yapabildiğinden, tabandaki deliklerden basitçe "dökülür". sıvı gibi akıyor.

Sirkülasyonlu akışkan yataklı fırınlar. V Son zamanlarda dolaşan akışkan yataklı ikinci nesil fırınlar ortaya çıktı. Bu fırınların arkasına, yanmamış tüm partiküllerin tutulduğu ve fırına geri döndürüldüğü bir siklon kurulur. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, parçacıklar tamamen yanana kadar ocak-siklon-fırın sisteminde “tutulur”. Bu fırınlar, tüm çevresel faydaları korurken, oda yakma yönteminden daha düşük olmayan yüksek verimliliğe sahiptir.

Akışkan yataklı fırınlar, sadece enerji sektöründe değil, aynı zamanda diğer endüstrilerde, örneğin, elde etmek için pirit yakmak için yaygın olarak kullanılmaktadır. SO2,çeşitli cevherlerin ve bunların konsantrelerinin (çinko, bakır, nikel, altın) vb. kavrulması (Yanma teorisi açısından, örneğin çinko cevherinin 2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO reaksiyonuna göre kavrulması 2, tüm yanma reaksiyonları gibi, büyük miktarda ısı açığa çıkararak ilerleyen bu özel "Yakıt"ın yanmasıdır.) Yangın nötralizasyonu (yani sıvı ve gaz) için özellikle yurt dışında yaygın olarak kullanılan akışkan yataklı fırınlar bulunur. - kanalizasyon arıtma çamuru, çöp vb.

Konu 12. Fırınlar kimyasal endüstri. Şematik diyagram yakıt sobası. Kimya endüstrisinde fırınların sınıflandırılması. Ana fırın türleri, tasarımlarının özellikleri. Fırınların ısı dengesi

Kimya endüstrisi fırınları. Bir yakıt fırınının şematik diyagramı

Endüstriyel bir fırın, gerekli özellikleri kazandırmak için malzemelerin ısıl işlemi için tasarlanmış bir enerji-teknolojik birimdir. Yakıt (yanma) fırınlarında ısı kaynağı Farklı türde karbon yakıtı (gaz, akaryakıt, vb.). Modern fırın kurulumları genellikle yüksek verimliliğe sahip büyük mekanize ve otomatik birimlerdir.

Optimum sıcaklık, prosesin teknolojik modunun seçimi için büyük önem taşır. teknolojik süreç proseslerin termodinamik ve kinetik hesaplamaları ile belirlenir. Prosesin optimum sıcaklık rejimi, belirli bir fırında hedef ürünün maksimum verimliliğinin sağlandığı sıcaklık koşulları olarak adlandırılır.

Genellikle çalışma sıcaklığı fırında optimal olandan biraz daha düşüktür, yakıt yanma koşullarına, ısı değişim koşullarına, fırın kaplamasının yalıtım özelliklerine ve dayanıklılığına, işlenmiş malzemenin termofiziksel özelliklerine vb.
ref.rf'de yayınlandı
faktörler. Örneğin fırınlar için çalışma sıcaklığı, aktif oksidasyon proseslerinin sıcaklığı ile pişirilen ürünlerin sinterleme sıcaklığı arasındaki aralıktadır. Fırının termal rejimi, teknolojik süreç bölgesinde ısı dağılımı sağlayan bir dizi ısı atalet süreci, kütle transfer ısısı ve ortam mekaniği olarak anlaşılmaktadır. İşlem bölgesinin termal rejimi, tüm fırının termal rejimini belirler.

Fırınların çalışma modu, teknolojik sürecin doğru seyri için gerekli olan fırındaki gaz atmosferinin bileşiminden büyük ölçüde etkilenir. Oksidasyon işlemleri için fırındaki gaz ortamının, miktarı %3 ila %15 veya daha fazla arasında değişen oksijen içermesi gerekir. İndirgeyici ortam, düşük oksijen içeriği (% 1-2'ye kadar) ve %10-20 veya daha fazla indirgeyici gazların (CO, H2, vb.) varlığı ile karakterize edilir. Gaz fazının bileşimi, fırında yakıtın yanması için koşulları belirler ve yanma için sağlanan hava miktarına bağlıdır.

