Karakteristike sagorevanja čvrstog goriva. Gorivo i osnovna teorija sagorijevanja. Dizajn peći

Karakteristike sagorevanja čvrstih goriva

Zapaljivi plinovi i pare katrana (tzv. hlapljive tvari), koji se oslobađaju prilikom termičke razgradnje prirodnog čvrstog goriva prilikom njegovog zagrijavanja, miješajući se sa oksidantom (vazduhom), na visokim temperaturama izgaraju prilično intenzivno, poput običnog plinovitog goriva. Iz tog razloga, sagorevanje goriva sa visokim prinosom isparljivih materija (ogrevno drvo, treset, škriljac) ne izaziva poteškoće, osim ako, naravno, sadržaj balasta u njima (vlaga plus sadržaj pepela) nije toliko visok da bi mogao da bude prepreka za postizanje temperature potrebne za sagorevanje.

Vrijeme sagorijevanja goriva sa srednjim (mrki i kameni ugalj) i niskim (mrki ugalj i antraciti) isparljivim prinosom praktično je određeno brzinom reakcije na površini koksnog ostatka koji nastaje nakon oslobađanja isparljivih tvari. Sagorijevanje ovog ostatka također osigurava oslobađanje glavne količine topline.

Reakcija koja se javlja na granici između dvije faze(u ovom slučaju na površini komada koksa) pozvao heterogena. Sastoji se od najmanje dva uzastopna procesa: difuzije kiseonika na površinu i njegove hemijske reakcije sa gorivom (gotovo čisti ugljenik koji ostaje nakon oslobađanja isparljivih materija) na površini. Povećavajući se prema Arrheniusovom zakonu, brzina kemijske reakcije na visokoj temperaturi postaje toliko velika da sav kisik doveden na površinu odmah reagira. Kao rezultat toga, ispada da brzina gorenja ovisi samo o intenzitetu isporuke kisika na površinu goruće čestice kroz prijenos mase i difuziju. Na njega praktički više ne utiču ni temperatura procesa ni reakciona svojstva koksnog ostatka. Ovaj način heterogene reakcije obično se naziva difuzija. Sagorevanje se u ovom režimu može intenzivirati samo intenziviranjem dovoda reagensa na površinu čestice goriva. To se postiže različitim metodama u različitim ložištima.

Slojna ložišta.Čvrsto gorivo, nabačeno u sloju određene debljine na razvodnu mrežu, se pali i duva (najčešće odozdo prema gore) vazduhom (Sl. 28, a). Filtrirajući između komada goriva, gubi kisik i obogaćuje se oksidima (CO 2, CO) ugljika zbog sagorijevanja uglja, redukcije vodene pare i ugljičnog dioksida ugljem.

Rice. 28. Šeme za organizovanje procesa sagorevanja:

A- u gustom sloju; b - u prašnjavom stanju; _V - u ciklonskoj peći;

G - u fluidizovanom sloju; IN- zrak; T, V - gorivo, vazduh; ZhSh - tečna šljaka

Zona unutar koje kisik gotovo potpuno nestaje naziva se zona kisika; njegova visina je dva do tri puta veća od prečnika komada goriva. Gasovi koji izlaze iz njega sadrže ne samo CO 2, H 2 O i N 2, već i zapaljive plinove CO i H 2, koji nastaju kako zbog redukcije CO 2 i H 2 O ugljem, tako i od isparljivih tvari koje se oslobađaju iz uglja. Ako je visina sloja veća od zone kiseonika, onda zonu kiseonika prati zona redukcije, u kojoj se javljaju samo reakcije CO 2 + C = 2CO i H 2 O + C = CO + H 2. Kao rezultat toga, koncentracija zapaljivih plinova koji izlaze iz sloja raste kako se povećava njegova visina.

U slojevitim ložištima nastoje da visina sloja bude jednaka ili veća od visine zone kiseonika. Za naknadno sagorevanje produkata nepotpunog sagorevanja (H 2 , CO) koji izlaze iz sloja, kao i za naknadno sagorevanje prašine koja se iz njega izvodi, u zapreminu sagorevanja iznad sloja se dovodi dodatni vazduh.

Količina sagorjelog goriva proporcionalna je količini dovedenog zraka, međutim povećanje brzine zraka iznad određene granice narušava stabilnost gustog sloja, jer zrak probijajući sloj na određenim mjestima stvara kratere. Budući da se polidisperzno gorivo uvijek stavlja u sloj, povećava se uklanjanje sitnih čestica. Što su čestice veće, to brže zrak može proći kroz sloj bez ugrožavanja njegove stabilnosti. Ako uzmemo za grube procene toplotu „sagorevanja“ 1 m 3 vazduha u normalnim uslovima pri α in = 1 jednako 3,8 MJ i shvatimo je kao w n svedeno na normalnim uslovima protok vazduha po jedinici površine rešetke (m/s), tada će toplotni napon ogledala za sagorevanje (MW/m 2) biti

q R = 3,8W n / α in(105)

Uređaji za sagorevanje slojeva klasifikovani su na osnovu načina dovoda, pomeranja i uvrtanja sloja goriva na rešetku. U nemehanizovanim pećima, u kojima se sve tri operacije izvode ručno, ne može se sagoreti više od 300 - 400 kg/h uglja. U industriji se najviše koriste potpuno mehanizirana slojna ložišta sa pneumomehaničkim bacačima i lančanom povratnom rešetkom (Sl. 29). Njihova karakteristika je sagorevanje goriva na rešetki koja se neprekidno kreće brzinom od 1-15 m/h, projektovanoj u obliku trake transportne trake koju pokreće elektromotor. Mreža rešetke se sastoji od pojedinačnih elemenata rešetke postavljenih na beskrajne šarke vođene „zvijezdama“. Vazduh potreban za sagorevanje dovodi se ispod rešetke kroz otvore između elemenata rešetke.

Rice. 29. Šema ložišta sa pneumomehaničkim bacačem i lančanom povratnom rešetkom:

1 - krpa za rešetke; 2 - pogonski lančanici; 3 - sloj goriva i šljake; 4 – 5 - rotor kotača; 6 - traka za ubacivanje; 7 - bunker za gorivo; 8 - zapremina sagorevanja; 9 - sitaste cijevi; 10 - 11 - obloga peći; 12 - stražnja brtva; 13 - prozori za dovod zraka ispod sloja

Peći za raspaljivanje. U prošlom stoljeću za sagorijevanje u slojevitim pećima (a drugih tada nije bilo) koristio se samo ugalj koji nije sadržavao finoće (obično frakciju od 6 - 25 mm). Frakcija manja od 6 mm - staub (od njemačkog staub - prašina) bila je otpad. Početkom ovog stoljeća razvijena je metoda za njegovo sagorijevanje u prahu, u kojoj se ugalj drobio do 0,1 mm, a teško sagorivi antraciti još finije drobili. Takve čestice prašine se odnose protokom plina, relativna brzina između njih je vrlo mala. Ali njihovo vrijeme sagorijevanja je izuzetno kratko - sekunde i djelići sekunde. Iz tog razloga, sa vertikalnom brzinom gasa manjom od 10 m/s i dovoljnom visinom peći (desetine metara u modernim kotlovima), prašina ima vremena da potpuno izgori u hodu dok se kreće zajedno sa gasom iz gorionika do izlaza iz peći.

Ovaj princip čini osnovu ložišta sa bakljom (komorom), u koje se kroz gorionike uduvava fino mlevena zapaljiva prašina zajedno sa vazduhom neophodnim za sagorevanje (vidi sliku 28, b ) slično kao što se sagorevaju gasovita ili tečna goriva. Osim toga, komorna ložišta su pogodna za sagorijevanje bilo kojeg goriva, što je njihova velika prednost u odnosu na slojna ložišta. Druga prednost je mogućnost stvaranja ložišta za gotovo bilo koju proizvoljnu snagu. Iz tog razloga, sada komorne peći zauzimaju dominantan položaj u energetskom sektoru. Istovremeno, prašina se ne može stabilno sagorijevati u malim pećima, posebno u promjenjivim radnim uvjetima, stoga se ne prave peći na prah toplinske snage manje od 20 MW.

Gorivo se usitnjava u uređajima za mljevenje i upuhuje u komoru za sagorijevanje kroz gorionike za prah. Transportni vazduh koji se ubacuje zajedno sa prašinom obično se naziva primarnim vazduhom.

Prilikom komornog sagorevanja čvrstih goriva u obliku prašine, isparljive materije, koje se oslobađaju tokom procesa zagrevanja, sagorevaju u gorioniku kao gasovito gorivo, što pomaže da se čvrste čestice zagreju do temperature paljenja i olakšava stabilizaciju gorionika. Količina primarnog zraka mora biti dovoljna za sagorijevanje isparljivih tvari. Ona se kreće od 15 - 25% ukupne količine vazduha za ugalj sa malim prinosom isparljivih materija (na primer, antracit) do 20 - 55% za goriva sa visokim prinosom (mrki ugalj). Ostatak vazduha neophodan za sagorevanje (zove se sekundarni) se posebno dovodi u ložište i meša sa prašinom tokom procesa sagorevanja.

