Katı yakıt yanmasının özellikleri. Yakıtın yanması

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 parçacığa oksijen beslemesinin yoğunlaştırılmasına yol açan hiçbir gelişme, yalnızca kimyasal reaksiyonun düşük hızı ile 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 sürekli olarak 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 sıradaki miktarlardır.

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 düzende 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 tedariki, partikül yüzeyindeki oksijen konsantrasyonundaki bir azalma nedeniyle, yığındaki 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 hava üfleme 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.

Katı yakıtlı kazanların artan popülaritesi nedeniyle, bu ekipmanın çok sayıda potansiyel alıcısı ne tür bir soruyla ilgileniyor? katı yakıt ana olanı tercih edin ve verilen karara bağlı olarak, bir veya başka tipte ısıtma ekipmanı sipariş edin.

Herhangi bir yakıtın, sadece katı yakıtın değil, ana göstergesi, katı yakıtın yanması ile sağlanan ısı transferidir. Bu durumda katı yakıtın ısı transferi, türü, özellikleri ve bileşimi ile doğrudan ilgilidir.

biraz kimya

Katı yakıt şu maddeleri içerir: karbon, hidrojen, oksijen ve mineral bileşikler. Yakıt yandığında, karbon ve hidrojen atmosferik oksijenle (en güçlü doğal oksitleyici) birleşir - büyük miktarda termal enerjinin salınmasıyla bir yanma reaksiyonu gerçekleşir. Ayrıca, gaz halindeki yanma ürünleri baca sisteminden uzaklaştırılır ve katı yanma ürünleri (kül ve cüruf) ızgaradan atık olarak dışarı düşer.

Buna göre, katı yakıtlı ısıtma ekipmanı tasarımcısının karşılaştığı ana görev, katı yakıtlı bir fırının veya katı yakıtlı bir kazanın en uzun süre yanmasını sağlamaktır. Zamanın bu noktasında, bu alanda bir miktar ilerleme kaydedilmiştir - piyasada, üstten yanma prensibi ve piroliz işlemi ile çalışan uzun süreli yanma için katı yakıtlı kazanlar ortaya çıkmıştır.

Ana katı yakıt türlerinin kalorifik değeri

• Yakacak odun. Ortalama (ahşap türüne bağlı olarak) ve nem 2800 ila 3300 kcal / kg arasındadır.
• Turba - nem içeriğine bağlı olarak 3000 ila 4000 kcal / kg.
• Kömür - türüne bağlı olarak (antrasit, kahverengi veya ateşli) 4700 ila 7200 kcal / kg.
• Preslenmiş briketler ve peletler - 4500 kcal / kg.

Başka bir deyişle, çeşitli türlerdeki katı yakıtların yanma sürecine, farklı miktarlarda salınan termal enerji eşlik eder, bu nedenle, ana yakıt türünün seçimi çok sorumlu olmalıdır - bu konuda operasyonel olarak belirtilen bilgilerle yönlendirilmelidir. bu veya bu katı yakıt ekipmanı için belgeler (pasaport veya Kullanım Talimatları).

Ana katı yakıt türlerinin kısa açıklaması

yakacak odun

En uygun fiyatlı, bu nedenle Rusya'daki en yaygın yakıt türü. Daha önce de belirtildiği gibi, yanma sırasında üretilen ısı miktarı ahşabın türüne ve nem içeriğine bağlıdır. Bir piroliz kazanı için yakıt olarak yakacak odun kullanıldığında, bu durumda %15-20'yi geçmemesi gereken bir nem sınırlaması olduğunu belirtmekte fayda var.

Turba

Turba, toprakta uzun süre kalan çürümüş bitkilerin sıkıştırılmış kalıntılarıdır. Ekstraksiyon yöntemi, yüksek ve düşük turba arasında ayrım yapar. Ve kümelenme durumuna göre turba olabilir: oyulmuş, topaklı ve briket şeklinde preslenmiş. Yayılan termal enerji miktarı açısından turba, yakacak oduna benzer.

Kömür

Kömür, özel bir ateşleme teknolojisi gerektiren en "yüksek kalorili" katı yakıt türüdür. Genel olarak, bir sobayı veya kömürle çalışan bir kazanı eritmek için önce fırını odunla yakmanız ve ancak daha sonra iyi yanmış odun üzerine kömür (kahverengi, ateşli veya antrasit) yüklemeniz gerekir.

Briketler ve peletler

Bu, bireysel elemanların boyutunda farklılık gösteren yeni bir katı yakıt türüdür. Briketler daha büyük ve peletler daha küçüktür. Briket ve pelet üretimi için başlangıç ​​malzemesi herhangi bir "yanıcı" madde olabilir: talaş, ağaç tozu, saman, fındık kabuğu, turba, ayçiçeği kabuğu, ağaç kabuğu, karton ve serbestçe bulunabilen diğer "büyük" yanıcı maddeler.

Briket ve peletlerin faydaları

• Yüksek kalorifik değere sahip çevre dostu yenilenebilir yakıt.
• Malzemenin yüksek yoğunluğu nedeniyle uzun yanma.
• Depolama kolaylığı ve kompaktlığı.
• Yanma sonrası minimum kül miktarı hacmin %1 ila 3'ü arasındadır.
• Düşük göreceli maliyet.
• Kazan çalışma sürecini otomatikleştirme imkanı.
• Her türlü katı yakıtlı kazanlar ve ev tipi ısıtma sobaları için uygundur.

Katı yakıtlar arasında odun, turba ve kömür bulunur. Tüm katı yakıtların yanma süreci benzer özelliklere sahiptir.

Yakıt, yükleme, ön kurutma, tabakanın ısıtılması, uçucu maddelerin salınması ile yanma, artıkların yakılması ve cürufların uzaklaştırılması gibi yanma döngüleri gözlemlenerek fırın ızgarasına katmanlar halinde yerleştirilmelidir.

Yakıt yanmasının her aşaması, fırının termal rejimini etkileyen belirli göstergelerle karakterize edilir.

Tabakanın kurutulması ve ısıtılmasının en başında, ısı serbest bırakılmaz, aksine, ateş kutusunun ısıtılmış duvarlarından ve yanmamış kalıntılardan emilir. Yakıt ısındıkça, fırının gaz hacminde yanan gaz halindeki yanıcı bileşenler gelişmeye başlar. Yavaş yavaş, daha fazla ısı açığa çıkar ve bu süreç yakıtın kok bazının yanması sırasında maksimuma ulaşır.

Yakıtın yanma süreci niteliklerine göre belirlenir: kül içeriği, nem içeriği ve ayrıca karbon ve uçucu yanıcı maddelerin içeriği. Ayrıca fırın tasarımı ve yakıt yakma modlarının doğru seçimi önemlidir. Bu nedenle, ıslak yakıtı yakarken, yanma işleminin ertelenmesi nedeniyle buharlaşmasına önemli miktarda ısı harcanır, ocaktaki sıcaklık çok yavaş yükselir veya hatta azalır (yanmanın başlangıcında). Artan kül içeriği de yanma sürecini yavaşlatır. Kül kütlesinin yanıcı bileşenleri sarması nedeniyle, oksijenin yanma bölgesine erişimini kısıtlar ve sonuç olarak yakıt tamamen yanmayabilir, böylece mekanik yetersiz yanma oluşumu artar.

