Merkmale der Verbrennung fester Brennstoffe. Brennstoff und Grundlagen der Verbrennungstheorie. Firebox-Designs

Merkmale der Verbrennung fester Brennstoffe

Brennbare Gase und Teerdämpfe (die sogenannten flüchtigen), die bei der thermischen Zersetzung natürlicher fester Brennstoffe beim Erhitzen freigesetzt werden und sich mit einem Oxidationsmittel (Luft) vermischen, verbrennen bei hohen Temperaturen ziemlich intensiv wie gewöhnliche gasförmige Brennstoffe. Aus diesem Grund bereitet die Verbrennung von Brennstoffen mit hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen (Holz, Torf, Ölschiefer) keine Schwierigkeiten, es sei denn, der Ballastgehalt in ihnen (Feuchtigkeit plus Aschegehalt) ist nicht so hoch, dass er zu hoch wird Hindernis, die für die Verbrennung erforderliche Temperatur zu erreichen.

Die Brenndauer von Brennstoffen mit mittleren (Braun- und Steinkohlen) und niedrigen (Magerkohlen und Anthrazit) flüchtigen Bestandteilen wird praktisch durch die Reaktionsgeschwindigkeit an der Oberfläche des nach der Freisetzung von flüchtigen Bestandteilen gebildeten Koksrückstands bestimmt. Die Verbrennung dieses Rückstands sorgt auch für die Freisetzung der Hauptwärmemenge.

Die Reaktion, die an der Grenzfläche zweier Phasen auftritt(in diesem Fall auf der Oberfläche des Koksstücks) namens heterogen. Es besteht aus mindestens zwei aufeinanderfolgenden Prozessen: der Diffusion von Sauerstoff an die Oberfläche und seiner chemischen Reaktion mit dem Brennstoff (fast reiner Kohlenstoff, der nach der Freisetzung flüchtiger Stoffe zurückbleibt) auf der Oberfläche. Gemäß dem Arrhenius-Gesetz wird die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion bei hoher Temperatur so hoch, dass der gesamte Sauerstoff, der der Oberfläche zugeführt wird, sofort reagiert. Als Ergebnis stellt sich heraus, dass die Verbrennungsrate nur von der Intensität der Sauerstoffabgabe an die Oberfläche des brennenden Partikels durch Massentransfer und Diffusion abhängt. Sie wird praktisch nicht mehr von der Prozesstemperatur und den reaktiven Eigenschaften des Koksrückstands beeinflusst. Ein solches Regime einer heterogenen Reaktion wird üblicherweise als Diffusion bezeichnet. Die Verbrennung kann in diesem Modus nur intensiviert werden, indem die Zufuhr des Reagenz zur Oberfläche des Brennstoffpartikels intensiviert wird. In verschiedenen Brennkammern wird dies durch unterschiedliche Methoden erreicht.

Schichtfeuerstellen. Festbrennstoff, der mit einer Schicht einer bestimmten Dicke auf dem Verteilungsrost beladen ist, wird gezündet und (meistens von unten nach oben) mit Luft geblasen (Abb. 28, a). Durch die Filterung zwischen Brennstoffstücken verliert es Sauerstoff und reichert sich durch die Verbrennung von Kohle, die Reduktion von Wasserdampf und Kohlendioxid durch Kohle mit Kohlenoxiden (CO 2 , CO) an.

Reis. 28. Organisationsschemata von Ofenprozessen:

a- in einer dichten Schicht; b - in einem staubigen Zustand; _in - in einem Zyklonofen;

G - in einem Wirbelbett; BEIM- Luft; FERNSEHER - Kraftstoff, Luft; ZhSch - flüssige Schlacke

Die Zone, in der Sauerstoff fast vollständig verschwindet, heißt Sauerstoff; Seine Höhe beträgt zwei oder drei Durchmesser von Brennstoffstücken. Die ihn verlassenden Gase enthalten nicht nur CO 2 , H 2 O und N 2 , sondern auch brennbare Gase CO und H 2 , die sowohl aufgrund der Reduktion von CO 2 und H 2 O durch Kohle als auch aus aus Kohle freigesetzten flüchtigen Bestandteilen gebildet werden. Ist die Schichthöhe größer als die Sauerstoffzone, so folgt auf die Sauerstoffzone die Reduktionszone, in der nur die Reaktionen CO 2 + C = 2 CO und H 2 O + C = CO + H 2 ablaufen. Dadurch nimmt die Konzentration der aus der Schicht austretenden brennbaren Gase mit zunehmender Höhe zu.

In Schichtöfen versucht man, die Schichthöhe gleich der Höhe der Sauerstoffzone oder größer als diese zu halten. Zur Nachverbrennung von Produkten der unvollständigen Verbrennung (H 2 , CO), die die Schicht verlassen, sowie zur Nachverbrennung von daraus durchgeführtem Staub wird dem Ofenvolumen oberhalb der Schicht zusätzliche Luft zugeführt.