Gazların fırın içindeki hareketi, teknolojik süreç, yanma ve ısı transferi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir ve fırınlarda, "kaynar yatak" veya girdap fırınlarında, gazların hareketi sürdürülebilir operasyonda ana faktördür. Gazların cebri hareketi duman aspiratörleri ve fanlar tarafından gerçekleştirilir.

Teknolojik sürecin hızı, ısıl işlem gören malzemenin hareketinden etkilenir.

Fırın tesisi şeması şunları içerir: sıradaki maddeler: yakıt yakmak ve ısı alışverişini düzenlemek için bir yanma cihazı; hedef teknolojik rejimi yerine getirmek için fırının çalışma alanı; baca gazlarının ısı geri kazanımı için ısı eşanjörleri (gazın, havanın ısıtılması); baca gazlarının ısısını kullanmak için kullanım tesisleri (pişmiş atık ısı kazanları); malzemelerin ısıl işleminin yakıt ve gaz ürünlerinin yanmasını gidermek ve brülörlere hava sağlamak için çekiş ve üfleme cihazı (duman aspiratörleri, fanlar); ızgaranın altındaki nozullar; temizleme cihazları (filtreler, vb.).

Katı yakıtların yanma özellikleri - kavram ve türleri. "Katı yakıtların yanma özellikleri" kategorisinin sınıflandırılması ve özellikleri 2017, 2018.

Izgara üzerinde hareketsiz duran katı yakıtın üstten yüklemeli yakıtla yanması Şekil 2'de gösterilmektedir. 6.2.

Taze yakıt, yüklemeden sonra tabakanın üst kısmındadır. Altında yanan kok bulunur ve cüruf doğrudan ızgaranın üzerindedir. Katmanın bu bölgeleri kısmen birbiriyle örtüşür. Yakıt yandıkça, yavaş yavaş tüm bölgelerden geçer. Taze yakıtın yanan koka ulaşmasından sonraki ilk dönemde, katmanda salınan ısının bir kısmının harcandığı termal hazırlığı (ısınma, nem buharlaşması, uçucu maddelerin salınımı) gerçekleşir. İncirde. 6.2, katı yakıtın yaklaşık yanmasını ve yakıt tabakasının yüksekliği boyunca sıcaklık dağılımını gösterir. En yüksek sıcaklığa sahip alan, ana ısı miktarının serbest bırakıldığı kok yanma bölgesinde bulunur.

Yakıtın yanması sırasında oluşan cüruf, kızgın kok parçalarından havaya doğru damlacıklar halinde akar. Yavaş yavaş cüruf soğur ve zaten katı halde olan ızgaraya, çıkarıldığı yere ulaşır. Izgara üzerinde bulunan cüruf, onu aşırı ısınmadan korur, ısıtır ve havayı tabaka üzerinde eşit olarak dağıtır. Izgaradan geçen ve yakıt tabakasına giren havaya birincil hava denir. Yakıtın tam yanması için yeterli birincil hava yoksa ve katmanın üzerinde eksik yanma ürünleri varsa, bu durumda üst katman boşluğuna ek olarak hava verilir. Bu havaya ikincil hava denir.

Izgaraya üst yakıt beslemesi ile yakıtın alt tutuşması ve gaz-hava ve yakıt akışlarının karşı hareketi gerçekleştirilir. Bu, yakıtın verimli tutuşmasını ve yanması için uygun hidrodinamik koşulları sağlar. Yakıt ve oksitleyici ajan arasındaki birincil kimyasal reaksiyonlar, sıcak kok bölgesinde gerçekleşir. Yanan yakıt tabakasında gaz oluşumunun doğası Şekil 2'de gösterilmektedir. 6.3.

Katmanın başlangıcında, yoğun bir oksijen tüketiminin olduğu oksijen bölgesinde (K) aynı anda karbon monoksit ve karbondioksit CO2 ve CO oluşur. Oksijen bölgesinin sonuna doğru, О 2 konsantrasyonu %1-2'ye düşer ve СО 2 konsantrasyonu maksimum değerine ulaşır. Oksijen bölgesindeki tabakanın sıcaklığı, en yüksek CO2 konsantrasyonunun oluşturulduğu yerde bir maksimuma sahip olarak keskin bir şekilde yükselir.