Da bi se prašina zapalila, prvo se mora zagrijati na dovoljno visoku temperaturu. Uz to je, naravno, potrebno zagrijati i zrak koji ga transportira (tj. primarni) zrak. Ovo se može uraditi samo miješanjem vrućih produkata izgaranja u tok suspenzije prašine.

Dobra organizacija sagorevanja čvrstih goriva (naročito teško zapaljivih, sa malim isparljivim prinosom) obezbeđena je upotrebom tzv. puževa gorionika (Sl. 30).

Rice. 30. Direktni spiralni gorionik za kruto gorivo u prahu: IN- zrak; T, V - gorivo, vazduh

Ugljena prašina sa primarnim vazduhom se u njih dovodi kroz centralnu cijev i zahvaljujući prisutnosti razdjelnika izlazi u peć u obliku tankog prstenastog mlaza. Sekundarni vazduh se dovodi kroz „puž“, snažno se kovitla u njemu i izlazeći u ložište stvara moćnu turbulentnu vrtložnu baklju, koja obezbeđuje usisavanje velikih količina vrućih gasova iz jezgre gorionika do otvora gorionika. . Time se ubrzava zagrijavanje mješavine goriva sa primarnim zrakom i njeno paljenje, odnosno stvara se dobra stabilizacija plamena. Sekundarni vazduh se dobro meša sa već zapaljenom prašinom zbog svoje jake turbulizacije. Najveće čestice prašine sagorevaju tokom svog leta u struji gasa unutar zapremine sagorevanja.

Prilikom spaljivanja ugljene prašine, u svakom trenutku postoji neznatna količina goriva u peći - ne više od nekoliko desetina kilograma. Ovo čini proces baklje vrlo osjetljivim na promjene u potrošnji goriva i zraka i, ako je izuzetno važno, omogućava gotovo trenutne promjene u produktivnosti peći, kao kod sagorijevanja loživog ulja ili plina. Istovremeno, to povećava zahtjeve za pouzdanost snabdijevanja peći prašinom, jer će najmanji (nekoliko sekundi!) prekid dovesti do gašenja baklje, što je povezano s opasnošću od eksplozije prilikom napajanja. prašina se nastavlja. Iz tog razloga, peći na prah obično imaju instalirano nekoliko gorionika.

Prilikom sagorevanja goriva u prahu nastaju visoke temperature (do 1400-1500 °C) u jezgru gorionika, koje se nalazi u blizini otvora gorionika, pri čemu pepeo postaje tečan ili testo. Prianjanje ovog pepela na zidove peći može dovesti do njihovog zarastanja šljakom. Iz tog razloga se sagorevanje praškastog goriva najčešće koristi u kotlovima gde su zidovi peći zatvoreni vodom hlađenim cevima (zaslonima), u blizini kojih se gas hladi i čestice pepela suspendovane u njemu imaju vremena da se stvrdnu pre kontakta sa zidom. . Sagorevanje u prahu može se koristiti i u pećima sa tečnim uklanjanjem šljake, kod kojih su zidovi prekriveni tankim filmom tečne šljake i čestice rastopljenog pepela se spuštaju u ovaj film.

Volumetrijski toplotni stres u pećima na prah je obično 150-175 kW/m 3 , dok se u malim pećima povećava na 250 kW/m 3 . Uz dobro mešanje vazduha i goriva, prihvatljivo je α in=1,2÷1,25; q krzno= 0,5÷6% (veliki brojevi - pri sagorevanju antracita u malim ložištima); q hemikalija= 0 ÷1%.

U komornim pećima, nakon dodatnog mljevenja, moguće je spaljivati ​​otpad od uglja koji nastaje prilikom njihovog obogaćivanja u koksarama (industrijski proizvod), prosijavanju koksa i još sitnijeg koksnog mulja.

Ciklonske peći. U ciklonskim pećima provodi se posebna metoda sagorijevanja. Oni koriste prilično male čestice uglja (obično sitnije od 5 mm), a vazduh potreban za sagorevanje dovodi se ogromnim brzinama (do 100 m/s) tangencijalno na ciklonsku generatricu. U peći se stvara snažan vrtlog koji uvlači čestice u cirkulacijski pokret u kojem ih intenzivno duva strujanje. Kao rezultat intenzivnog sagorijevanja u peći nastaju temperature bliske adijabatskim (do 2000 °C). Pepeo od uglja se topi, tečna šljaka teče niz zidove. Iz više razloga, upotreba ovakvih peći u energetskom sektoru je napuštena, a sada se koriste kao tehnološke - za sagorevanje sumpora za proizvodnju SO 2 u proizvodnji H 2 SO 4, pečenje ruda i sl. neutralizacija otpadnih voda vrši se u ciklonskim pećima, odnosno sagorijevanjem štetnih tvari koje se nalaze u njima zbog dovoda dodatnog (obično plinovitog ili tekućeg) goriva.

Peći sa fluidizovanim slojem. Stabilno sagorevanje baklje sa prahom moguće je samo pri visokoj temperaturi u njenom jezgru - ne nižoj od 1300-1500 °C. Na ovim temperaturama dušik zraka počinje primjetno oksidirati prema reakciji N 2 + O 2 = 2NO. Određena količina NO se također formira iz dušika sadržanog u gorivu. Dušikov oksid koji se oslobađa zajedno s dimnim plinovima u atmosferu dalje se oksidira do visoko toksičnog dioksida NO 2. U SSSR-u, maksimalno dozvoljena koncentracija NO 2 (MPC), bezbednog za zdravlje ljudi, u vazduhu naseljenih mesta je 0,085 mg/m 3 . Da bi to osigurale, velike termoelektrane moraju izgraditi visoke dimnjake koji raspršuju dimne plinove na što većoj površini. U isto vrijeme, kada je veliki broj stanica koncentriran blizu jedna drugoj, to ne pomaže.

U nizu zemalja nije regulisan MPC, već količina štetnih emisija po jedinici toplote koja se oslobađa tokom sagorevanja goriva. Na primjer, u SAD-u je velikim preduzećima dozvoljeno da emituju 28 mg azotnih oksida po 1 MJ toplote sagorevanja. U SSSR-u su standardi emisije za različita goriva od 125 do 480 mg/m3.

Prilikom sagorijevanja goriva koja sadrže sumpor nastaje otrovni SO 2, čiji je učinak na ljude također kumulativan s djelovanjem NO 2.

Ove emisije uzrokuju stvaranje fotohemijskog smoga i kisela kiša, štetno utičući ne samo na ljude i životinje, već i na vegetaciju. IN zapadna evropa Na primjer, takve kiše ubijaju značajan dio crnogoričnih šuma.

Ako u pepelu goriva nema dovoljno kalcijuma i magnezijum oksida da veže sav SO 2 (obično je potreban dvostruki ili trostruki višak u poređenju sa stehiometrijom reakcije), gorivu se dodaje krečnjak CaCO 3. Krečnjak na temperaturama od 850-950 °C intenzivno se razlaže na CaO i CO 2, ali se gips CaSO 4 ne razgrađuje, odnosno reakcija se ne odvija s desna na lijevo. Međutim, otrovni SO 2 je vezan za bezopasan, praktično nerastvorljiv gips, koji se uklanja zajedno s pepelom.

S druge strane, u procesu ljudske djelatnosti nastaje velika količina zapaljivog otpada koji se ne smatra gorivom u općeprihvaćenom smislu: jalovina za pripremu uglja, deponije uglja, brojni otpad iz industrije celuloze i papira i dr. sektore nacionalne ekonomije. Paradoksalno je, na primjer, da se "kamene" koje su nagomilane u ogromnim deponijama u blizini rudnika uglja često spontano zapali i dugo vremena zagađuje okolni prostor dimom i prašinom, ali se zbog visokog sadržaja pepela ne može paliti ni u slojevitim ni u komornim ložištima. U slojevitim ložištima pepeo, sinterovan tokom sagorevanja, sprečava prodor kiseonika do čestica goriva, u komornim ložištima nije moguće postići visoku temperaturu potrebnu za stabilno sagorevanje.

Hitna i izuzetna važnost razvoja tehnologija bez otpada, koja je nastala za čovječanstvo, pokrenula je pitanje stvaranja uređaja za sagorijevanje za sagorijevanje takvih materijala. Postali su ložišta sa fluidizovanim slojem.