Bir yakıtın yoğun yanma döngüsü, kimyasal bileşimine, yani uçucu gaz halindeki bileşenler ile katı karbon arasındaki orana bağlıdır. İlk olarak, serbest bırakılması ve tutuşması nispeten düşük sıcaklıklarda (150-200 ° C) meydana gelen uçucu bileşenler yanmaya başlar. Bu işlem oldukça uzun sürebilir, çünkü kimyasal bileşimleri ve tutuşma sıcaklıkları farklı olan çok sayıda uçucu madde vardır. Hepsi, ateş kutusunun üst katmanındaki gaz hacminde yanar.

Uçucu maddelerin salınmasından sonra kalan yakıtın katı bileşenleri en yüksek yanma sıcaklığına sahiptir. Kural olarak, karbona dayanırlar. Yanma sıcaklıkları 650-700 ° C'dir. Katı bileşenler, ızgaranın üzerinde bulunan ince bir tabaka halinde yanar. Bu işleme, büyük miktarda ısının salınması eşlik eder.

Tüm katı yakıtlar arasında en popüler olanı odundur. Çok miktarda uçucu madde içerirler. Isı transferi açısından huş ve karaçam ağacı en iyisi olarak kabul edilir. Huş ağacının yakılmasından sonra çok fazla ısı üretilir ve minimum miktarda karbon monoksit üretilir. Karaçam yakacak odun da çok fazla ısı yayar; yandıklarında fırın kütlesi çok çabuk ısınır, bu da huş ağacından daha ekonomik tüketildikleri anlamına gelir. Ancak aynı zamanda, yakacak odunun yanmasından sonra, karaçamdan büyük miktarda karbon monoksit salınır, bu nedenle hava damperini manipüle ederken dikkatli olmanız gerekir. Meşe ve kayın odunları da çok fazla ısı yayar. Genel olarak, belirli yakacak odunların kullanımı, yakındaki ormanın varlığına bağlıdır. Ana şey, ahşabın kuru olması ve takozların aynı boyutta olmasıdır.

Odun yakmanın özellikleri nelerdir? Sürecin başlangıcında ocak ve gaz kanallarındaki sıcaklık hızla yükselir. Yoğun yanma aşamasında maksimum değerine ulaşılır. Yandığında, sıcaklıkta keskin bir düşüş meydana gelir. Yanma sürecini sürdürmek için fırına belirli bir miktarda havanın sürekli erişimi gerekir. Ev tipi sobaların tasarımı, yanma bölgesine hava akışını düzenleyen özel ekipmanın varlığını sağlamaz. Bu amaçla bir üfleyici kapı kullanılır. Açıksa, ateş kutusuna sabit miktarda hava girer.

Aralıklı fırınlarda hava ihtiyacı yanma aşamasına göre değişir. Yoğun bir uçucu madde salınımı olduğunda, oksijen genellikle yeterli değildir, bu nedenle yakıtın kimyasal olarak yetersiz yanması ve bunun yaydığı yanıcı gazlar mümkündür. Bu fenomene,% 3-5'e ulaşabilen ısı kayıpları eşlik eder.

Kalıntıların yanması aşamasında ise tam tersi bir tablo görülmektedir. Fırındaki fazla hava nedeniyle gaz değişimi artar, bu da ısı kaybında önemli bir artışa neden olur. Yapılan araştırmalara göre, yanma sonrası dönemde baca gazları ile birlikte %25-30'a varan ısı kaybı olmaktadır. Ek olarak, kimyasal düşük yanma nedeniyle, uçucu maddeler, ateş kutusunun ve gaz kanallarının iç duvarlarına yerleşir. Düşük ısıl iletkenliğe sahiptirler, bu nedenle fırının faydalı ısı çıkışı azalır. Çok miktarda kurum maddesi bacanın daralmasına ve taslakta bozulmaya neden olur. Aşırı kurum oluşumu da yangına neden olabilir.

Turba, çürümüş bitki maddesinin kalıntıları olan ahşaba benzer bir kimyasal bileşime sahiptir. Ekstraksiyon yöntemine bağlı olarak, turba oyulabilir, topaklı, preslenebilir (briket halinde) ve öğütülebilir (turba yongaları). Bu tip katı yakıtların nem içeriği %25-40'tır.

Odun ve turba ile birlikte, kömür, kimyasal bileşiminde bir karbon ve hidrojen bileşiği olan ve yüksek bir kalorifik değere sahip olan sobaları ve şömineleri yakmak için sıklıkla kullanılır. Ancak, gerçekten yüksek kaliteli kömür satın almak her zaman mümkün değildir. Çoğu durumda, bu tür yakıtın kalitesi düşüktür. Kömürdeki artan ince fraksiyon içeriği, yakıt tabakasının sıkışmasına yol açar, bunun sonucunda düzensiz bir yapıya sahip olan krater yanması başlar. Büyük parçalar yakıldığında, kömür de düzensiz yanar ve yakıtta aşırı nem olduğunda, özgül yanma ısısı önemli ölçüde azalır. Ek olarak, bu tür kömürün kışın depolanması zordur, çünkü kömür sıfırın altındaki sıcaklıkların etkisi altında donar. Bu ve benzeri sorunlardan kaçınmak için kömürün optimum nem içeriği %8'den fazla olmamalıdır.

Ev sobalarını ısıtmak için katı yakıt kullanımının, özellikle ev büyükse ve birkaç soba tarafından ısıtılıyorsa, oldukça zahmetli olduğu unutulmamalıdır. Hazırlamanın çok fazla çaba ve maddi kaynak gerektirmesine ve sobalara yakacak odun ve kömür getirmek için çok fazla zaman harcanmasına ek olarak, örneğin yaklaşık 2 kg kömür, bir üfleyiciye dökülür; orada biriken külle birlikte çıkarılır ve dışarı atılır.

Ev tipi sobalarda katı yakıt yakma işleminin mümkün olduğunca verimli olması için aşağıdaki gibi hareket edilmesi önerilir. Yakacak odunu ateş kutusuna yükledikten sonra, alev almalarına izin vermeniz ve ardından büyük kömür parçalarıyla doldurmanız gerekir.