Die Menge an verbranntem Brennstoff ist proportional zur zugeführten Luftmenge, jedoch verletzt eine Erhöhung der Luftgeschwindigkeit über eine bestimmte Grenze die Stabilität der dichten Schicht, da Luft, die an einigen Stellen durch die Schicht bricht, Krater bildet. Da immer polydisperser Brennstoff in die Schicht geladen wird, erhöht sich die Entfernung von Feinanteilen. Je größer die Partikel sind, desto schneller kann Luft durch die Schicht geblasen werden, ohne deren Stabilität zu verletzen. Wenn wir für grobe Schätzungen die "Verbrennungswärme" von 1 m 3 Luft unter normalen Bedingungen bei α in \u003d 1 gleich 3,8 MJ nehmen und verstehen w n gebracht zu normale Bedingungen Luftstrom pro Flächeneinheit des Rostes (m / s), dann wird die thermische Belastung des Verbrennungsspiegels (MW / m 2) sein

q R = 3,8 W n / α Zoll(105)

Ofenvorrichtungen für die Schichtverbrennung werden basierend auf dem Verfahren des Zuführens, Bewegens und Abschöpfens einer Brennstoffschicht auf einem Rost klassifiziert. In nicht mechanisierten Öfen, in denen alle drei Vorgänge manuell durchgeführt werden, können nicht mehr als 300 - 400 kg / h Kohle verbrannt werden. Am weitesten verbreitet in der Industrie sind vollmechanisierte Schichtöfen mit pneumo-mechanischen Rollen und einem Umkehrkettenrost (Abb. 29). Ihre Besonderheit ist die Brennstoffverbrennung auf einem Rost, der sich kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 1-15 m/h bewegt und in Form einer Förderbandbahn ausgeführt ist, die von einem Elektromotor angetrieben wird. Das Rostband besteht aus einzelnen Rostelementen, die an endlosen Scharnierketten befestigt sind und von ʼʼʼʼʼ angetrieben werden. Die für die Verbrennung notwendige Luft wird unter dem Rost durch die Zwischenräume zwischen den Rostelementen zugeführt.

Reis. 29. Schema eines Ofens mit einer pneumo-mechanischen Gießmaschine und einem umgekehrten Kettenrost:

1 - Stoffrost; 2 - Laufwerk ʼʼSternchenʼʼ; 3 - Schicht aus Brennstoff und Schlacke; 4 – 5 - Werferrotor; 6 - Förderband; 7 - Brennstoffbunker; 8 - Ofenvolumen; 9 - Siebrohre; 10 - 11 - Auskleidung des Feuerraums; 12 - hintere Dichtung; 13 - Fenster für die Luftzufuhr unter der Schicht

Fackelöfen. Im letzten Jahrhundert wurde zum Verbrennen in Schichtöfen (und es gab damals keine anderen) nur Kohle verwendet, die keinen Feinanteil enthielt (normalerweise eine Fraktion von 6 - 25 mm). Eine Fraktion kleiner als 6 mm - shtyb (aus dem deutschen Staub - Staub) war eine Verschwendung. Zu Beginn dieses Jahrhunderts wurde zu seiner Verbrennung ein pulverisiertes Verfahren entwickelt, bei dem Kohlen auf 0,1 mm und schwer zu verbrennende Anthrazit - noch feiner - zerkleinert wurden. Solche Staubpartikel werden vom Gasstrom mitgerissen, die Relativgeschwindigkeit zwischen ihnen ist sehr klein. Aber die Zeit ihrer Verbrennung ist extrem kurz - Sekunden und Sekundenbruchteile. Aus diesem Grund hat der Staub bei einer vertikalen Gasgeschwindigkeit von weniger als 10 m / s und einer ausreichenden Höhe des Ofens (zig Meter in modernen Kesseln) Zeit, im Flug vollständig auszubrennen, während er sich mit dem Gas aus bewegt den Brenner bis zum Austritt aus dem Ofen.

Dieses Prinzip liegt Fackelöfen zugrunde, in die fein gemahlener brennbarer Staub zusammen mit der für die Verbrennung notwendigen Luft durch die Brenner geblasen wird (siehe Abb. 28, b ) ähnlich wie gasförmige oder flüssige Brennstoffe verbrannt werden. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, Kammeröfen eignen sich zum Verbrennen aller Brennstoffe, was ihr großer Vorteil gegenüber geschichteten ist. Der zweite Vorteil ist die Möglichkeit, einen Ofen für jede praktisch beliebig große Leistung zu erstellen. Aus diesem Grund nehmen Kammeröfen heute eine dominierende Stellung im Energiesektor ein. Gleichzeitig kann Staub in Kleinöfen, insbesondere bei variablen Betriebsweisen, nicht stabil verbrannt werden, weshalb Kohlenstauböfen mit einer thermischen Leistung von weniger als 20 MW nicht hergestellt werden.

Der Brennstoff wird in Mühlen zerkleinert und über Kohlenstaubbrenner in die Brennkammer eingeblasen. Die zusammen mit dem Staub eingeblasene Förderluft wird als Primärluft bezeichnet.