Fluidized (ili ključanje) se obično naziva sloj sitnozrnastog materijala koji je odozdo nagore upuhan gasom brzinom koja prelazi granicu stabilnosti gustog sloja, ali nije dovoljna da ukloni čestice iz sloja. Intenzivna cirkulacija čestica u ograničenoj zapremini komore stvara utisak tečnosti koja brzo ključa, što objašnjava poreklo imena.

Gusti sloj čestica koji se fizički upuhuje odozdo gubi stabilnost jer otpor plinu koji filtrira kroz njega postaje jednak težini stupca materijala po jedinici površine noseće rešetke. Budući da je aerodinamički otpor sila kojom plin djeluje na čestice (i, prema tome, prema trećem Newtonovom zakonu, čestice djeluju na plin), onda ako su otpor i težina sloja jednaki, čestice (ako uzmemo u obzir idealan slučaj ) ne počiva na rešetki, već na gasu.

Prosječna veličina čestica u pećima s fluidiziranim slojem je obično 2-3 mm. Oni odgovaraju radnoj brzini fluidizacije (uzima se 2-3 puta veća od w to) 1,5 ÷ 4 m/s. Ovo se određuje prema površini mreže za distribuciju plina za datu toplinsku snagu ložišta. Zapreminski termički stres q v uzeto približno isto kao i za slojna ložišta.

Najjednostavnije ložište sa fluidiziranim slojem (Sl. 31) po mnogo čemu podsjeća na slojevito ložište i sa njim ima mnogo zajedničkih strukturnih elemenata. Osnovna razlika između njih je u tome što intenzivno miješanje čestica osigurava konstantnu temperaturu u cijelom volumenu fluidiziranog sloja.

Rice. 31. Dijagram peći sa fluidiziranim slojem: 1 - istovar pepela; 2 - dovod zraka ispod sloja; 3 - fluidizirani sloj pepela i goriva; 4 - dovod zraka do kotača; 5 - rotor kotača; 6 - traka za ubacivanje; 7 - bunker za gorivo; 8 - zapremina sagorevanja; 9 - sitaste cijevi; 10 - oštar udar i povratak uvlačenja; 11- obloga peći; 12 - cijevi za primanje topline u fluidiziranom sloju; IN - voda; P- para.

Održavanje temperature fluidiziranog sloja u potrebnim granicama (850 - 950 °C) osigurava se na dva različita načina. U malim industrijskim pećima koje sagorevaju otpad ili jeftino gorivo, u ležište se dovodi znatno više vazduha nego što je neophodno za potpuno sagorevanje, stvrdnjavanje α u ≥ 2.

Sa istom količinom oslobođene topline, temperatura plinova opada kao i α u, jer se ista toplota troši na zagrevanje velikog broja gasova.

U velikim energetskim jedinicama ovaj način smanjenja temperature sagorijevanja je neekonomičan, jer “višak” zraka koji izlazi iz jedinice također odnosi toplinu koja se troši na zagrijavanje (povećavaju se gubici s izduvnim plinovima - vidi dolje). Iz tog razloga, cijevi se postavljaju u peći s fluidiziranim slojem velikih kotlovskih jedinica. 9 i 12 s radni fluid (voda ili para) koji cirkuliše u njima, koji prima izuzetno važnu količinu toplote. Intenzivno „pranje“ ovih cijevi česticama osigurava visok koeficijent prijenosa topline sa sloja na cijevi, što u nekim slučajevima omogućava smanjenje potrošnje metala kotla u odnosu na tradicionalni. Gorivo gori stabilno kada je njegov sadržaj u fluidiziranom sloju 1% ili manje; preostalih 99% With nepotreban - pepeo. Čak i pod takvim nepovoljnim uslovima, intenzivno mešanje ne dozvoljava česticama pepela da blokiraju pristup kiseoniku zapaljivim materijama (za razliku od gustog sloja). U ovom slučaju ispada da je koncentracija zapaljivih materija ista u cijelom volumenu fluidiziranog sloja. Da bi se uklonio pepeo unesen gorivom, deo slojnog materijala se kontinuirano uklanja iz njega u obliku sitnozrnate troske - najčešće se jednostavno „odvodi“ kroz rupe u ložištu, jer fluidizovani sloj može da teče kao tečnost.

Peći s cirkulirajućim fluidiziranim slojem. IN U poslednje vreme pojavile su se peći druge generacije sa tzv. cirkulirajućim fluidiziranim slojem. Iza ovih ložišta se postavlja ciklon u kojem se sve nesagorele čestice hvataju i vraćaju nazad u ložište. Međutim, čestice se „zaključavaju“ u sistemu peć-ciklon-peć sve dok potpuno ne izgore. Ova ložišta su vrlo ekonomična, nisu inferiorna u odnosu na metodu sagorijevanja u komori, uz zadržavanje svih ekoloških prednosti.

Peći sa fluidizovanim slojem se široko koriste ne samo u energetskom sektoru, već iu drugim industrijama, na primer, za sagorevanje pirita za proizvodnju SO 2, prženje raznih ruda i njihovih koncentrata (cink, bakar, nikl, zlato) itd. (Sa stanovišta teorije sagorijevanja, prženje, na primjer, rude cinka prema reakciji 2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO 2 je sagorijevanje ovog specifičnog ʼʼgorivaʼʼ, koje se odvija, kao i sve reakcije sagorijevanja, uz oslobađanje velike količine topline.) Peći s fluidiziranim slojem se široko koriste, posebno u inostranstvu, za neutralizaciju požara (tj. sagorijevanje) različitog opasnog industrijskog otpada ( čvrsti, tečni i gasoviti) - mulj od bistrenja otpadnih voda, smeće itd.

Tema 12. Peći hemijske industrije. Šematski dijagram peći za gorivo. Klasifikacija peći u hemijskoj industriji. Glavne vrste peći, karakteristike njihovog dizajna. Toplotni bilans peći

Peći hemijske industrije. Šematski dijagram peći za gorivo

Industrijska peć je energetsko-tehnološka jedinica dizajnirana za toplinsku obradu materijala kako bi im se dala potrebna svojstva. Izvor toplote u ložištima na gorivo (plamen) je različite vrste ugljenično gorivo (plin, lož ulje, itd.). Moderne instalacije peći su često velike mehanizirane i automatizirane jedinice visoke produktivnosti.

Najviša vrijednost za izbor režima tehnološkog procesa ima optimalnu temperaturu tehnološki proces, što je određeno termodinamičkim i kinetičkim proračunima procesa. Optimalni temperaturni režim procesa su temperaturni uslovi pod kojima se obezbeđuje maksimalna produktivnost za ciljni proizvod u datoj peći.

Obično radna temperatura u peći je nešto niža od optimalne, zavisi od uslova sagorevanja goriva, uslova razmene toplote, izolacionih svojstava i trajnosti obloge peći, termofizičkih svojstava obrađenog materijala itd.
Objavljeno na ref.rf
faktori. Na primjer, za peći za pečenje radna temperatura je u rasponu između temperature procesa aktivne oksidacije i temperature sinteriranja proizvoda pečenja. Pod toplotnim režimom peći se podrazumeva skup procesa toplotne inercije, toplote prenosa mase i mehanike medija koji obezbeđuju distribuciju toplote u zoni tehnološkog procesa. Toplinski režim zone tehnološkog procesa određuje termički režim cijele peći.

Na režim rada peći veliki uticaj ima sastav gasne atmosfere u peći, koji je neophodan za pravilan tok tehnološkog procesa. Za oksidativne procese, plinsko okruženje u peći mora sadržavati kisik, čija se količina kreće od 3 do 15% ili više. Redukcionu sredinu karakteriše nizak sadržaj kiseonika (do 1-2%) i prisustvo redukcionih gasova (CO, H2, itd.) 10-20% ili više. Sastav gasne faze određuje uslove za sagorevanje goriva u peći i zavisi od količine vazduha koji se dovodi za sagorevanje.

Kretanje gasova u peći ima značajan uticaj na tehnološki proces, sagorevanje i prenos toplote, a kod peći, peći sa fluidizovanim slojem ili vorteks, kretanje gasova je glavni faktor stabilnog rada. Prisilno kretanje plinova se vrši pomoću dimovoda i ventilatora.

Na brzinu tehnološkog procesa utiče kretanje materijala koji se termički obrađuje.

Dijagram instalacije peći uključuje sljedeće elemente: uređaj za sagorijevanje za sagorijevanje goriva i organiziranje izmjene topline; radni prostor peći za izvođenje ciljanog tehnološkog načina rada; uređaji za izmjenu topline za regeneraciju topline iz dimnih plinova (grijni plin, zrak); postrojenja za rekuperaciju (kotlovi za rekuperaciju otpada) za korištenje topline dimnih plinova; uređaji za vuču i puhanje (dimne cijevi, ventilatori) za uklanjanje izgaranja goriva i plinovitih produkata toplinske obrade materijala i dovod zraka u gorionike, mlaznice ispod rešetke; uređaji za čišćenje (filteri, itd.).