Kömür ateşlendikten sonra, nemlendirilmiş cüruf ile daha ince bir fraksiyonla doldurulmalı ve bir süre sonra, ızgaradan üfleyiciye düşen nemli bir kül ve ince kömür karışımı üstüne yerleştirilmelidir. Bu durumda, yangın görünür olmamalıdır. Bu şekilde su basan bir soba, tüm gün boyunca odaya ısı verebilir, böylece mal sahipleri, yangını sürekli olarak sürdürmekten endişe duymadan sakince işlerine devam edebilirler. Fırının yan duvarları, termal enerjisini eşit olarak serbest bırakan kömürün kademeli olarak yanması nedeniyle sıcak olacaktır. İnce kömürün üst tabakası tamamen yanacaktır. Yanmış kömür ayrıca önceden nemlendirilmiş bir kömür briket atığı tabakası ile üstüne serpilebilir.

Sobayı ateşledikten sonra, kapaklı bir kova almanız gerekir, dikdörtgen olması daha iyidir (bir kepçe ile ondan kömür seçmek daha uygundur). İlk önce, cüruf tabakasını ocaktan çıkarmanız ve atmanız, ardından kovaya kül ile ince bir kömür karışımı dökmeniz, ayrıca yakmanız ve külü karıştırmanız ve karıştırmadan nemlendirmeniz gerekir. Karışımın üzerine yaklaşık 1,5 kg ince kömür, üzerine 3-5 kg ​​daha iri kömür koyun. Böylece soba ve yakıt aynı anda bir sonraki ateşlemeye hazırlanır. Açıklanan prosedür sürekli olarak tekrarlanmalıdır. Sobayı yakmak için bu yöntemi kullanarak, külleri ve yanıkları elemek için her seferinde avluya çıkmak zorunda değilsiniz.

Atama …………………………………………………………………… ..3

Giriş ……………………………………………………………… ... 4

teorik kısım

1. Katı yakıt yanmasının özellikleri ……………………… ..... 6

2. Kamara fırınlarda yakıtın yanması…………………………… .9

3. Rusya'nın enerji sektöründe katı yakıtın yeri ve rolü …………… ..12

4. Yapıcı ve teknolojik yöntemlerle kazan fırınlarından çıkan kül parçacıkları emisyonlarının azaltılması …………………… 14

5. Kül toplama ve kül toplayıcı çeşitleri ……………………. …… .15

6. Siklonik (atalet) kül toplayıcılar… .. ……………………… ..16

hesaplanan kısım

1. İlk veriler ………………………………………………… .18

2. Çalışan yakıtın temel bileşiminin hesaplanması ………………… ..19
3. Kazan dairelerinde yanma sırasında yakıt yanma ürünlerinin kütle ve hacimlerinin hesaplanması ……………………………… ... …………………………… ..19

4. H borusunun yüksekliğinin belirlenmesi ……………………………. ………… 20

5. Zararlı maddelerin atmosfere yayılımının ve izin verilen maksimum emisyon standartlarının hesaplanması ………………………………………….… 20

6. Gerekli saflaştırma derecesinin belirlenmesi ……………………….… 21

Bir siklon seçiminin gerekçesi ………………………………………… ..22

Uygulanan cihazlar ……………………………………………. …… 23

Sonuç …………………………………………………………… .24

Kullanılan literatür listesi …………………………………… ... 26

Egzersiz yapmak

1. Katı yakıtların belirtilen tasarım özelliklerine göre çalışan yakıtın temel bileşimini belirleyin.

2. Madde 1'in sonuçlarını ve ilk verileri kullanarak, katı partiküller A, kükürt oksitler SO x, karbon monoksit CO, azot oksitler NO x'in yanma ürünlerinin emisyonlarını ve hacimlerini, çalışma koşulları altında bacaya giren gazların tüketimini hesaplayın. kazan tesisi.

3. Madde 2'nin sonuçlarına ve ilk verilere dayanarak baca ağzının çapını belirleyin. H borusunun yüksekliğini belirleyin.

4. Olumsuz dağılım koşulları altında atmosferin yüzey tabakasında en çok beklenen zararlı madde konsantrasyonunu C m (mg / m3) belirleyin: karbon monoksit CO, kükürt dioksit SO 2, azot oksitler NO x, toz, (kül).

5. MPC CO = 5 mg / m3, MPC NO 2 = 0.085 ise, arka plan konsantrasyonunu (C m + C f) dikkate alarak havadaki zararlı maddelerin gerçek içeriğini sıhhi ve hijyenik standartlarla (MPC) karşılaştırın. , MPC SO 2 = 0, 5 mg / m3, Toz için MPC = 0,5 mg / m3.

7. Herhangi bir maddenin gerçek M emisyonu tasarım standardını (MPE) aşarsa, gerekli saflaştırma derecesini belirleyin ve emisyonları azaltmak için önerilerde bulunun.

8. Atık tehlikeli maddelerin arıtılması için kullanılan yöntem ve cihazları geliştirmek ve doğrulamak.

teorik kısım

Tanıtım

Endüstriyel üretim ve diğer ekonomik insan faaliyeti türleri, kirleticilerin çevreye salınmasıyla birlikte gerçekleşir.

Isıtma sistemleri için suyu ısıtmak için katı, sıvı ve gaz yakıtların yanmasını kullanan kazan tesisatları çevreye önemli zararlar vermektedir.

Enerji sektörünün olumsuz etkisinin ana kaynağı fosil yakıtların yanması sırasında oluşan ürünlerdir.

Fosil yakıtın çalışma kütlesi karbon, hidrojen, oksijen, azot, kükürt, nem ve külden oluşur. Yakıtların tamamen yanması sonucunda karbondioksit, su buharı, kükürt oksitler (kükürt dioksit, sülfürik anhidrit ve kül) oluşur. Toksik olanlar arasında kükürt oksitler ve kül bulunur. Yüksek güçlü yanma odalı kazanların torçunun çekirdeğinde, nitrojen oksitlerin (azot oksit ve dioksit) oluşumu ile yakıt havasındaki nitrojenin kısmi oksidasyonu meydana gelir.

Yakıtın fırınlarda eksik yanması ayrıca karbon monoksit CO 2, hidrokarbonlar CH 4, C 2 H 6 ve ayrıca kanserojen maddeler oluşturabilir. Eksik yanma ürünleri çok zararlıdır, ancak modern yanma teknolojisi ile bunların oluşumu ortadan kaldırılabilir veya en aza indirilebilir.

En yüksek kül içeriği petrol şeylinde bulunur ve kahverengi kömürler bazı çeşitlerin yanı sıra kömür... Sıvı yakıtların kül içeriği düşüktür; doğal gaz külsüz bir yakıttır.

Enerji santrallerinin bacalarından atmosfere yayılan zehirli maddeler, tüm vahşi yaşam kompleksi ve biyosfer üzerinde zararlı bir etkiye sahiptir.

Kazan ünitelerinde yakıtların yanması sırasında çevreyi zararlı emisyonların etkilerinden koruma sorununa kapsamlı bir çözüm şunları içerir:

· Yakıtların yanması vb. nedeniyle zararlı madde emisyonlarını azaltan teknolojik süreçlerin geliştirilmesi ve uygulanması;

· Atık gazların temizlenmesi için etkili yöntem ve tekniklerin uygulanması.