Bei der Kammerverbrennung fester Brennstoffe in Form von Staub verbrennen flüchtige Substanzen, die beim Erhitzen freigesetzt werden, im Brenner als gasförmiger Brennstoff, der zur Erwärmung fester Partikel auf die Zündtemperatur beiträgt und die Stabilisierung des Brenners erleichtert. Die Menge an Primärluft muss ausreichend sein, um die flüchtigen Bestandteile zu verbrennen. Sie reicht von 15 - 25 % der Gesamtluftmenge für Kohlen mit geringem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen (z. B. Anthrazit) bis zu 20 - 55 % für Brennstoffe mit hohem Gehalt (Braunkohle). Der Rest der für die Verbrennung notwendigen Luft (sekundär genannt) wird dem Ofen separat zugeführt und bereits im Verbrennungsprozess mit Staub vermischt.

Damit sich der Staub entzündet, muss er zunächst auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt werden. Zusammen damit ist es natürlich notwendig, die Luft zu erwärmen, die sie transportiert (dh primär). Es gelingt, getan zu werden nur durch Mischen von glühenden Verbrennungsprodukten in den Strom der Staubsuspension.

Eine gute Organisation der Verbrennung fester Brennstoffe (insbesondere schwer verbrennbarer Brennstoffe mit geringem Anteil an flüchtigen Bestandteilen) wird durch den Einsatz sogenannter Schneckenbrenner gewährleistet (Abb. 30).

Reis. 30. Geradstrom-Schneckenbrenner für festen Brennstoffstaub: BEIM- Luft; FERNSEHER - Kraftstoff, Luft

Kohlenstaub mit Primärluft wird ihnen durch das zentrale Rohr zugeführt und tritt aufgrund des Vorhandenseins eines Teilers in Form eines dünnen ringförmigen Strahls in den Ofen ein. Sekundärluft wird durch den ʼʼʼʼʼ zugeführt, dreht sich stark darin und erzeugt beim Eintritt in den Ofen einen starken turbulenten wirbelnden Brenner, der das Ansaugen großer Mengen heißer Gase vom Kern des Brenners bis zur Mündung des Brenners gewährleistet. Dies beschleunigt die Erwärmung des Brennstoff-Primärluft-Gemischs und dessen Zündung, d. h. es entsteht eine gute Flammenstabilisierung. Sekundärluft vermischt sich aufgrund ihrer starken Turbulenz gut mit bereits entzündetem Staub. Die größten Staubpartikel brennen während ihres Fluges im Gasstrom innerhalb des Ofenvolumens aus.

Während des Abfackelns von Kohlenstaub befindet sich zu jedem Zeitpunkt ein unbedeutender Brennstoffvorrat im Ofen - nicht mehr als einige zehn Kilogramm. Dies macht den Fackelprozess sehr empfindlich gegenüber Änderungen des Brennstoff- und Luftverbrauchs und ermöglicht es, wenn es äußerst wichtig ist, die Leistung des Ofens fast sofort zu ändern, wie im Fall der Verbrennung von Heizöl oder Gas. Gleichzeitig steigen hierdurch die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Staubversorgung des Ofens, denn schon die kleinste (in wenigen Sekunden!) Unterbrechung führt zum Erlöschen des Brenners, was mit Explosionsgefahr verbunden ist Staubzufuhr wird wieder aufgenommen. Aus diesem Grund werden in der Regel mehrere Brenner in Kohlenstaubfeuerungen eingebaut.

Bei der pulverisierten Verbrennung von Brennstoffen im Kern der Fackel, der sich in der Nähe der Brennermündung befindet, entwickeln sich hohe Temperaturen (bis zu 1400-1500 ° C), bei denen die Asche flüssig oder pastös wird. Das Anhaften dieser Asche an den Wänden des Ofens kann zu deren Überwucherung mit Schlacke führen. Aus diesem Grund wird die Verbrennung von pulverisiertem Brennstoff am häufigsten in Kesseln verwendet, bei denen die Wände des Ofens mit wassergekühlten Rohren (Sieben) verschlossen sind, in deren Nähe das Gas gekühlt wird und die darin suspendierten Aschepartikel Zeit haben, sich zu verfestigen vor Kontakt mit der Wand. Die Staubfeuerung kann auch in Nassbodenöfen eingesetzt werden, bei denen die Wände mit einem dünnen Film aus flüssiger Schlacke bedeckt sind und die geschmolzenen Aschepartikel in diesem Film nach unten fließen.

Die Volumenwärmebelastung in Kohlenstauböfen beträgt üblicherweise 150–175 kW/m 3 und steigt in kleinen Öfen auf bis zu 250 kW/m 3 an. Bei guter Vermischung von Luft mit Kraftstoff, α ein=1,2÷1,25; q Pelz= 0,5÷6% (große Zahlen - beim Verbrennen von Anthrazit in kleinen Öfen); q-chem= 0 ÷ 1 %.

In Kammeröfen können nach zusätzlicher Vermahlung Kohlenabfälle, die bei der Anreicherung in Kokereien (Industrieprodukt), Koksrückstände und noch feinere Koksschlämme anfallen, verbrannt werden.