Karakteristike sagorevanja čvrstih goriva - pojam i vrste. Klasifikacija i karakteristike kategorije "Osobine sagorevanja čvrstih goriva" 2017, 2018.

Zbog sve veće popularnosti kotlova na kruta goriva, veliki broj potencijalnih kupaca ove opreme zanima se za pitanje kojoj vrsti čvrstog goriva dati prednost kao glavnom, te ovisno o donesenoj odluci naručiti jednu ili drugu vrsta opreme za grijanje.

Glavni pokazatelj bilo kojeg goriva, ne samo čvrstog goriva, je njegov prijenos topline, koji se osigurava sagorijevanjem čvrstog goriva. U ovom slučaju, prijenos topline čvrstog goriva direktno je povezan s njegovom vrstom, svojstvima i sastavom.

Malo hemije

Sastav čvrstog goriva uključuje sljedeće tvari: ugljik, vodonik, kisik i mineralna jedinjenja. Kada se gorivo sagori, ugljik i vodik se kombiniraju s kisikom zraka (najjači prirodni oksidans) - dolazi do reakcije sagorijevanja, oslobađajući veliku količinu toplinske energije. Dalje, gasoviti produkti sagorevanja se uklanjaju kroz sistem za odvod dima, a čvrsti proizvodi sagorevanja (pepeo i šljaka) ispadaju kao otpad kroz rešetku.

U skladu s tim, glavni zadatak s kojim se suočava projektant opreme za grijanje na čvrsto gorivo je osigurati najduže gorenje peći na čvrsto gorivo ili kotla na čvrsto gorivo. U ovom trenutku u ovoj oblasti je učinjen određeni napredak - u prodaji su se pojavili kotlovi dugog gornjeg rada na principu gornjeg sagorijevanja i procesa pirolize.

Kalorična vrijednost glavnih vrsta čvrstog goriva

• Drva za ogrjev. U prosjeku (u zavisnosti od vrste drveta) i vlažnosti od 2800 do 3300 kcal/kg.
• Treset – zavisno od vlažnosti od 3000 do 4000 kcal/kg.
• Ugalj - zavisno od vrste (antracit, smeđi ili plameni) od 4700 do 7200 kcal/kg.
• Presovani briketi i peleti – 4500 kcal/kg.

Drugim riječima, proces sagorijevanja različitih vrsta čvrstog goriva praćen je različitim količinama oslobođene toplinske energije, tako da izbor glavne vrste goriva treba pristupiti vrlo odgovorno - u ovom slučaju, vodite se u tom pitanju informacijama navedeno u operativnoj dokumentaciji (pasoš ili uputstvo za upotrebu) za ovu ili onu opremu na čvrsto gorivo.

Kratak opis glavnih vrsta čvrstog goriva

Drva za ogrjev

Najpristupačniji i stoga najčešći tip goriva u Rusiji. Kao što je već pomenuto, količina toplote koja se stvara tokom procesa sagorevanja zavisi od vrste drveta i njegovog sadržaja vlage. Vrijedi napomenuti da kada se koristi drva za ogrjev kao gorivo za kotao za pirolizu, postoji ograničenje vlažnosti, koje u ovom slučaju ne smije prelaziti 15-20%.

Treset

Treset je zbijeni ostaci trulih biljaka koje leže dugo vrijeme u debljini tla. Na osnovu metode ekstrakcije razlikuju se visoki treset i niski treset. A prema stanju agregacije treset može biti: klesan, grudast i presovan u obliku briketa. U pogledu količine oslobođene toplinske energije, treset je sličan drvu za ogrjev.

Ugalj

Ugalj je najkaloričnija vrsta čvrstog goriva, koja zahtijeva posebnu tehnologiju paljenja. Općenito, da biste zapalili peć ili kotao na ugalj, prvo morate zapaliti ložište drvima, a tek onda na dobro osvijetljena drva ubaciti ugalj (smeđi, plamen ili antracit).

Briketi i peleti

Ovo nova vrstačvrsto gorivo, koje se razlikuje po veličini pojedinih elemenata. Briketi su veći, a peleti manji. Početni materijal za proizvodnju briketa i peleta može biti bilo koja "zapaljiva" tvar: strugotine, drvena prašina, slama, ljuske oraha, treset, ljuske suncokreta, kora, karton i druge "rasute" zapaljive tvari koje su slobodno dostupne.

Prednosti briketa i peleta

• Ekološki prihvatljivo obnovljivo gorivo visoke kalorijske vrijednosti.
• Dugo gori zbog velike gustine materijala.
• Zgodno i kompaktno skladištenje.
• Minimalna količina pepela nakon sagorevanja je od 1 do 3% zapremine.
• Niska relativna cijena.
• Mogućnost automatizacije procesa rada kotla.
• Pogodan za sve vrste kotlova na čvrsto gorivo i peći za grijanje u domaćinstvu.

Stranica 1

Proces sagorevanja čvrstog goriva takođe se sastoji od niza uzastopnih faza. Prije svega dolazi do stvaranja mješavine i termičke pripreme goriva, uključujući sušenje i oslobađanje isparljivih tvari. Nastali zapaljivi gasovi i koksni ostatak, u prisustvu oksidatora, zatim sagorevaju dajući dimne gasove i čvrsti negorivi ostatak - pepeo. Najduža faza je sagorijevanje koksa - ugljika, koji je glavna zapaljiva komponenta svakog čvrstog goriva. Stoga je mehanizam sagorijevanja čvrstog goriva u velikoj mjeri određen sagorijevanjem ugljika.

Proces sagorevanja čvrstog goriva može se podeliti na sledeće faze: zagrevanje i isparavanje vlage, sublimacija isparljivih materija i formiranje koksa, sagorevanje isparljivih materija i koksa, formiranje šljake. Prilikom sagorijevanja tekućeg goriva ne nastaju koks i šljaka, pri sagorijevanju plinovitog goriva postoje samo dvije faze - zagrijavanje i sagorijevanje.

Proces sagorevanja čvrstog goriva može se podeliti na dva perioda: period pripreme goriva za sagorevanje i period sagorevanja.

Proces sagorevanja čvrstog goriva može se podeliti u nekoliko faza: zagrevanje i isparavanje vlage, sublimacija isparljivih materija i formiranje koksa, sagorevanje isparljivih materija, sagorevanje koksa.

Proces sagorevanja čvrstog goriva u struji pri povišenim pritiscima dovodi do smanjenja dimenzija komora za sagorevanje i do značajnog povećanja termičkog naprezanja. Ložišta koja rade na visok krvni pritisak, nisu u širokoj upotrebi.

Proces sagorevanja čvrstog goriva nije dovoljno teorijski proučen. Prva faza procesa sagorevanja, koja dovodi do formiranja intermedijarnog jedinjenja, određena je disocijacijom oksidacionog agensa u adsorbovanom stanju. Zatim dolazi do formiranja kompleksa ugljik-kisik i disocijacije molekularnog kiseonika u atomsko stanje. Mehanizmi heterogene katalize primijenjeni na reakcije oksidacije tvari koje sadrže ugljik također se zasnivaju na disocijaciji oksidacijskog sredstva.

Proces sagorijevanja čvrstog goriva može se podijeliti u tri faze, uzastopno postavljene jedna na drugu.

Proces sagorevanja čvrstog goriva može se posmatrati kao dvofazni proces sa nejasno definisanim granicama između dve faze: primarne nepotpune gasifikacije u heterogenom procesu, čija brzina zavisi uglavnom od brzine i uslova dovoda vazduha, i sekundarne - sagorijevanje oslobođenog plina u homogenom procesu, čija brzina ovisi uglavnom o kinetici kemijskih reakcija. Što više isparljivih materija ima u gorivu, to više zavisi od brzine hemijskih reakcija koje se dešavaju.

Intenziviranje procesa sagorevanja čvrstog goriva i značajno povećanje stepena sakupljanja pepela postiže se u ciklonskim pećima. C, pri kojoj se pepeo topi i tečna šljaka se uklanja kroz otvore u donjem dijelu uređaja za sagorijevanje.

Osnova procesa sagorijevanja čvrstog goriva je oksidacija ugljika, koji je glavna komponenta njegove zapaljive mase.

Za proces sagorevanja čvrstih goriva, reakcije sagorevanja ugljen monoksida i vodonika su od očiglednog interesa. Za čvrsta goriva bogata isparljivim tvarima u brojnim procesima i tehnološke šeme neophodno je poznavati karakteristike sagorevanja ugljovodoničnih gasova. Mehanizam i kinetika homogenih reakcija sagorevanja razmatrani su u Pogl. Pored gore navedenih sekundarnih reakcija, spisak treba nastaviti s heterogenim reakcijama razgradnje ugljičnog dioksida i vodene pare, reakcijom konverzije ugljičnog monoksida u vodenu paru i familijom reakcija stvaranja metana koje se javljaju primetnim brzinama tokom gasifikacije. pod visokim pritiskom.