İçinde bulunduğumuz aşamada çevre sorunlarını çözmenin en etkili yolu, atıksıza yakın teknolojiler yaratmaktır. Aynı zamanda, hem malzeme hem de enerji olmak üzere doğal kaynakların rasyonel kullanımı sorunu çözülmektedir.

Katı yakıt yanmasının özellikleri

Katı yakıtın yanması iki dönemi içerir: ısı hazırlama ve gerçek yanma. Termal hazırlama sürecinde, yakıt ısıtılır, kurutulur ve yaklaşık 110°C'lik bir sıcaklıkta, bileşen bileşenlerinin pirogenetik ayrışması, gaz halindeki uçucu maddelerin salınmasıyla başlar. Bu sürenin süresi esas olarak yakıtın nem içeriğine, partiküllerinin boyutuna ve çevreleyen yanma ortamı ile yakıt partikülleri arasındaki ısı alışverişi koşullarına bağlıdır. Termal hazırlama periyodu sırasında proseslerin seyri, esas olarak ısıtma, yakıtın kurutulması ve karmaşık moleküler bileşiklerin termal ayrışması için ısının emilmesi ile ilişkilidir.

Yanmanın kendisi, 400-600 sıcaklıkta uçucu maddelerin tutuşmasıyla başlar ve yanma işlemi sırasında açığa çıkan ısı, kok kalıntısının hızlandırılmış ısınmasını ve tutuşmasını sağlar.

Kok yakımı yaklaşık 1000°C'lik bir sıcaklıkta başlar ve en çok zaman alan işlemdir.

Bu, partikül yüzeyine yakın bölgedeki oksijenin bir kısmının yanıcı uçucu maddelerin yanması için tüketilmesi ve kalan konsantrasyonunun azalması ile belirlenir, ayrıca, heterojen reaksiyonlar her zaman maddeler için homojen olanlardan daha düşük hızdadır. kimyasal aktivitede homojendir.

Sonuç olarak, bir katı parçacığın toplam yanma süresi esas olarak kok kalıntısının yanması ile belirlenir (toplam yanma süresinin yaklaşık 2/3'ü). Uçucu madde verimi yüksek genç yakıtlarda, kok kalıntısı başlangıç ​​partikül kütlesinin yarısından azdır, bu nedenle yanmaları (başlangıç ​​boyutları eşit) oldukça hızlı gerçekleşir ve yetersiz yanma olasılığı azalır. Eski katı yakıt türleri, ilk parçacık boyutuna yakın büyük bir kok kalıntısına sahiptir ve bunların yanması, parçacığın yanma odasındaki tüm kalma süresini alır. Başlangıç ​​boyutu 1 mm olan bir parçacığın yanma süresi, ilk yakıtın türüne bağlı olarak 1 ila 2,5 s arasındadır.

Çoğu katı yakıtın kok kalıntısı esas olarak ve bir dizi katı yakıt için neredeyse tamamen karbondan oluşur (yakıtın organik kütlesinin %60 ila %97'si). Yakıtın yanması sırasında ana ısı salınımını karbonun sağladığını dikkate alarak, bir karbon parçacığının yüzeyden yanma dinamiklerini ele alalım. Oksijen, yeterince yüksek bir yoğunluğa sahip olan türbülanslı difüzyon (türbülanslı kütle transferi) nedeniyle ortamdan karbon partikülüne sağlanır, ancak doğrudan partikül yüzeyinde ince bir gaz tabakası (sınır tabakası) kalır, içinden oksitleyicinin transferi. moleküler difüzyon yasalarına göre gerçekleştirilir.

Bu katman, yüzeye oksijen verilmesini önemli ölçüde engeller. Kimyasal bir reaksiyon sırasında karbon yüzeyinden salınan yanıcı gaz bileşenlerini yakar.

Difüzyon, kinetik ve ara yanma bölgeleri ayırt edilir. Ara bölgede ve özellikle difüzyon bölgesinde, oksijen tedarikini artırarak, yanan yakıt parçacıklarını üflemek için bir oksitleyicinin akışını aktive ederek yanmanın yoğunlaştırılması mümkündür. Yüksek akış hızlarında, yüzeydeki laminer tabakanın kalınlığı ve direnci azalır ve oksijen kaynağı artar. Bu hız ne kadar yüksek olursa, yakıtın oksijenle karışması o kadar yoğun olur ve sıcaklık, kinetikten ara bölgeye ve ara bölgeden difüzyon yanma bölgesine geçiş o kadar yüksek olur.

Yoğunlaştırılmış yanma açısından benzer bir etki, toz haline getirilmiş yakıtın parçacık boyutunun azaltılmasıyla elde edilir. Küçük partiküller çevre ile daha gelişmiş bir ısı ve kütle transferine sahiptir. Böylece pulverize yakıtın partikül boyutu küçüldükçe kinetik yanma bölgesi genişler. Sıcaklıktaki bir artış, difüzyon yanma bölgesine doğru bir kaymaya yol açar.

Toz haline getirilmiş yakıtın tamamen dağınık yanma alanı, esas olarak, en yüksek yanma sıcaklığı ile ayırt edilen torç çekirdeği ve reaktan konsantrasyonlarının zaten küçük olduğu ve etkileşimlerinin yasalarla belirlendiği yanma sonrası bölge ile sınırlıdır. difüzyon. Herhangi bir yakıtın ateşlenmesi, yeterli oksijen koşullarında, yani nispeten düşük sıcaklıklarda başlar. kinetik bölgede.

Yanmanın kinetik bölgesinde, belirleyici rol, yakıtın reaktivitesi ve sıcaklık seviyesi gibi faktörlere bağlı olan kimyasal reaksiyon hızı tarafından oynanır. Bu yanma alanındaki aerodinamik faktörlerin etkisi ihmal edilebilir düzeydedir.

Kategoriye: fırınlar

Yakıt yakma işlemlerinin temel özellikleri

Isıtma fırınlarında katı, sıvı ve gaz yakıtlar kullanılabilir. Bu yakıtların her biri, fırının verimliliğini etkileyen kendi özelliklerine sahiptir.

Isıtma fırınlarının tasarımları uzun süredir yaratılmıştır ve içlerinde katı yakıt yakmak için tasarlanmıştır. Ancak daha sonraki bir dönemde sıvı ve gaz yakıtları kullanmak için tasarlanmış yapılar oluşturmaya başladı. Bu değerli türlerin mevcut fırınlarda en etkin şekilde kullanılabilmesi için bu yakıtların yanmasının katı yakıtların yanmasından ne kadar farklı olduğunun bilinmesi gerekmektedir.

Tüm fırınlarda, katı yakıt (odun, çeşitli kömür türleri, antrasit, kok vb.) ızgaralar üzerinde, periyodik olarak yakıt yüklenmesi ve ızgaraların cüruftan temizlenmesi ile katman katman yakılır. Katmanlı yanma süreci açık bir döngüsel yapıya sahiptir. Her döngü aşağıdaki aşamaları içerir: yakıtın yüklenmesi, yatağın kurutulması ve ısıtılması, uçucu maddelerin salınması ve bunların yanması, yakıtın yatakta yanması, artıkların yakılması ve son olarak cürufların uzaklaştırılması.