Zyklonöfen. Ein spezielles Verbrennungsverfahren wird in Zyklonöfen durchgeführt. Sie verwenden ziemlich kleine Kohlepartikel (normalerweise kleiner als 5 mm), und die für die Verbrennung erforderliche Luft wird mit hohen Geschwindigkeiten (bis zu 100 m/s) tangential zur Erzeugenden des Zyklons zugeführt. Im Ofen entsteht ein kräftiger Wirbel, der die Partikel in eine Zirkulationsbewegung verwickelt, in der sie von der Strömung intensiv verweht werden. Durch die intensive Verbrennung entstehen im Ofen Temperaturen nahe der Adiabate (bis 2000 °C). Aschekohle schmilzt, flüssige Schlacke fließt an den Wänden herunter. Aus einer Reihe von Gründen wurde die Verwendung solcher Öfen in der Energiewirtschaft aufgegeben und sie werden jetzt als technologische verwendet - zum Verbrennen von Schwefel, um SO 2 bei der Herstellung von H 2 SO 4, Rösten von Erzen usw. zu erhalten. Manchmal wird in Zyklonöfen die Brandbeseitigung von Abwasser durchgeführt, d. H. Das Verbrennen der darin enthaltenen Schadstoffe aufgrund der Zufuhr von zusätzlichem (normalerweise gasförmigem oder flüssigem) Brennstoff.

Wirbelschichtöfen. Eine stabile Verbrennung eines Kohlenstaubbrenners ist nur bei einer hohen Kerntemperatur möglich - nicht niedriger als 1300-1500 °C. Bei diesen Temperaturen beginnt Luftstickstoff gemäß der Reaktion N 2 + O 2 \u003d 2NO merklich zu oxidieren. Aus dem im Kraftstoff enthaltenen Stickstoff wird auch eine gewisse Menge NO gebildet. Stickoxide, die zusammen mit Rauchgasen in die Atmosphäre emittiert werden, werden darin zusätzlich zu hochgiftigem NO 2 -Dioxid oxidiert. In der UdSSR beträgt die maximal zulässige Konzentration von NO 2 (MAC), die für die menschliche Gesundheit unbedenklich ist, in der Luft von Siedlungen 0,085 mg / m 3. Um dies zu gewährleisten, müssen bei großen thermischen Kraftwerken hohe Schornsteine ​​gebaut werden, die die Rauchgase über eine möglichst große Fläche verteilen. Gleichzeitig spart dies nicht, wenn eine große Anzahl von Stationen nahe beieinander konzentriert ist.

In einer Reihe von Ländern wird nicht der MPC reguliert, sondern die Menge an schädlichen Emissionen pro Wärmeeinheit, die bei der Kraftstoffverbrennung freigesetzt wird. In den USA beispielsweise dürfen große Unternehmen 28 mg Stickoxide pro 1 MJ Verbrennungswärme emittieren. In der UdSSR gelten Emissionsnormen für verschiedene Brennstoffe von 125 bis 480 mg/m 3 .

Bei der Verbrennung von schwefelhaltigen Kraftstoffen entsteht giftiges SO 2 , dessen Wirkung auf den Menschen sich zur Wirkung von NO 2 hinzugesellt.

Diese Emissionen verursachen photochemischen Smog und saurer Regen, die nicht nur Menschen und Tiere, sondern auch die Vegetation schädigen. BEIM Westeuropa Beispielsweise stirbt ein erheblicher Teil der Nadelwälder an solchen Regenfällen.

Wenn in der Brennstoffasche nicht genügend Calcium- und Magnesiumoxide vorhanden sind, um das gesamte SO 2 zu binden (normalerweise wird ein zwei- oder dreifacher Überschuss gegenüber der Reaktionsstöchiometrie benötigt), wird CaCO 3 -Kalkstein mit dem Brennstoff gemischt. Kalkstein zersetzt sich bei Temperaturen von 850-950 ° C intensiv in CaO und CO 2 und Gips CaSO 4 zersetzt sich nicht, d. H. Die Reaktion verläuft nicht von rechts nach links. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, giftiges SO 2 bindet an harmlosen, praktisch wasserunlöslichen Gips, der zusammen mit der Asche entfernt wird.

Andererseits entstehen im Prozess der menschlichen Tätigkeit große Mengen an brennbaren Abfällen, die im allgemein anerkannten Sinne nicht als Brennstoff gelten: Abraum aus der Kohleanreicherung, Deponien beim Kohlebergbau, zahlreiche Abfälle aus der Zellstoff- und Papierindustrie u andere Sektoren der Volkswirtschaft. Paradox ist zum Beispiel, dass sich der „Stein“, der in riesigen Müllhalden in der Nähe von Kohleminen aufgehäuft wird, oft spontan entzündet und lange Zeit belastet die Umwelt mit Rauch und Staub, kann aber aufgrund des hohen Aschegehalts weder in Schicht- noch in Kammeröfen verbrannt werden. In Schichtöfen verhindert Asche, die während der Verbrennung sintert, das Eindringen von Sauerstoff in Brennstoffpartikel, in Kammeröfen ist es nicht möglich, die für eine stabile Verbrennung erforderliche hohe Temperatur zu erreichen.

Die dringende Bedeutung der Entwicklung abfallfreier Technologien, die vor der Menschheit entstanden ist, hat die Frage aufgeworfen, Ofengeräte zum Verbrennen solcher Materialien zu schaffen. Es waren Wirbelschichtöfen.

Fluidisiert (oder kochend) wird genannt eine Schicht aus feinkörnigem Material, die von unten nach oben durch Gas mit einer Geschwindigkeit geblasen wird, die die Stabilitätsgrenze einer dichten Schicht übersteigt, aber nicht ausreicht, um Partikel aus der Schicht zu transportieren. Die intensive Zirkulation von Partikeln in dem begrenzten Volumen der Kammer erzeugt den Eindruck einer schnell siedenden Flüssigkeit, was den Ursprung des Namens erklärt.