Sagorevanje čvrstog goriva odvija se u dve faze: termička priprema; samo sagorevanje.

U prvoj fazi, gorivo se zagrijava i suši. Na 100 C počinje pirogenetska razgradnja komponenti goriva oslobađanjem plinovitih isparljivih tvari. (Zona I). Trajanje ovog procesa zavisi od sadržaja vlage u gorivu, veličine čestica i uslova razmene toplote između čestica goriva i sredine sagorevanja.

Sagorijevanje goriva počinje paljenjem isparljivih tvari (zona II). t u ovoj zoni je 400-600 C. Tokom sagorevanja se oslobađa toplota, što obezbeđuje ubrzano zagrevanje i paljenje koksnog ostatka. (Dva neophodna uslova za sagorevanje goriva: temperatura i dovoljna količina oksidatora. U svakom ložištu postoje 2 ulaza: jedan za gorivo, a drugi za oksidant)

Ovaj proces se odvija u desetinkama sekunde. Isparljive supstance sagorevaju od 0,2 do 0,5 sekundi. Q se oslobađa kada t 800-1000 - počne zona III. Sagorijevanje koksa počinje na temperaturi od 1000 C i odvija se u području III. Ovaj proces je dug. 1 – Tgasno okruženje oko čestice. 2 –Tsama čestica . I– zona termičke pripreme,II– zona sagorevanja isparljivih materija,III– sagorevanje čestica koksa.

III – heterogeni proces. Brzina zavisi od brzine dovoda kiseonika. Vrijeme sagorijevanja čestica koksa je od ½ do 2/3 ukupnog vremena sagorijevanja (od 1 do 2,5 s) - zavisi od vrste i veličine goriva. Kod mladih goriva proces karbonizacije nije završen, sa velikim prinosom isparljivih materija. Ostatak koksa< ½ начальной массы частицы. Горение идет быстро, возможность недожога низкая. У стар. топ. большой коксовый остаток, ближе к начальн размерам частиц. Время горения 1 мм ~ 1-2,5 с. Кокс остаток С = 60-97% массы топлива органического. 1 – površina čestice koksa, 2 – uski laminarni sloj debljine δ, 3 – zona turbulentnog strujanja.

Kiseonik se iz okoline dovodi do čestice ugljika zbog turbulentne difuzije, koja ima veliki intenzitet, ali blizu površine čestice postoji tanak sloj plina (2), gdje je dovod oksidatora podložan zakonima molekularne difuzija (lam sl) - inhibira dotok kiseonika na površinu čestice. U ovom sloju dolazi do sagorevanja zapaljivih gasnih komponenti koje se oslobađaju sa površine ugljenika tokom hemijskih reakcija.

Količina kisika dovedena u jedinici vremena na jediničnu površinu čestice turbulentnom difuzijom određena je:

GOK = A(SPOT - SSL) (1) , A – skup turbulentnog prijenosa mase. Ista količina kisika difundira kroz potopljeni sloj zbog molekularne difuzije:

GOK = Dδ (SSL – SPOV) (2) D – skup dif- i v/w potopljenog sloja δ. SSL = Guredu* δ D+ SPOV, GOK = A(SPOT – Guredu* δ D– SPOV) , ​​GOK = A*( S POT – SPOV ) 1+ AδD = ( S POT – SPOV ) 1 A + δ D = αD*(SPOT – SPOV), 1 A + δ D= αD – generalizovana konstanta brzine difuzije.

Broj ulaza ovisi o αD i razlici između koncentracija protoka i površine. Opskrba kisikom reagirajuće površine goriva određena je brzinom difuzije i koncentracijom kisika u toku i na reagirajućoj površini.

U stacionarnom režimu sagorevanja, količina kiseonika dovedena na reakcionu površinu difuzijom jednaka je količini kiseonika koja je reagovala sa ovom površinom.

ωR = αD(SPOT – SPOV) . Istovremeno, brzina gorenja: ωG = k*SPOT, ako su jednake, onda može odrediti: ωG = 1 1 K + 1 α D* WITHZNOJ= kg*SPOT. KG = 1 1 K + 1 α D = K * α D α D + K (*) – smanjena konstanta sagorevanja. 1 k G = 1 K + 1 α D– generalizovana otpornost na proces sagorevanja. 1/k – kinetički otpor, određen protokom chem r-i sagorijevanje; 1/αD – fizička (difuzijska) otpornost – zavisi od intenziteta dovoda oksidacionog sredstva.

Ovisno o otporu, razlikuju se kinetička i difuzijska područja heterogenog sagorijevanja.

I – kinetička oblast (ωG = k*SPOT), II – međuregija, III – difuziona oblast (ωG = αD*SPOT)

Prema Arrheniusovom zakonu, brzina hemijske reakcije zavisi od temperature. αD (konstantni diferencijal) slabo reaguje na temperaturu. Na temperaturama manjim od 800-1000 C, hemijska reakcija se odvija sporo, uprkos višku O2 u blizini čvrste površine. U ovom slučaju, 1/k je velika vrijednost - sagorijevanje je inhibirano kinetikom p-i (t je malo) i područje se naziva Kinetičko područje sagorijevanja. (1/k >> 1/αD) . k<<αД, kГ ~k (*) – Pošto je protok spor, kiseonik koji se dobija difuzijom se ne troši i njegova koncentracija na reakcionoj površini je približno jednaka koncentraciji u protoku ωG = k*SPOT - ovo je brzina sagorevanja u kinetičkom području.

Brzina sagorevanja u kinetičkom regionu neće se promeniti sa povećanim snabdevanjem kiseonikom, poboljšanjem aerodinamičkih procesa (regionI), ali zavisi od kinetičkog faktora, odnosno temperature. Opskrba ok-la >> potrošnja - koncentracija ostaje gotovo nepromijenjena. Kako t raste, brzina reakcije raste, a koncentracija O2 i C opada. Dalje t dovodi do povećanja brzine sagorijevanja i njegova vrijednost je ograničena nedostatkom dovoda O2 na površinu i nedovoljnom difuzijom. Koncentracija kisika na površini →0.

Područje sagorijevanja u kojem brzina procesa ovisi o faktorima difuzije naziva se Područje difuzijeIII. Ovdje k>>αD ( Od * ): kG~αD. Brzina difuzije sagorevanja je ograničena isporukom O2 na površinu i njegovom koncentracijom u struji.

Difuzioni i kinetički regioni su odvojeni međuzonom II, gde su brzina snabdevanja kiseonikom i brzina hemijske reakcije približno jednake jedna drugoj. Što je manje čvrsto gorivo, veća je površina prijenosa topline i mase.

U oblastima II i III, sagorevanje se može pojačati snabdevanjem kiseonikom. Pri velikim brzinama raste otpor i debljina laminarnog sloja i povećava se opskrba kisikom. Što je veća brzina, to se gorivo intenzivnije miješa sa O2 i to je veći t prijelaz iz kinetičkog u industrijsko, zatim u diferencijalno područje. Kako se veličina čestica smanjuje, površina kinetičkog sagorijevanja se povećava, budući da male čestice imaju razvijeniji prijenos topline i mase s okolinom.

D1>d2>d3, v1>v2>v3

D – veličina čestica praškastog goriva, v – brzina miješanja goriva sa zrakom – brzina dovoda goriva

Paljenje bilo kojeg goriva počinje pri relativno niskom t kada je količina goriva dostupna (I). Čisto diferencijalno sagorevanje III ograničeno je jezgrom plamena. Povećanje temperature dovodi do pomaka u područje difuznog sagorijevanja. Zona difuzionog sagorevanja se nalazi od jezgra baklje do zone naknadnog sagorevanja, gde je koncentracija reaktanata niska i njihova interakcija je određena zakonima difuzije.

Dakle, ako se izgaranje dogodi u difuzijskom ili srednjem području, onda sa smanjenjem veličine čestica praškastog goriva, proces se pomjera prema kinetičkom sagorijevanju. Područje čisto difuznog sagorijevanja je ograničeno. Ovo se primećuje u jezgru perjanice sa maksimalna temperatura sagorijevanje. Izvan jezgre, sagorevanje se dešava u kinetičkom ili srednjem području, koje karakteriše jaka zavisnost brzine sagorevanja od temperature.

Kinetička i međupodručja sagorijevanja također se javljaju u zoni paljenja strujanja prašine i zraka, a sagorijevanje goriva svih vrsta sa preliminarnim formiranjem smjese događa se u difuzijskom ili međupodručju.