Bu aşamaların her birinde belirli bir ısıl rejim oluşturulur ve ocakta yanma süreci sürekli değişen göstergelerle gerçekleşir.
Tabakanın kurutulması ve ısıtılmasının birincil aşaması, endotermik olarak adlandırılır, yani, salıverme ile değil, ateş kutusunun sıcak duvarlarından ve yanmamış kalıntılardan alınan ısının emilmesiyle birlikte gelir. Ayrıca, tabaka ısındıkça, gaz halindeki yanıcı bileşenlerin salınımı başlar ve gaz hacminde yanmaları başlar. Bu aşamada, kademeli olarak artan fırında ısı üretimi başlar. Isıtmanın etkisi altında, genellikle en büyük termal etkiyi veren tabakanın katı kok tabanının yanması başlar. Tabaka yandıkça, ısı salınımı yavaş yavaş azalır ve son aşamada, yanıcı maddelerin düşük yoğunluklu bir yanması gerçekleşir. Katmanlı yanma döngüsünün bireysel aşamalarının rolü ve etkisinin, katı yakıt kalitesinin aşağıdaki göstergelerine bağlı olduğu bilinmektedir: nem, kül içeriği, uçucu yanıcı maddelerin içeriği ve yanıcı içindeki karbon.
kitle.

Bu bileşenlerin katmandaki yanma sürecinin doğasını nasıl etkilediğini düşünelim.

Yakıtın özgül yanma ısısının bir kısmının nemin buharlaşmasına harcanması gerektiğinden, yakıt nemlendirmesi yanma üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir. Sonuç olarak, ocaktaki sıcaklıklar düşer, yanma koşulları bozulur ve yanma döngüsünün kendisi gecikir.

Yakıtın kül içeriğinin olumsuz rolü, kül kütlesinin yakıtın yanıcı bileşenlerini sarması ve bunlara hava oksijeninin erişimini engellemesi gerçeğinde kendini gösterir. Sonuç olarak, yakıtın yanıcı kütlesi yanmaz, mekanik bir alt yanma oluşur.

Bilim adamlarının araştırmaları, katı yakıttaki uçucu gaz halindeki maddelerin ve katı karbon içeriğinin oranının, yanma işlemlerinin gelişiminin doğası üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğunu belirlemiştir. Uçucu yanıcı maddeler, 150-200 °C ve üzeri sıcaklıklardan başlayarak nispeten düşük sıcaklıklarda katı yakıtlardan evrimleşmeye başlar. Uçucu maddeler bileşim bakımından çeşitlilik gösterir ve farklı çıkış sıcaklıklarında farklılık gösterir; bu nedenle, salınma süreci zamanla uzar ve son aşaması genellikle katmanın katı yakıt kısmının yanması ile birleştirilir.

Uçucu maddeler, hidrojen içeren birçok bileşen içerdiklerinden, nispeten düşük bir tutuşma sıcaklığına sahiptir, yanmaları, ateş kutusunun üst katmanındaki gaz hacminde meydana gelir. Uçucu maddelerin salınmasından sonra kalan yakıtın katı kısmı esas olarak en yüksek tutuşma sıcaklığına (650-700 °C) sahip olan karbondan oluşur. Karbon kalıntısının yanması en son başlar. Doğrudan ızgaranın ince bir tabakasına akar ve yoğun ısı salınımı nedeniyle içinde yüksek sıcaklıklar oluşur.

Katı yakıt yakma döngüsü sırasında fırın ve gaz kanallarındaki sıcaklık değişiminin tipik bir resmi Şekil 2'de gösterilmektedir. 1. Görüldüğü gibi ocak başlangıcında ocak ve bacalarda hızlı bir sıcaklık artışı olur.Yakma sonrası aşamada ise ocak içinde özellikle ocakta keskin bir sıcaklık düşüşü olur. Aşamaların her biri, fırına belirli bir miktarda yanma havası beslemesini gerektirir. Ancak, fırına sabit miktarda hava girmesi nedeniyle yoğun yanma aşamasında fazla hava oranı = 1.5-2'dir ve yanma sonrası aşamada süresi %25-30'a ulaşır. fırın süresi, fazla hava oranı = 8-10'a ulaşır. İncirde. Şekil 2, tipik bir toplu ısıtma fırınında odun, turba ve kömür olmak üzere üç tip katı yakıtın ızgarasında bir yanma döngüsü sırasında fazla hava oranının nasıl değiştiğini göstermektedir.

Pirinç. 1. Katı yakıt ateşlemeli ısıtma sobasının farklı bölümlerinde baca gazlarının sıcaklığındaki değişiklik 1 - ocakta sıcaklık (ızgaradan 0.23 m mesafede); 1 - ilk yatay bacadaki sıcaklık; '3 - üçüncü yatay bacadaki sıcaklık; 4 - altıncı yatay bacadaki sıcaklık (soba damperinin önünde)

Şek. Şekil 2, periyodik katı yakıt yüklemesi ile çalışan fırınlarda fazla hava oranının sürekli değiştiğini göstermektedir.

Aynı zamanda, uçucu maddelerin yoğun salınımı aşamasında, fırına giren hava miktarı genellikle tam yanmaları için yetersizdir ve ön ısıtma ve yanıcı maddelerin yanması aşamalarında, hava miktarı birkaç katıdır. teorik olarak gerekli olandan daha yüksektir.

Sonuç olarak, uçucu maddelerin yoğun salınımı aşamasında, salınan yanıcı gazların kimyasal olarak düşük yanması meydana gelir ve artıkların yanması sırasında, yanma ürünlerinin hacmindeki artış nedeniyle egzoz gazlarıyla artan ısı kaybı vardır. . Kimyasal düşük yanma ile ısı kaybı% 3-5 ve egzoz gazları ile -% 20-35'tir. Bununla birlikte, kimyasal düşük yanmanın olumsuz etkisi, yalnızca ek ısı kayıpları ve verimde bir azalma ile kendini göstermez. Çok sayıda ısıtma fırını çalıştırma deneyimi şunu göstermektedir; yoğun bir şekilde yayılan uçucu maddelerin kimyasal olarak alttan yanması sonucu, amorf karbonun kurum şeklinde fırın ve bacaların iç duvarlarında biriktiğidir.

Pirinç. 2. Katı yakıtın yanma döngüsü sırasında fazla hava oranındaki değişiklik

Kurum, düşük bir ısıl iletkenliğe sahip olduğundan, birikintileri fırın duvarlarının ısıl direncini arttırır ve böylece fırınlardan faydalı ısı transferini azaltır. Bacalardaki kurum birikintileri, gazların geçişi için kesiti daraltır, çekişi bozar ve son olarak, kurum yanıcı olduğu için artan bir yangın tehlikesi yaratır.