İndirgeme bölgesinde (B), oksijen pratikte yoktur. Karbon dioksit, karbon monoksit oluşturmak için sıcak karbon ile reaksiyona girer:

İndirgeme bölgesinin yüksekliği boyunca gazdaki CO2 içeriği azalırken CO içeriği buna bağlı olarak artar. Karbondioksitin karbon ile etkileşiminin reaksiyonu endotermiktir, bu nedenle sıcaklık, indirgeme bölgesinin yüksekliği boyunca düşer. İndirgeme bölgesindeki gazlarda su buharı varlığında, H 2 О'nin endotermik bir bozunma reaksiyonu da mümkündür.

Oksijen bölgesinin ilk bölümünde elde edilen CO ve CO2 miktarlarının oranı sıcaklığa bağlıdır ve ifadeye göre değişir.

burada Е с ve Е СO2 - sırasıyla СО ve СО 2 oluşumunun aktivasyon enerjileri; A sayısal bir katsayıdır; R, evrensel gaz sabitidir; T mutlak sıcaklıktır.
Tabakanın sıcaklığı, sırasıyla, oksitleyici maddenin konsantrasyonuna ve ayrıca havanın ısınma derecesine bağlıdır.İndirgeme bölgesinde, katı yakıtın yanması ve sıcaklık faktörü de üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir. CO ve CO2 arasındaki oran. Reaksiyon sıcaklığındaki artışla, CO 2 + C = P 2, CO sağa kayar ve gazlardaki karbon monoksit içeriği artar.
Oksijen ve indirgeme bölgelerinin kalınlıkları, esas olarak yanan yakıt parçalarının tipine ve boyutuna bağlıdır. sıcaklık rejimi... Yakıt boyutundaki artışla birlikte bölgelerin kalınlığı artar. Oksijen bölgesinin kalınlığının, yanan parçacıkların yaklaşık üç ila dört çapı kadar olduğu bulundu. İyileşme bölgesi oksijen bölgesinden 4-6 kat daha kalındır.

Patlama yoğunluğundaki bir artışın, bölgelerin kalınlığı üzerinde pratikte hiçbir etkisi yoktur. Bunun nedeni, katmandaki kimyasal reaksiyon hızının, karışım oluşum hızından çok daha yüksek olması ve sağlanan tüm oksijenin, akkor halindeki yakıt parçacıklarının ilk sıralarıyla anında reaksiyona girmesidir. Katmanda oksijen ve indirgeme bölgelerinin varlığı, hem karbon hem de doğal yakıtların yanması için tipiktir (Şekil 6.3). Yakıtın reaktivitesindeki bir artışın yanı sıra kül içeriğindeki azalmayla birlikte bölgelerin kalınlığı azalır.

Yakıt tabakasındaki gaz oluşumunun doğası, yanmanın organizasyonuna bağlı olarak, pratik olarak inert veya yanıcı ve tabakanın çıkışında inert gazların elde edilebileceğini göstermektedir. Amaç, yakıt ısısının gazların fiziksel ısısına dönüşümünü maksimize etmekse, işlem fazla oksitleyici içeren ince bir yakıt tabakasında gerçekleştirilmelidir. Görev yanıcı gazlar elde etmekse (gazlaştırma), işlem, oksitleyici eksikliği olan yükseklikte geliştirilmiş bir tabaka ile gerçekleştirilir.

Kazan fırınında yakıtın yanması ilk duruma karşılık gelir. Ve katı yakıtın yanması, maksimum oksidatif reaksiyon seyrini sağlayan ince bir tabaka halinde düzenlenir. Oksijen bölgesinin kalınlığı yakıtın boyutuna bağlı olduğundan, parçaların boyutu ne kadar büyükse katman o kadar kalın olmalıdır. Yani, bir ince kahverengi tabakasında yanarken ve kömür(20 mm'ye kadar tane boyutu) tabaka kalınlığı yaklaşık 50 mm'de tutulur. Aynı kömürlerle, ancak 30 mm'den büyük parçalarda, tabaka kalınlığı 200 mm'ye çıkar. Yakıt tabakasının gerekli kalınlığı ayrıca nem içeriğine de bağlıdır. Yakıtın nem içeriği ne kadar yüksek olursa, yakıtın taze bir kısmının kararlı bir şekilde tutuşmasını ve yanmasını sağlamak için katmandaki yanan kütlenin rezervi o kadar büyük olmalıdır.