K kategorija: Peći

Glavne karakteristike procesa sagorevanja goriva

Peći za grijanje mogu koristiti čvrsta, tečna i plinovita goriva. Svako od ovih goriva ima svoje karakteristike koje utiču na efikasnost upotrebe peći.

Dizajn peći za grijanje nastajao je dugo vremena i bio je namijenjen za sagorijevanje čvrstih goriva. Tek u kasnijem periodu počeli su da se stvaraju dizajni koji su dizajnirani da koriste tečna i gasovita goriva. Da bi se ove vrijedne vrste najefikasnije iskoristile u postojećim pećima, potrebno je znati po čemu se procesi sagorijevanja ovih goriva razlikuju od sagorijevanja čvrstih goriva.

U svim pećima se čvrsto gorivo (drvo, razne vrste uglja, antracit, koks i dr.) sagoreva na rešetkama slojevito, uz periodično punjenje goriva i čišćenje rešetki od šljake. Proces sagorevanja slojeva ima jasan ciklični karakter. Svaki ciklus uključuje sljedeće faze: punjenje goriva, sušenje i zagrijavanje sloja, oslobađanje isparljivih tvari i njihovo sagorijevanje, sagorijevanje goriva u sloju, naknadno sagorijevanje ostataka i konačno uklanjanje šljake.

U svakoj od ovih faza stvara se određeni toplinski režim i proces sagorijevanja u peći se odvija uz kontinuirano mijenjanje indikatora.
Primarna faza sušenja i zagrijavanja sloja je takozvane endotermne prirode, odnosno praćena je ne oslobađanjem, već apsorpcijom topline primljene iz vrućih stijenki ložišta i iz nesagorjelih ostataka. Zatim, kako se sloj zagrije, počinje oslobađanje plinovitih zapaljivih komponenti i počinje njihovo sagorijevanje u zapremini plina. U ovoj fazi počinje oslobađanje topline u ložištu, koje se postepeno povećava. Pod uticajem zagrevanja počinje sagorevanje čvrste koksne osnove sloja, što obično daje najveći toplotni efekat. Kako sloj sagorijeva, oslobađanje topline se postepeno smanjuje, a u završnoj fazi dolazi do naknadnog sagorijevanja zapaljivih tvari niskog intenziteta. Poznato je da uloga i uticaj pojedinih faza slojevitog ciklusa sagorevanja zavisi od sledećih pokazatelja kvaliteta čvrstog goriva: vlažnosti, sadržaja pepela, sadržaja isparljivih zapaljivih materija i ugljenika u gorivu.
masa.

Razmotrimo kako ove komponente utiču na prirodu procesa sagorevanja u sloju.

Ovlaživanje goriva negativno utiče na sagorevanje jer se deo specifične toplote sagorevanja goriva mora potrošiti na isparavanje vlage. Kao rezultat, temperature u ložištu se smanjuju, uslovi sagorevanja pogoršavaju, a sam ciklus sagorevanja se produžava.

Negativna uloga sadržaja pepela u gorivu očituje se u tome što masa pepela obavija zapaljive komponente goriva i onemogućuje im pristup kisiku iz zraka. Kao rezultat toga, zapaljiva masa goriva ne sagorijeva, nastaje takozvano mehaničko sagorijevanje.

Istraživanjem naučnika utvrđeno je da odnos sadržaja isparljivih gasovitih materija i čvrstog ugljenika u čvrstom gorivu ima veliki uticaj na prirodu razvoja procesa sagorevanja. Hlapljive zapaljive tvari počinju se oslobađati iz čvrstog goriva na relativno niskim temperaturama, počevši od 150-200 ° C i više. Hlapljive tvari su raznolikog sastava i razlikuju se po različitim temperaturama oslobađanja, pa se proces njihovog oslobađanja produžava s vremenom i njegova završna faza se obično kombinuje sa sagorijevanjem dijela sloja na čvrsto gorivo.

Isparljive supstance imaju relativno niske temperature paljenja, budući da sadrže mnogo komponenti koje sadrže vodonik, njihovo sagorijevanje se događa u nadslojnoj zapremini gasa ložišta. Čvrsti dio goriva koji ostaje nakon oslobađanja isparljivih tvari sastoji se uglavnom od ugljika, koji ima najvišu temperaturu paljenja (650-700°C). Sagorijevanje ugljičnog ostatka počinje posljednje. Javlja se direktno u tankom sloju rešetke, a zbog intenzivnog stvaranja topline u njemu se razvijaju visoke temperature.

Tipična slika promjene temperature u peći i dimnjaku tokom ciklusa sagorijevanja čvrstog goriva prikazana je na Sl. 1. Kao što vidite, na početku ložišta dolazi do naglog porasta temperature u ložištu i dimnjacima, au fazi naknadnog sagorevanja dolazi do naglog pada temperature unutar peći, posebno u ložištu. Svaka faza zahtijeva dovođenje određene količine zraka za izgaranje u ložište. Međutim, zbog činjenice da konstantna količina vazduha ulazi u peć, u fazi intenzivnog sagorevanja koeficijent viška vazduha je na = 1,5-2, a u fazi naknadnog sagorevanja, čije trajanje dostiže 25-30% vremena rada peći, koeficijent viška zraka dostiže na = 8-10. Na sl. Slika 2 pokazuje kako se koeficijent viška zraka mijenja tokom jednog ciklusa sagorevanja na rešetki od tri vrste čvrstog goriva: ogrevnog drveta, treseta i uglja u tipičnoj peći za serijsko grejanje.

Rice. 1. Promjena temperature dimnih plinova u različitim dijelovima peći za grijanje pri loženju čvrstog goriva 1 - temperatura u ložištu (na udaljenosti od 0,23 m od rešetke); 1 - temperatura u prvom horizontalnom dimnjaku; ’3 - temperatura u trećem horizontalnom dimnjaku; 4 - temperatura u šestom horizontalnom dimnjaku (ispred klapne peći)

Od sl. 2 pokazuje da se koeficijent viška zraka u pećima koje rade s periodičnim punjenjem čvrstog goriva kontinuirano mijenja.

Istovremeno, u fazi intenzivnog oslobađanja isparljivih tvari, količina zraka koja ulazi u peć obično je nedovoljna za njihovo potpuno sagorijevanje, a u fazama predgrijavanja i naknadnog sagorijevanja zapaljivih tvari količina zraka je nekoliko puta veća. nego što je teoretski potrebno.

Kao rezultat toga, u fazi intenzivnog oslobađanja hlapljivih tvari dolazi do kemijskog sagorijevanja oslobođenih zapaljivih plinova, a pri sagorijevanju ostataka dolazi do povećanih gubitaka topline s izduvnim plinovima zbog povećanja volumena produkata izgaranja. Toplotni gubici sa hemijskim sagorevanjem su 3-5%, a sa izduvnim gasovima - 20-35%. Međutim, negativan učinak kemijskog potapanja očituje se ne samo u dodatnim gubicima topline i smanjenju učinkovitosti. Iskustvo u upravljanju velikim brojem peći za grijanje emisija; da se kao rezultat hemijskog sagorevanja intenzivno otpuštenih isparljivih materija, amorfni ugljenik u obliku čađi taloži na unutrašnjim zidovima ložišta i dimnjaka.

Rice. 2. Promjena koeficijenta viška zraka tokom ciklusa sagorijevanja čvrstog goriva

Pošto čađ ima nisku toplotnu provodljivost, njene naslage povećavaju toplotnu otpornost zidova peći i na taj način smanjuju korisni prenos toplote peći. Naslage čađi u dimnjacima sužavaju poprečni presjek za prolaz plinova, smanjuju promaju i, konačno, stvaraju povećanu opasnost od požara, jer je čađ zapaljiva.

Iz navedenog je jasno da se nezadovoljavajuća izvedba procesa nanošenja slojeva u velikoj mjeri objašnjava neravnomjernim oslobađanjem isparljivih tvari tokom vremena.

Tokom slojnog sagorijevanja goriva s visokim udjelom ugljika, proces sagorijevanja je koncentrisan unutar prilično tankog sloja goriva, u kojem se razvijaju visoke temperature. Proces sagorevanja čistog ugljenika u sloju ima svojstvo samoregulacije. To znači da će količina izreagiranog (sagorjelog) ugljika odgovarati količini unesenog oksidatora (vazduha). Stoga, uz konstantan protok zraka, količina sagorjelog goriva također će biti konstantna. Promenu toplotnog opterećenja vršiti regulacijom dovoda vazduha VB. Na primjer, s povećanjem VB, količina sagorjelog goriva se povećava, a smanjenje HC će uzrokovati smanjenje toplinske produktivnosti sloja, a vrijednost koeficijenta viška zraka će ostati stabilna.