Söylenenlerden açıkça anlaşılmaktadır ki, tabaka işleminin tatmin edici olmayan performansı, büyük ölçüde uçucu maddelerin zaman içinde eşit olmayan evriminden kaynaklanmaktadır.

Yüksek karbonlu yakıtların katmanlı yanmasında, yanma işlemi, yüksek sıcaklıkların geliştiği oldukça ince bir yakıt katmanı içinde yoğunlaşır. Yatakta saf karbonun yanması kendi kendini düzenler. Bu, reaksiyona giren (yanmış) karbon miktarının, sağlanan oksitleyici (hava) miktarına karşılık geleceği anlamına gelir. Bu nedenle, sabit bir hava debisinde yakılan yakıt miktarı da sabit olacaktır. Isı yükündeki değişiklik, hava beslemesi VB düzenlenerek yapılmalıdır. Örneğin, VB'nin artması ile yakılan yakıt miktarı artar ve UB'nin azalması, katmanın termal performansında bir azalmaya neden olacak ve fazla hava oranının değeri sabit kalacaktır.

Bununla birlikte, antrasit ve kok kömürünün yanması aşağıdaki zorluklarla ilişkilidir. Yüksek sıcaklıklar oluşturma olasılığı için, antrasit ve kokunun yanması sırasında tabakanın kalınlığı yeterince büyük tutulur. Bu durumda, katmanın çalışma bölgesi, karbon oksidasyonunun atmosferik oksijen ile ekzotermik reaksiyonlarının gerçekleştiği, yani gerçek yanmanın gerçekleştiği nispeten ince alt kısmıdır. Üstteki katmanın tamamı, katmanın yanan kısmının termal yalıtkanı olarak işlev görür ve bu, yanma bölgesini, ısının ateş kutusunun duvarlarına yayılmasından dolayı soğumaya karşı korur.

Yanma bölgesindeki oksidatif reaksiyonlar sonucunda reaksiyona göre faydalı ısı açığa çıkar.
c + o2-> ortak.

Bununla birlikte, üst bölgesindeki tabakanın yüksek sıcaklıklarında, denkleme göre ısının emilmesiyle devam eden ters indirgeyici endotermik reaksiyonlar meydana gelir.
C02 + C2CO.

Bu reaksiyonların bir sonucu olarak, oldukça yüksek bir özgül yanma ısısına sahip yanıcı bir gaz olan karbon monoksit CO oluşur; bu nedenle, baca gazlarındaki varlığı, yakıtın eksik yandığını ve fırının veriminin düştüğünü gösterir. . Bu nedenle, yanma bölgesinde yüksek sıcaklıkların sağlanması için yakıt tabakasının yeterli bir kalınlığa sahip olması gerekir, ancak bu, tabakanın üst kısmında zararlı indirgeme reaksiyonlarına yol açarak katı yakıtın kimyasal olarak az yanmasına neden olur.

Yukarıdakilerden, katı yakıtla çalışan herhangi bir toplu fırında, çalışmadaki fırınların verimliliğini kaçınılmaz olarak azaltan sabit olmayan bir yanma işleminin gerçekleştiği açıktır.

Katı yakıtın kalitesi, fırının ekonomik çalışması için büyük önem taşımaktadır.

Ev ihtiyaçları için standartlara göre, esas olarak bitümlü kömürler (D, G, Zh, K, T, vb. Sınıflar) ile kahverengi kömürler ve antrasitler izole edilir. Parça boyutlarına göre kömürler şu sınıflarda temin edilmelidir: 6-13, 13-25, 25-50 ve 50-100 mm. Kömürün kuru bazda kül içeriği bitümlü kömürler için %14-35, antrasit için %20'ye kadar, nem içeriği bitümlü kömürler için %6-15 ve kahverengi kömürler için %20-45'tir.

Ev tipi sobaların fırın cihazları, yanma sürecini mekanize etme araçlarına sahip değildir (hava akımının düzenlenmesi, tabakanın kurutulması, vb.), bu nedenle, fırınlarda verimli yanma için, kömürün kalitesine yeterince yüksek gereksinimler getirilmelidir. Bununla birlikte, kömürün önemli bir kısmı, standartların öngördüğünden önemli ölçüde daha düşük kalite özelliklerine (nem, kül içeriği, toz içeriği) sahip, tasnif edilmemiş, ham olarak tedarik edilmektedir.

Standart altı yakıtın yanması, kimyasal ve mekanik yetersiz yanmadan kaynaklanan artan kayıplarla kusurludur. Akademi toplumsal hizmetler onlara. KD Pamfilov, düşük kaliteli kömür tedarikinden kaynaklanan yıllık maddi hasarı belirledi. Hesaplamalar, yakıtın eksik kullanımından kaynaklanan maddi hasarın, kömür madenciliği maliyetinin yaklaşık %60'ını oluşturduğunu göstermiştir. Yakıtı üretim yerlerinde şartlı bir duruma getirmek ekonomik ve teknik olarak mümkündür, çünkü zenginleştirme için ek maliyetler belirtilen maddi hasar miktarının yaklaşık yarısı kadar olacaktır.

Kömürün yanma verimini etkileyen önemli bir kalite özelliği, fraksiyonel bileşimidir.

Yakıttaki artan ince madde içeriği ile, daha yoğun hale gelir ve yanan yakıt tabakasındaki boşlukları kapatır, bu da tabaka alanı üzerinde düzensiz bir karaktere sahip olan krater yanmasına neden olur. Aynı nedenle, ısıtıldığında çatlamaya meyilli olan ve önemli miktarda ince tanecik oluşturan kahverengi kömürler, diğer yakıt türlerine göre daha kötü yakılır.

Öte yandan, aşırı büyük kömür parçalarının (100 mm'nin üzerinde) kullanılması da krater yanmasına neden olur.

Genel olarak konuşursak, kömürün nem içeriği yanma sürecini bozmaz; bununla birlikte, yanmanın özgül ısısını, yanma sıcaklığını düşürür ve ayrıca sıfırın altındaki sıcaklıklarda donduğu için kömürün depolanmasını zorlaştırır. Donmayı önlemek için kömürün nem içeriği %8'i geçmemelidir.

Kükürt, katı yakıtlarda zararlı bir bileşendir, çünkü yanma ürünleri, güçlü aşındırıcı özelliklere sahip olan ve aynı zamanda çok toksik olan kükürt dioksit SO2 ve kükürt dioksit SO3'tür.

Kesikli fırınlarda, daha az verimli olmasına rağmen, ham kömürlerin yine de tatmin edici bir şekilde yakılabileceği belirtilmelidir; uzun süreli yanan fırınlar için bu gereksinimler kesinlikle tam olarak karşılanmalıdır.