Eine dichte Partikelschicht, die physikalisch von unten geblasen wird, verliert ihre Stabilität, weil der Widerstand gegen das durch sie filtrierende Gas gleich dem Gewicht der Materialsäule pro Flächeneinheit des Stützgitters wird. Da der aerodynamische Widerstand die Kraft ist, mit der das Gas auf Partikel einwirkt (und dementsprechend nach dem dritten Newtonschen Gesetz Partikel auf Gas), dann sind, wenn Widerstand und Gewicht der Schicht gleich sind, die Partikel (wenn wir das Ideal betrachten Fall) basieren nicht auf dem Gitter, sondern auf dem Gas.

Die durchschnittliche Partikelgröße in Wirbelschichtöfen beträgt typischerweise 2–3 mm. Sie entsprechen der Arbeitsgeschwindigkeit der Fluidisierung (es wird 2-3 mal mehr als genommen w zu) 1,5 ÷ 4 m/s. Diese bestimmt entsprechend die Fläche des Gasverteilungsrostes für eine gegebene Heizleistung des Ofens. Volumen Hitzestress qv ungefähr das gleiche nehmen wie bei Schichtöfen.

Der einfachste Wirbelschichtofen (Abb. 31) ähnelt in vielerlei Hinsicht einem Schichtofen und hat viele konstruktive Gemeinsamkeiten mit ihm. Der grundlegende Unterschied zwischen ihnen liegt darin, dass durch eine intensive Durchmischung der Partikel eine konstante Temperatur über das gesamte Volumen der Wirbelschicht gewährleistet wird.

Reis. 31. Diagramm eines Wirbelschichtofens: 1 - Entladen von Asche; 2 - Luftzufuhr unter der Schicht; 3 - ein Wirbelbett aus Asche und Brennstoff; 4 - Luftzufuhr zur Gießmaschine; 5 - Werferrotor; 6 - Förderband; 7 - Brennstoffbunker; 8 - Ofenvolumen; 9 - Siebrohre; 10 - scharfe Explosion und Mitnahme zurück; 11- Auskleidung des Feuerraums; 12 - wärmeaufnehmende Rohre in einem Wirbelbett; BEIM - Wasser; P- Dampf.

Das Aufrechterhalten der Temperatur des Wirbelbetts innerhalb der erforderlichen Grenzen (850–950 °C) wird durch zwei unterschiedliche Verfahren gewährleistet. In kleinen Industrieöfen, die Abfall oder billige Brennstoffe verbrennen, wird der Schicht deutlich mehr Luft zugeführt, als für eine vollständige Verbrennung, Abbindung erforderlich ist α in ≥ 2.

Bei gleicher freigesetzter Wärmemenge nimmt die Temperatur der Gase ab α ein, denn die gleiche Wärme wird zum Erhitzen einer großen Menge Gase aufgewendet.

Bei großen Kraftwerken ist diese Methode der Absenkung der Verbrennungstemperatur unwirtschaftlich, weil die „zusätzliche“ Luft, die das Gerät verlässt, auch die zum Heizen aufgewendete Wärme abtransportiert (Verluste durch Abgase steigen – siehe unten). Aus diesem Grund werden in den Wirbelschichtöfen von Großkesseln Rohre verlegt. 9 und 12 Sek das darin zirkulierende Arbeitsmedium (Wasser oder Dampf), das eine äußerst wichtige Wärmemenge wahrnimmt. Das intensive „Waschen“ dieser Rohre mit Partikeln sorgt für einen hohen Wärmeübertragungskoeffizienten von der Schicht zu den Rohren, was es in einigen Fällen ermöglicht, den Metallverbrauch des Kessels im Vergleich zum herkömmlichen zu reduzieren. Brennstoff verbrennt stabil, wenn sein Gehalt in der Wirbelschicht 1 % oder weniger beträgt; der Rest 99% mitüberflüssig - Asche. Selbst unter solch ungünstigen Bedingungen erlaubt eine intensive Durchmischung nicht, dass Aschepartikel (im Gegensatz zu einer dichten Schicht) den Zugang zu Sauerstoff für brennbare Stoffe blockieren. In diesem Fall fällt die Konzentration an Brennstoffen über das gesamte Volumen der Wirbelschicht hinweg gleich aus. Um die mit dem Brennstoff eingebrachte Asche zu entfernen, wird ein Teil des Bettmaterials in Form von feinkörniger Schlacke kontinuierlich daraus entfernt - meistens wird es einfach durch die Löcher im Boden „abgelassen“, da das Wirbelbett dazu in der Lage ist fließen wie eine Flüssigkeit.

Öfen mit zirkulierender Wirbelschicht. BEIM In letzter ZeitÖfen der zweiten Generation mit der sogenannten zirkulierenden Wirbelschicht erschienen. Hinter diesen Öfen ist ein Zyklon installiert, in dem alle unverbrannten Partikel aufgefangen und in den Ofen zurückgeführt werden. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, die Partikel werden im Ofen-Zyklon-Ofen-System „eingeschlossen“, bis sie vollständig ausbrennen. Diese Öfen haben einen hohen Wirkungsgrad, der der Kammerverbrennungsmethode nicht unterlegen ist, und behalten gleichzeitig alle Umweltvorteile bei.