Međutim, sagorijevanje antracita i koksa povezano je sa sljedećim poteškoćama. Da bi se mogle stvoriti visoke temperature, debljina sloja pri sagorijevanju antracita i koksa održava se dovoljno velikom. U ovom slučaju radna zona sloja je njegov relativno tanak donji dio, u kojem se odvijaju egzotermne reakcije oksidacije ugljika s atmosferskim kisikom, odnosno dolazi do samog izgaranja. Cijeli gornji sloj služi kao toplinski izolator za gorući dio sloja, štiteći zonu sagorijevanja od hlađenja uslijed zračenja topline na stijenke ložišta.

Kao rezultat oksidativnih reakcija u zoni izgaranja, prema reakciji se oslobađa korisna toplina
c+o2->co.

Međutim, pri visokim temperaturama sloja u njegovoj gornjoj zoni dolazi do endotermnih reakcija reverzne redukcije, koje se odvijaju uz apsorpciju topline, prema jednadžbi
S02+S2SO.

Kao rezultat ovih reakcija nastaje ugljični monoksid CO, koji je zapaljiv plin s prilično visokom specifičnom toplinom sagorijevanja, pa njegovo prisustvo u dimnim plinovima ukazuje na nepotpuno sagorijevanje goriva i smanjenje efikasnosti peći. Dakle, da bi se osigurale visoke temperature u zoni sagorijevanja, sloj goriva mora imati dovoljnu debljinu, ali to dovodi do štetnih redukcijskih reakcija u gornjem dijelu sloja, što dovodi do kemijskog sagorijevanja čvrstog goriva.

Iz navedenog je jasno da se u bilo kojoj šaržnoj peći koja radi na čvrsto gorivo odvija nestalan proces sagorijevanja, što neminovno smanjuje efikasnost peći koje rade.

Velika važnost za ekonomičan rad peć ima kvalitet čvrstog goriva.

Prema standardima, za domaće potrebe izdvajaju se uglavnom kameni ugljevi (klase D, G, Zh, K, T itd.), kao i mrki ugljevi i antraciti. Prema veličini komada, ugalj se isporučuje u klasama: 6-13, 13-25, 25-50 i 50-100 mm. Sadržaj pepela u uglju na suvu osnovu kreće se od 14-35% for kameni ugalj i do 20% za antracit, vlažnost - 6-15% za kameni ugalj i 20-45% za mrki ugalj.

Uređaji za sagorevanje kućnih peći nemaju sredstva za mehanizaciju procesa sagorevanja (regulisanje dovoda uduvanog vazduha, makaze sloja itd.), stoga se za efikasno sagorevanje u pećima moraju postaviti prilično visoki zahtevi na kvalitet uglja. Značajan dio uglja se, međutim, isporučuje nesortirani, običan, sa kvalitetnim karakteristikama (vlaga, sadržaj pepela, finoće) znatno nižim od onih koje zahtijevaju standardi.

Sagorevanje nestandardnog goriva odvija se nesavršeno, sa povećanim gubicima od hemijskog i mehaničkog sagorevanja. Akademija komunalne usluge njima. K.D. Pamfilova utvrdila godišnju materijalnu štetu nastalu kao rezultat isporuke nekvalitetnog uglja. Proračuni su pokazali da materijalna šteta uzrokovana nepotpunim korištenjem goriva iznosi oko 60% troškova proizvodnje uglja. Ekonomski i tehnički izvodljivo je gorivo na lokacijama njegove proizvodnje obogatiti do uslovnog stanja, budući da će dodatni troškovi obogaćivanja iznositi približno polovinu navedene količine materijalne štete.

Važna kvalitativna karakteristika uglja koja utiče na efikasnost njegovog sagorevanja je njegov frakcijski sastav.

At povećan sadržaj u finoći goriva, kada se zbije, zatvaraju praznine u sloju gorućeg goriva, što dovodi do izgaranja kratera, koji je neravnomjeran po površini sloja. Iz istog razloga, mrki ugalj, koji ima tendenciju pucanja kada se zagrije da se formira značajan iznos male stvari.

S druge strane, upotreba pretjerano velikih komada uglja (više od 100 mm) također dovodi do izgaranja kratera.

Sadržaj vlage u uglju, uopšteno govoreći, ne utiče na proces sagorevanja; međutim smanjuje se specifična toplota sagorijevanje, temperatura sagorijevanja, a također otežava skladištenje uglja, jer se na temperaturama ispod nule smrzava. Da bi se spriječilo smrzavanje, sadržaj vlage u uglju ne bi trebao biti veći od 8%.

Štetna komponenta u čvrstom gorivu je sumpor, budući da su proizvodi njegovog sagorevanja sumpor-dioksid S02 i sumpor-dioksid S03, koji imaju jaka korozivna svojstva i takođe su veoma toksični.

Treba napomenuti da se u šaržnim pećima sirovi ugalj, iako manje efikasan, ipak može sagorijevati na zadovoljavajući način; Za peći dugog gorenja ovi zahtjevi moraju biti striktno ispunjeni u potpunosti.

U kontinuiranim pećima, u kojima se sagorijeva tečno ili plinovito gorivo, proces sagorijevanja nije cikličan, već kontinuiran. Gorivo ravnomjerno ulazi u peć, osiguravajući stacionarni način sagorijevanja. Ako pri sagorijevanju čvrstog goriva temperatura u ložištu peći značajno varira, što negativno utječe na proces izgaranja, tada pri sagorijevanju prirodnog plina, ubrzo nakon uključivanja plamenika, temperatura u komori za izgaranje dostiže 650-700 ° C. Zatim se konstantno povećava tokom vremena i dostiže 850-1100 °C na kraju ložišta. Brzina povećanja temperature u ovom slučaju određena je toplinskim naprezanjem prostora za sagorijevanje i vremenom loženja peći (Sl. 25). Sagorijevanje plina je relativno lako održavati pri konstantnom omjeru viška zraka, što se postiže pomoću zračne zaklopke. Zahvaljujući tome, pri sagorijevanju plina u peći, stvara se stacionarni način sagorijevanja, što omogućava minimiziranje gubitaka topline s izduvnim plinovima i postizanje rada peći s visokom efikasnošću, dostižući 80-90%. Efikasnost plinske peći je stabilna tokom vremena i znatno je veća od one peći na čvrsto gorivo.

Utjecaj načina sagorijevanja goriva i veličine površine koja prima toplinu cirkulacije dima na efikasnost peći. Teorijski proračuni pokazuju da toplotna efikasnost peći za grejanje, odnosno vrednost toplotne efikasnosti, zavisi od tzv. spoljašnjih i unutrašnjih faktora. Vanjski faktori uključuju veličinu vanjske površine peći koja oslobađa toplinu u području ložišta i cirkulacije dima, debljinu stijenke 6, koeficijent toplinske provodljivosti K materijala stijenke peći i toplinski kapacitet C. Što je vrijednost veća . S, X i manje od 6, što je bolji prenos toplote sa zidova peći na okolni vazduh, gasovi su potpunije ohlađeni i veća je efikasnost peći.

Rice. 3. Promena temperature produkata sagorevanja u ložištu gasne peći za grejanje u zavisnosti od napetosti prostora za sagorevanje i vremena sagorevanja

Unutrašnji faktori uključuju, prije svega, efikasnost ložišta, koja uglavnom ovisi o potpunosti sagorijevanja goriva. U pećima za periodično grijanje gotovo uvijek dolazi do gubitaka topline zbog kemijskog nepotpunog sagorijevanja i mehaničkog sagorijevanja. Ovi gubici zavise od savršenstva organizacije procesa sagorevanja, određenog specifičnim toplotnim naponom zapremine sagorevanja Q/V. Vrijednost QIV za ložište određenog dizajna ovisi o potrošnji sagorjelog goriva.

Istraživanja i iskustvo u radu su utvrdili da za svaki tip goriva i konstrukcije ložišta postoji optimalna Q/V vrijednost. Pri niskom Q/V unutrašnje stijenke ložišta se slabo zagrijavaju, a temperature u zoni sagorijevanja su nedovoljne za efikasno sagorijevanje goriva. Kako se Q/V povećava, temperature u zapremini sagorevanja se povećavaju, a kada se dostigne određena vrednost Q/V, postižu se optimalni uslovi sagorevanja. Sa daljim povećanjem potrošnje goriva, nivo temperature nastavlja da raste, ali proces sagorevanja nema vremena da se završi u ložištu. Gasovite zapaljive komponente odvode se u dimne kanale, njihov proces sagorevanja prestaje i dolazi do hemijskog sagorevanja goriva. Na isti način, ako je potrošnja goriva prevelika, dio nema vremena da izgori i ostaje na rešetki, što dovodi do mehaničkog pregorevanja. Dakle, da bi peć za grijanje imala maksimalnu efikasnost, potrebno je da njeno ložište radi sa optimalnim toplinskim naponom.