Sıvı veya gaz yakıtların yakıldığı sürekli fırınlarda yanma işlemi döngüsel değil süreklidir. Yakıtın fırına akışı, sabit bir yanma modunun gözlenmesi nedeniyle eşit olarak gerçekleşir. Katı yakıt yakarken, fırının ateş kutusundaki sıcaklık, yanma sürecini olumsuz yönde etkileyen geniş sınırlar içinde dalgalanıyorsa, brülörü açtıktan hemen sonra doğal gaz yakarken, fırın boşluğundaki sıcaklık 650-700 ° 'ye ulaşır. C. Ayrıca zamanla sürekli artar ve fırın sonunda 850-1100 °C'ye ulaşır. Bu durumda sıcaklık artış hızı, fırın boşluğunun termal gerilimi ve fırın ateşleme süresi ile belirlenir (Şekil 25). Gazın yanması, bir hava damperi vasıtasıyla gerçekleştirilen sabit bir fazla hava oranında muhafaza edilmesi nispeten kolaydır. Bu nedenle, fırında gaz yakıldığında, egzoz gazları ile ısı kaybını en aza indirmeyi ve fırının çalışmasını% 80-90'a ulaşan yüksek verimle elde etmeyi mümkün kılan sabit bir yanma modu oluşturulur. Bir gaz fırınının verimliliği zamanla sabittir ve katı yakıtlı bir fırının verimliliğinden önemli ölçüde daha yüksektir.

Yakıt yanma modunun ve duman sirkülasyonunun ısıyı algılayan yüzeyinin alanının boyutunun fırının verimliliği üzerindeki etkisi. Teorik hesaplamalar, bir ısıtma fırınının termal verimliliğinin, yani termal verimliliğin büyüklüğünün, sözde dış ve iç faktörlere bağlı olduğunu göstermektedir. Dış faktörler arasında, ocak ve baca gazı sirkülasyonları bölgesindeki sobanın ısı aktaran dış yüzeyinin (S) alanının değeri, duvar kalınlığı 6, soba duvarlarının malzemesinin ısıl iletkenlik katsayısı K ve ısı kapasitesi C. Değer ne kadar büyükse. S, X ve 6'dan küçükse, fırın duvarlarından ortam havasına ısı transferi ne kadar iyi olursa, gazlar o kadar tamamen soğutulur ve fırının verimi o kadar yüksek olur.

Pirinç. 3. Yanma alanının yoğunluğuna ve yangın zamanına bağlı olarak, gazlı ısıtma sobasının ocak kutusundaki yanma ürünlerinin sıcaklığındaki değişiklik

İç faktörler, her şeyden önce, esas olarak yakıt yanmasının eksiksizliğine bağlı olan ateş kutusunun verimliliğini içerir. Periyodik eylem ısıtma fırınlarında, hemen hemen her zaman, yanmanın kimyasal eksikliğinden ve yanmanın mekanik eksikliğinden kaynaklanan ısı kayıpları vardır. Bu kayıplar, fırın hacmi Q / V'nin spesifik termal stresi tarafından belirlenen yanma sürecinin organizasyonunun mükemmelliğine bağlıdır. Belirli bir tasarıma sahip bir ocak için QIV değeri, yakıt tüketimine bağlıdır.

Araştırma ve işletme deneyimi, her tür yakıt ve ocak tasarımı için optimal bir Q / V değeri olduğunu belirlemiştir. Düşük Q / V'de, ateş kutusunun iç duvarları zayıf bir şekilde ısınır, yanma bölgesindeki sıcaklıklar verimli yakıt yanması için yetersizdir. Q/V'nin artmasıyla fırın hacmindeki sıcaklıklar artar ve belirli bir Q/V değerine ulaşıldığında optimal yanma koşulları sağlanır. Yakıt tüketiminin daha da artmasıyla, sıcaklık seviyesi yükselmeye devam eder, ancak yanma işleminin ocak kutusu içinde tamamlanması için zaman yoktur. Gazlı yanıcı bileşenler gaz kanallarına sürüklenir, yanma süreci durur ve yakıtın kimyasal olarak yetersiz yanması görülür. Aynı şekilde, aşırı yakıt tüketimi ile, bir kısmının yanacak zamanı yoktur ve ızgarada kalır, bu da mekanik yanmaya yol açar. Bu nedenle, sobanın maksimum verime sahip olması için ocak kutusunun optimum termal voltajla çalışması gerekir.

ısı kaybı Çevreşöminenin duvarlarından ısı, odanın faydalı ısıtılması için harcandığından sobanın verimliliğini düşürmez.

İkinci önemli dahili faktör baca gazı akış hızı Vr'dir. Fırın çalıştırılsa bile optimal değer ateş kutusunun termal voltajı, bacalardan geçen gazların hacmi, aşırı hava katsayısındaki bir değişiklik nedeniyle önemli ölçüde değişebilir, bu da ateş kutusuna giren havanın gerçek akış hızının teorik olarak gerekli miktarına oranıdır. Belirli bir QIV değerinde, am değeri çok geniş bir aralıkta değişebilir. Periyodik etkili geleneksel ısıtma fırınlarında, maksimum yanma periyodu sırasında am değeri 1'e yakın olabilir, yani mümkün olan minimum teorik sınıra karşılık gelir. Bununla birlikte, yakıt hazırlama döneminde ve artıkların yakılması aşamasında, kesikli fırınlardaki am değeri genellikle keskin bir şekilde artar, çoğu zaman son derece yüksek değerlere ulaşır - 8-10 mertebesinde. Am'nin artmasıyla gazların hacmi artar, duman sirkülasyon sisteminde kalma süreleri azalır ve bunun sonucunda egzoz gazlarıyla ısı kayıpları artar.

İncirde. Şekil 4, ısıtma fırınının verimliliğinin çeşitli parametrelere bağımlılığının grafiklerini göstermektedir. İncirde. Şekil 4, a, > değerlerine bağlı olarak ısıtma fırınının verim değerlerini göstermektedir; bu değerden 1.5'ten 4.5'e bir artışla, verimin %80'den %48'e düştüğü görülmektedir. İncirde. Şekil 4, b, ısıtma fırınının verimliliğinin, duman sirkülasyonu S'nin iç yüzeyinin alanının boyutuna bağımlılığını göstermektedir; buradan, S'de 1'den 4 m2'ye bir artışla, verimlilik %65'ten %90'a yükselir.

dışında yukarıdaki faktörler verimliliğin değeri fırın ateşleme süresine bağlıdır t (Şekil 4, c). x arttıkça fırının iç duvarları daha yüksek bir sıcaklığa ısıtılır ve buna göre gazlar daha az soğutulur. Bu nedenle, ateş kutusunun süresindeki bir artışla, herhangi bir ısıtma fırınının verimliliği azalır ve bu tasarımdaki bir fırının belirli bir minimum değerine yaklaşır.