Wirbelschichtöfen werden nicht nur im Energiesektor, sondern auch in anderen Industrien, beispielsweise zum Verbrennen von Schwefelkies zur Gewinnung, vielfach eingesetzt SO2, Rösten verschiedener Erze und ihrer Konzentrate (Zink, Kupfer, Nickel, Gold) usw. (Aus Sicht der Verbrennungstheorie beispielsweise Rösten von Zinkerz nach der Reaktion 2ZnS + 3O 2 \u003d 2ZnO + 2SO 2 ist die Verbrennung dieses speziellen ʼʼBrennstoffsʼʼ, die wie alle Verbrennungsreaktionen unter Freisetzung großer Wärmemengen abläuft.) Wirbelschichtöfen haben vor allem im Ausland eine weite Verbreitung zur Brandneutralisierung (d. h. Verbrennung) verschiedener Art gefunden gefährliche Produktionsabfälle (fest, flüssig und gasförmig) - Klärschlamm, Müll etc.

Thema 12. Öfen der chemischen Industrie. Schematische Darstellung eines Brennstoffofens. Klassifizierung von Öfen in der chemischen Industrie. Die Haupttypen von Öfen, Merkmale ihrer Konstruktion. Wärmebilanz von Öfen

Öfen für die chemische Industrie. Schematische Darstellung eines Brennstoffkochers

Ein Industrieofen ist eine energietechnische Einheit zur Wärmebehandlung von Materialien, um ihnen die erforderlichen Eigenschaften zu verleihen. Die Wärmequelle in Brennstoff (Flamme) Öfen sind Verschiedene Arten Kohlebrennstoff (Gas, Heizöl usw.). Moderne Ofenanlagen sind oft große mechanisierte und automatisierte Hochleistungseinheiten.

Höchster Wert um den technologischen Modus des Prozesses auszuwählen, hat eine optimale Temperatur technologischer Prozess, die durch thermodynamische und kinetische Berechnungen von Prozessen bestimmt wird. Als optimales Temperaturregime des Prozesses werden die Temperaturbedingungen bezeichnet, unter denen die maximale Produktivität des Zielprodukts in diesem Ofen gewährleistet ist.

In der Regel Arbeitstemperatur im Ofen ist etwas niedriger als optimal, es hängt von den Bedingungen der Brennstoffverbrennung, den Wärmeaustauschbedingungen, den Isoliereigenschaften und der Haltbarkeit der Ofenauskleidung, den thermophysikalischen Eigenschaften des verarbeiteten Materials usw. ab.
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Faktoren. Beispielsweise liegt bei Öfen die Betriebstemperatur im Bereich zwischen der Temperatur des aktiven Ablaufs oxidativer Prozesse und der Sintertemperatur der kalzinierten Produkte. Das thermische Regime eines Ofens wird als eine Reihe von Prozessen der Wärmeträgheit, der Stoffübertragungswärme und der Medienmechanik verstanden, die die Wärmeverteilung in der Prozesszone gewährleisten. Das thermische Regime der Prozesszone bestimmt das thermische Regime des gesamten Ofens.

Der Betrieb von Öfen wird stark von der Zusammensetzung der Gasatmosphäre im Ofen beeinflusst, die für den richtigen Ablauf des technologischen Prozesses notwendig ist. Für oxidierende Prozesse muss das gasförmige Medium im Ofen Sauerstoff enthalten, dessen Menge im Bereich von 3 bis 15 % oder mehr liegt. Die reduzierende Umgebung ist durch einen niedrigen Sauerstoffgehalt (bis zu 1–2 %) und das Vorhandensein von reduzierenden Gasen (CO, H 2 usw.) von 10–20 % oder mehr gekennzeichnet. Die Zusammensetzung der Gasphase bestimmt die Bedingungen für die Brennstoffverbrennung im Ofen und hängt von der zur Verbrennung zugeführten Luftmenge ab.

Die Bewegung von Gasen in einem Ofen hat einen erheblichen Einfluss auf den Prozess, die Verbrennung und die Wärmeübertragung, und in Öfen, Wirbelschicht- oder Whirlpoolöfen ist die Bewegung von Gasen ein wesentlicher Faktor für einen nachhaltigen Betrieb. Die erzwungene Bewegung von Gasen erfolgt durch Rauchabzüge und Ventilatoren.

Die Geschwindigkeit des technologischen Prozesses wird durch die Bewegung des Materials beeinflusst, das der Wärmebehandlung unterzogen wird.

Das Schema der Ofenanlage umfasst die folgenden Elemente: eine Ofenvorrichtung zum Verbrennen von Brennstoff und Organisieren des Wärmeaustauschs; Arbeitsraum des Ofens für die Umsetzung des technologischen Zielmodus; Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung aus Rauchgas (Gas-, Lufterwärmung); Verwertungsanlagen (Abhitzekessel) zur Nutzung der Wärme von Rauchgasen; Zug- und Blasgeräte (Rauchabzüge, Ventilatoren) zum Entfernen von Verbrennungsbrennstoffen und gasförmigen Produkten der Wärmebehandlung von Materialien und zum Zuführen von Luft zu Brennern, Düsen für Roste; Reinigungsgeräte (Filter usw.).