Gubitak toplote u okruženje sa zidova ložišta ne smanjuju efikasnost peći, jer se toplina troši na korisno grijanje prostorije.

Drugi važan unutrašnji faktor je protok dimnih gasova Vr. Čak i ako peć radi na optimalnom toplotnom naponu ložišta, zapremina gasova koji prolaze kroz dimnjake može se značajno promeniti usled promene koeficijenta viška vazduha pri, koji predstavlja odnos stvarnog protoka vazduha koji ulazi u ložište i teoretski. potreban iznos. Za datu vrijednost QIV, vrijednost am može varirati u vrlo širokim granicama. U konvencionalnim pećima za periodično grijanje, vrijednost am tokom perioda maksimalnog sagorijevanja može biti blizu 1, odnosno odgovarati minimalnoj mogućoj teoretskoj granici. Međutim, tokom perioda pripreme goriva i u fazi naknadnog sagorevanja ostataka, vrednost at u šaržnim pećima obično naglo raste, često dostižući maksimum visoke vrijednosti- oko 8-10. Sa povećanjem at, povećava se zapremina gasova, smanjuje se vreme koje provode u sistemu cirkulacije dima i kao rezultat toga se povećavaju gubici toplote sa dimnim gasovima.

Na sl. Na slici 4 prikazani su grafikoni efikasnosti peći za grijanje u zavisnosti od različitih parametara. Na sl. Na slici 4a prikazane su vrijednosti efikasnosti peći za grijanje u zavisnosti od vrijednosti at> iz čega se vidi da povećanjem at od 1,5 do 4,5 efikasnost opada sa 80 na 48%. Na sl. Na slici 4, b prikazana je zavisnost efikasnosti peći za grijanje od veličine unutrašnje površine cirkulacije dima S, iz čega se vidi da kako S raste od 1 do 4 m2, efikasnost raste od 65 do 90%.

Pored navedenih faktora, vrijednost efikasnosti ovisi o vremenu pečenja peći t (slika 4, c). Kako se x povećava, unutrašnji zidovi peći se zagrijavaju na višu temperaturu, a plinovi se shodno tome manje hlade. Stoga, kako se trajanje vatre povećava, efikasnost bilo koje peći za grijanje se smanjuje, približavajući se određenoj minimalnoj vrijednosti karakterističnoj za peć datog dizajna.

Rice. 4. Zavisnost efikasnosti peći za grijanje na plin o različitim parametrima a - o koeficijentu viška zraka za površinu unutrašnje površine cirkulacije dima, m2; b - na području unutrašnje površine cirkulacije dima pri različitim omjerima viška zraka; c - o trajanju požara za različite površine unutrašnje površine cirkulacije dima, m2

Prijenos topline peći za grijanje i njihov kapacitet skladištenja. U pećima za grijanje toplina koja se dimnim plinovima mora prenijeti u grijanu prostoriju mora proći kroz debljinu zidova peći. S promjenom debljine zidova ložišta i dimnjaka, u skladu s tim se mijenjaju toplinski otpor i masivnost zida (njegov kapacitet skladištenja). Na primjer, kada se debljina zidova smanji, njihov toplinski otpor se smanjuje, protok topline se povećava, a istovremeno se smanjuju dimenzije peći. Međutim, smanjenje debljine zidova periodičnih peći koje rade na čvrsto gorivo neprihvatljivo je iz sljedećih razloga: uz periodično kratkotrajno sagorijevanje, unutrašnje površine ložišta i dimnjaka zagrijavaju se na visoke temperature, a temperatura vanjske površine peć će tokom perioda maksimalnog sagorevanja biti iznad dozvoljenih granica; nakon prestanka sagorijevanja, zbog intenzivnog prijenosa topline sa vanjskih zidova u okolinu, peć će se brzo ohladiti.

At velike količine M sobna temperatura će značajno varirati tokom vremena i varirati od prihvatljivim standardima. S druge strane, ako je pećnica postavljena previše debelih zidova, onda kratak period ložište, njegova velika masa neće imati vremena da se zagrije i, osim toga, sa zadebljanjem zidova, razlika između površine unutrašnje površine dimnjaka, koja prima toplinu iz plinova, i površine povećava se vanjska površina peći, koja prenosi toplinu na okolni zrak, zbog čega će temperatura vanjske površine peći biti preniska za efikasno grijanje prostorije. Stoga postoji optimalna debljina zida (1/2-1 cigle) pri kojoj masa periodične peći akumulira dovoljnu količinu topline tokom sagorijevanja i, istovremeno, dovoljno visoka temperatura vanjskih površina peći. postiže se za normalno grijanje prostorije.

Pri korištenju tekućeg ili plinovitog goriva u pećima za grijanje prilično je ostvariv kontinuirani način izgaranja, tako da kod kontinuiranog sagorijevanja nema potrebe za akumulacijom topline zbog povećanja mase zida. Proces prijenosa topline iz plinova u grijanu prostoriju je stacionaran u vremenu. Pod ovim uvjetima, debljina stijenke i masivnost peći mogu se odabrati ne na osnovu osiguravanja određene vrijednosti skladištenja, već na osnovu razmatranja čvrstoće zida i osiguravanja odgovarajuće trajnosti.

Učinak pretvaranja peći sa šaržnog na kontinuirano pečenje jasno je vidljiv sa Sl. 5, koja prikazuje promjenu temperature unutrašnje površine zida ložišta u slučaju periodičnog i kontinuiranog loženja. Uz periodično loženje, nakon 0,5-1 sat, unutrašnja površina zida ložišta se zagrijava do 800-900 °C.

Takvo naglo zagrijavanje nakon 1-2 godine rada peći često uzrokuje pucanje cigle i njihovo uništavanje. Ovaj način je, međutim, prisiljen, jer smanjenje toplinskog opterećenja dovodi do pretjeranog povećanja trajanja ložišta.

Uz kontinuirano sagorijevanje, potrošnja goriva se naglo smanjuje i temperatura grijanja zidova ložišta se smanjuje. Kao što se može videti sa sl. 27, uz kontinuirano sagorevanje za većinu vrsta uglja, temperatura zida raste sa 200 na samo 450-500 °C, dok je sa periodičnim sagorevanjem znatno viša - 800-900 °C. Stoga se ložišta šaržnih peći obično oblažu vatrostalnom opekom, dok ložišta kontinualnih peći nisu potrebna, jer temperatura na njihovoj površini ne dostiže granicu otpornosti na vatru obične crvene opeke (700-750 °C).

Slijedom toga, uz kontinuirano sagorijevanje, cigla se koristi efikasnije, vijek trajanja peći se značajno produžava, a za većinu marki uglja (osim antracita i mršavog uglja) moguće je sve dijelove peći postaviti od crvene cigle.

Promaja u pećima. Da bi se dimni plinovi natjerali da prođu iz ložišta kroz cirkulaciju dima peći do dimnjaka, savladavajući sve lokalne otpore nailazeći na tom putu, potrebno je utrošiti određenu silu koja mora premašiti te otpore, inače peć će pušiti. Ova sila se obično naziva vučna sila peći.

Pojava vučne sile prikazana je na dijagramu (slika 6). Dimni gasovi koji nastaju u ložištu, koji su lakši u odnosu na okolni vazduh, dižu se prema gore i pune dimnjak. Stub vanjskog zraka suprotstavlja se stupcu plinova u dimnjaku, ali je, budući da je hladan, znatno teži od stuba plinova. Ako kroz protupožarna vrata povučete konvencionalnu vertikalnu ravninu, tada će na nju s desne strane djelovati (pritisnuti) stup vrućih plinova u visini od sredine protivpožarnih vrata do vrha dimnjaka i na leva strana - stub spoljnog hladnog vazduha iste visine. Masa levog stuba je veća od desnog, pošto je gustina hladnog vazduha veća od toplog, pa će levi stub istisnuti dimne gasove koji ispunjavaju dimnjak, a gasovi će se kretati u sistemu u pravcu od više. pritisak na niži pritisak, odnosno stranu dimnjaka.

Rice. 5. Promjena temperature na unutrašnjoj površini zida ložišta a - termostat je podešen na donju granicu; b - termostat je postavljen na gornju granicu

Rice. 6. Šema rada dimnjaka sa 1 gorionikom; 2- ložište; 3 - stub spoljnog vazduha; 4 - dimnjak

Učinak vučne sile je, dakle, da, s jedne strane, tjera vruće plinove da se dižu prema gore, a s druge strane tjera vanjski zrak prelaze u ložište radi sagorevanja.

Prosječna temperatura plinova u dimnjaku može se uzeti jednakom aritmetičkoj sredini između temperature plinova na ulazu i izlazu iz dimnjaka.

- Glavne karakteristike procesa sagorevanja goriva