Pirinç. 4. Bir gazlı ısıtma fırınının verimliliğinin çeşitli parametrelere bağımlılığı a - duman dolaşımının iç yüzeyinin alanı ile aşırı hava oranına, m2; b - farklı hava fazlalık oranlarında duman devrinin iç yüzeyinin alanından; c - duman akışının iç yüzeyinin farklı alanları için fırının süresi, m2

Isıtma fırınlarının ısı transferi ve depolama kapasiteleri. Isıtma fırınlarında baca gazlarının ısıtılan odaya iletmesi gereken ısı, fırın duvarlarının kalınlığından geçmelidir. Ocak ve baca duvarlarının kalınlığındaki bir değişiklikle, duvarın ısıl direnci ve kütlesi (birikme kapasitesi) buna göre değişir. Örneğin, duvarların kalınlığı azaldıkça ısıl dirençleri azalır, ısı akışı artar ve aynı zamanda fırının boyutları azalır. Bununla birlikte, katı yakıtla çalışan aralıklı fırınların duvarlarının kalınlığındaki bir azalma, aşağıdaki nedenlerden dolayı kabul edilemez: aralıklı kısa süreli ısıtma ile, ocak ve bacaların iç yüzeyleri yüksek sıcaklıklara ısıtılır ve dış sıcaklığın sıcaklığı maksimum yanma dönemlerinde fırının yüzeyi izin verilen limitlerin üzerinde olacaktır; dış duvarların çevreye yoğun ısı transferi nedeniyle yanmanın kesilmesinden sonra fırın hızla soğuyacaktır.

Büyük M değerlerinde, oda sıcaklığı zaman içinde geniş bir aralıkta değişecek ve izin verilen standartların ötesine geçecektir. Öte yandan, sobayı çok kalın duvarlı bir şekilde yerleştirirseniz, kısa bir ısıtma süresinde büyük kütlesinin ısınması için zaman kalmayacak ve ayrıca duvarların kalınlaşması ile alan arasındaki fark gazlardan ısı alan bacaların iç yüzeyinin ve sobanın ısı aktaran dış yüzeyinin alanı artar. fırın odayı etkili bir şekilde ısıtmak için çok düşük olacaktır. Bu nedenle, yığın fırının kütlesinin fırın sırasında yeterli miktarda ısı biriktirdiği ve aynı zamanda yeterli miktarda ısı biriktirdiği böyle bir optimal duvar kalınlığı (1 / 2-1 tuğla) vardır. sıcaklık Normal oda ısıtması için fırının dış yüzeyleri.

Isıtma fırınlarında sıvı veya gaz yakıt kullanıldığında, sürekli bir yanma modu oldukça elde edilebilir, bu nedenle, sürekli ısıtma ile, duvar kütlesindeki artıştan dolayı ısı birikimine gerek yoktur. Gazlardan ısıtılan odaya ısı transferi süreci zaman içinde durağandır. Bu koşullar altında, fırının et kalınlığı ve masifliği, belirli bir birikim değeri sağlanması esasına göre değil, duvarın mukavemeti ve uygun dayanıklılığın sağlanması dikkate alınarak seçilebilir.

Fırını bir partiden sürekli bir fırına değiştirmenin etkisi, Şekil 2'de açıkça görülmektedir. Şekil 5, periyodik ve sürekli bir fırın durumunda ocak duvarının iç yüzeyinin sıcaklığındaki değişimi gösterir. Periyodik bir ateş kutusu ile, 0,5-1 saat sonra ocak duvarının iç yüzeyi 800-900 ° C'ye kadar ısınır.

Fırının 1-2 yıllık çalışmasından sonra böylesine keskin bir ısıtma, genellikle tuğlaların çatlamasına ve tahribatına neden olur. Bununla birlikte, böyle bir mod zorlanır, çünkü ısı yükündeki bir azalma, fırının süresinde aşırı bir artışa yol açar.

Sürekli yanma ile yakıt tüketimi keskin bir şekilde azalır ve ocak duvarlarının ısıtma sıcaklığı düşer. Şekilden görüldüğü gibi. 27, çoğu bitümlü kömür markası için sürekli yanma ile, duvar sıcaklığı sadece 200'den 450-500 ° С'ye yükselirken, periyodik ısıtma ile çok daha yüksektir - 800-900 ° С. Bu nedenle, aralıklı fırınların ateş kutuları genellikle refrakter tuğlalarla kaplanırken, sürekli fırınların ateş kutuları, yüzeylerindeki sıcaklık sıradan kırmızı tuğlaların (700-750 ° C) refrakterlik sınırına ulaşmadığından astar gerektirmez.

Sonuç olarak, sürekli ateşleme ile tuğla işi daha verimli kullanılır, fırınların hizmet ömrü önemli ölçüde artar ve çoğu kömür markası için (antrasit ve yağsız kömürler hariç) fırının tüm parçalarını kırmızı tuğladan yerleştirmek mümkündür.

Fırın taslağı. Baca gazlarının ocaktan çıkan duman akışından geçerek bacaya geçmesini sağlamak, yolda karşılaşılan tüm yerel dirençleri aşmak için belirli bir çaba harcamak gerekir, bu dirençleri aşması gerekir, aksi takdirde soba sigara içecektir. Bu çabaya genellikle fırının itme kuvveti denir.

Çekiş kuvvetinin görünümü şemada gösterilmiştir (Şekil 6). Ocakta oluşan baca gazları çevredeki havaya göre daha hafif olduğu için yukarı doğru yükselir ve bacayı doldurur. Dış hava sütunu, bacadaki gaz sütununa karşı çıkar, ancak soğuk olduğu için gaz sütunundan çok daha ağırdır. Yanma kapısından koşullu bir dikey düzlem çizersek, sağ tarafta, fırın kapısının ortasından baca üstüne bir sıcak gaz sütunu tarafından etki edilir (bastırılır) ve solda - aynı yükseklikte bir dış soğuk hava sütunu. Soğuk havanın yoğunluğu sıcak havanın yoğunluğundan daha büyük olduğu için sol kolonun kütlesi sağ kolondan daha büyüktür, bu nedenle sol kolon bacayı dolduran baca gazlarını yerinden edecek ve gazlar sistemde hareket edecektir. yüksek basınçtan düşük basınca doğru yön, yani baca tarafı.

Pirinç. 5. Ocak duvarının iç yüzeyindeki sıcaklık değişimi a - termostat alt sınıra ayarlanır; b - termostat üst sınıra ayarlanmış

Pirinç. 6. Baca operasyon şeması 1-fırın kapısı; 2- ateş kutusu; 3 - bir dış hava sütunu; 4 - baca

Bu nedenle, itme kuvvetinin etkisi, bir yandan sıcak gazları yukarı doğru yükselmeye zorlaması, diğer yandan da dış havayı yanma için ateş kutusuna geçmeye zorlamasından oluşur.

Bacadaki gazların ortalama sıcaklığı, baca giriş ve çıkışındaki gazların sıcaklıkları arasındaki aritmetik ortalamaya eşit alınabilir.

- Yakıt yakma işlemlerinin ana özellikleri