Merkmale der Verbrennung fester Brennstoffe - Konzept und Typen. Klassifizierung und Merkmale der Kategorie "Merkmale der Verbrennung fester Brennstoffe" 2017, 2018.

Aufgrund der wachsenden Beliebtheit von Festbrennstoffkesseln interessiert sich eine große Anzahl potenzieller Käufer dieser Ausrüstung für die Frage, welche Art von Festbrennstoff als Hauptbrennstoff bevorzugt werden soll, und bestellt je nach getroffener Entscheidung die eine oder andere Art Heizgeräte.

Der Hauptindikator für jeden Brennstoff, nicht nur für festen Brennstoff, ist seine Wärmeübertragung, die durch die Verbrennung von festen Brennstoffen gewährleistet wird. Dabei steht die Wärmeübertragung fester Brennstoffe in direktem Zusammenhang mit Art, Eigenschaften und Zusammensetzung.

etwas Chemie

Die Zusammensetzung fester Brennstoffe umfasst folgende Stoffe: Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und mineralische Verbindungen. Bei der Verbrennung von Kraftstoff verbinden sich Kohlenstoff und Wasserstoff mit Luftsauerstoff (dem stärksten natürlichen Oxidationsmittel) – es findet eine Verbrennungsreaktion unter Freisetzung einer großen Menge thermischer Energie statt. Außerdem werden gasförmige Verbrennungsprodukte durch das Rauchabzugssystem entfernt und feste Verbrennungsprodukte (Asche und Schlacke) fallen als Abfall durch den Rost.

Dementsprechend besteht die Hauptaufgabe des Konstrukteurs von Festbrennstoffheizgeräten darin, eine möglichst lange Verbrennung eines Festbrennstoffofens oder Festbrennstoffkessels sicherzustellen. Zu diesem Zeitpunkt wurden in diesem Bereich einige Fortschritte erzielt - im Handel erschienen langbrennende Festbrennstoffkessel, die nach dem Prinzip der oberen Verbrennung und des Pyrolyseverfahrens arbeiten.

Brennwert der wichtigsten Festbrennstoffarten

• Brennholz. Im Durchschnitt (je nach Holzart) und Luftfeuchtigkeit von 2800 bis 3300 kcal / kg.
• Torf - je nach Luftfeuchtigkeit von 3000 bis 4000 kcal / kg.
• Kohle - je nach Art (anthrazit, braun oder feurig) von 4700 bis 7200 kcal / kg.
• Gepresste Briketts und Pellets - 4500 kcal / kg.

Mit anderen Worten, der Prozess der Verbrennung fester Brennstoffe verschiedener Art geht mit einer unterschiedlichen Menge an freigesetzter Wärmeenergie einher, daher sollte die Wahl der Hauptbrennstoffart sehr verantwortungsvoll getroffen werden - orientieren Sie sich in dieser Angelegenheit an den in angegebenen Informationen die Betriebsdokumentation (Pass oder Bedienungsanleitung) für das eine oder andere Festbrennstoffgerät.

Kurze Beschreibung der wichtigsten Arten fester Brennstoffe

Brennholz

Die günstigste, daher die häufigste Art von Kraftstoff in Russland. Wie bereits erwähnt, hängt die bei der Verbrennung entstehende Wärmemenge von der Holzart und deren Feuchtigkeitsgehalt ab. Es ist zu beachten, dass bei der Verwendung von Brennholz als Brennstoff für einen Pyrolysekessel eine Feuchtigkeitsgrenze besteht, die in diesem Fall 15-20% nicht überschreiten sollte.

Torf

Torf ist der gepresste Rest verrotteter Pflanzen lange Zeit tief im Boden. Je nach Gewinnungsmethode werden Hoch- und Niedertorf unterschieden. Und je nach Aggregatzustand kann Torf sein: geschnitzt, klumpig und in Form von Briketts gepresst. Hinsichtlich der Menge an freigesetzter thermischer Energie ähnelt Torf Brennholz.

Kohle

Kohle ist der „kalorienreichste“ Festbrennstoff, der eine spezielle Zündtechnik erfordert. Um einen Ofen oder Kessel mit Kohle anzuzünden, müssen Sie im Allgemeinen zuerst die Feuerkammer mit Holz anzünden und erst dann Kohle (braun, feurig oder anthrazit) auf gut verbranntes Brennholz laden.

Briketts und Pellets

Das die neue art fester Brennstoff, der sich in der Größe der einzelnen Elemente unterscheidet. Briketts sind größer und Pellets sind kleiner. Ausgangsmaterial für die Herstellung von Briketts und Pellets kann jeder „brennbare“ Stoff sein: Hackschnitzel, Holzstaub, Stroh, Nussschalen, Torf, Sonnenblumenschalen, Rinde, Pappe und andere „massenhaft“ brennbare Stoffe, die frei verfügbar sind.

Vorteile von Briketts und Pellets

• Umweltfreundlicher nachwachsender Brennstoff mit hohem Heizwert.
• Langes Brennen aufgrund der hohen Dichte des Materials.
• Bequeme und kompakte Aufbewahrung.
• Die Mindestmenge an Asche nach der Verbrennung beträgt 1 bis 3 % des Volumens.
• Niedrige relative Kosten.
• Die Möglichkeit, den Prozess des Kessels zu automatisieren.
• Geeignet für alle Arten von Festbrennstoffkesseln und Haushaltsöfen.

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Auch der Verbrennungsprozess fester Brennstoffe besteht aus mehreren aufeinanderfolgenden Stufen. Zunächst erfolgen die Gemischbildung und die thermische Aufbereitung des Kraftstoffs inklusive Trocknung und Flüchtigkeitsfreisetzung. Die resultierenden brennbaren Gase und Koksrückstände werden in Gegenwart eines Oxidationsmittels weiter verbrannt, um Rauchgase und einen festen, nicht brennbaren Rückstand – Asche – zu bilden. Die längste Phase ist die Verbrennung von Koks - Kohlenstoff, der die brennbare Hauptkomponente eines festen Brennstoffs ist. Daher wird der Verbrennungsmechanismus fester Brennstoffe weitgehend durch die Verbrennung von Kohlenstoff bestimmt.

Der Verbrennungsprozess fester Brennstoffe kann bedingt in die folgenden Phasen unterteilt werden: Erhitzen und Verdampfen von Feuchtigkeit, Sublimation von flüchtigen Bestandteilen und Koksbildung, Verbrennung von flüchtigen Bestandteilen und Koks sowie Schlackenbildung. Bei der Verbrennung flüssiger Brennstoffe entstehen kein Koks und keine Schlacke, bei der Verbrennung gasförmiger Brennstoffe gibt es nur zwei Stufen - Erhitzen und Verbrennen.

Der Verbrennungsprozess fester Brennstoffe kann in zwei Perioden unterteilt werden: die Periode der Vorbereitung des Brennstoffs für die Verbrennung und die Verbrennungsperiode.

Der Verbrennungsprozess fester Brennstoffe kann in mehrere Stufen unterteilt werden: Erhitzen und Verdampfen von Feuchtigkeit, Sublimation von flüchtigen Stoffen und Bildung von Koks, Verbrennung von flüchtigen Stoffen und Verbrennung von Koks.

Der Prozess der Verbrennung von Festbrennstoff in einem Strom bei erhöhten Drücken führt zu einer Verringerung der Abmessungen der Brennkammern und zu einer signifikanten Erhöhung der Wärmespannungen. Öfen in Betrieb hoher Blutdruck sind nicht weit verbreitet.

Der Verbrennungsprozess fester Brennstoffe ist theoretisch noch nicht ausreichend untersucht. Die erste Stufe des Verbrennungsprozesses, die zur Bildung einer Zwischenverbindung führt, wird durch den Verlauf des Dissoziationsprozesses des Oxidationsmittels im adsorbierten Zustand bestimmt. Als nächstes kommt die Bildung eines Kohlenstoff-Sauerstoff-Komplexes und die Dissoziation von molekularem Sauerstoff in einen atomaren Zustand. Auch die Mechanismen der heterogenen Katalyse, wie sie auf die Oxidationsreaktionen kohlenstoffhaltiger Substanzen angewendet werden, beruhen auf der Dissoziation des Oxidationsmittels.

Der Verbrennungsprozess fester Brennstoffe kann bedingt in drei Stufen unterteilt werden, die sich sukzessive überlappen.

Der Verbrennungsprozess fester Brennstoffe kann als zweistufiger Prozess mit verschwommenen Grenzen zwischen zwei Stufen betrachtet werden: primäre unvollständige Vergasung in einem heterogenen Prozess, dessen Geschwindigkeit hauptsächlich von der Geschwindigkeit und den Bedingungen der Luftzufuhr abhängt, und sekundäre Verbrennung das entwickelte Gas in einem homogenen Prozess, dessen Geschwindigkeit hauptsächlich von der Kinetik chemischer Reaktionen abhängt. Je mehr flüchtige Stoffe im Kraftstoff enthalten sind, desto mehr hängt seine Verbrennungsgeschwindigkeit von der Geschwindigkeit der laufenden chemischen Reaktionen ab.

In Zyklonöfen wird eine Intensivierung des Verbrennungsprozesses fester Brennstoffe und eine deutliche Erhöhung des Ascheabscheidegrades erreicht. C, bei der die Asche schmilzt und die flüssige Schlacke durch Stichlöcher im unteren Teil der Verbrennungsvorrichtung entfernt wird.

Die Grundlage des Verbrennungsprozesses von Festbrennstoffen ist die Oxidation von Kohlenstoff, der der Hauptbestandteil seiner brennbaren Masse ist.

Für den Verbrennungsprozess fester Brennstoffe sind zweifellos die Verbrennungsreaktionen von Kohlenmonoxid und Wasserstoff von Interesse. Für feste Brennstoffe, die reich an flüchtigen Stoffen sind, in einer Reihe von Prozessen u technologische Schemata Es ist notwendig, die Verbrennungseigenschaften von Kohlenwasserstoffgasen zu kennen. Der Mechanismus und die Kinetik homogener Verbrennungsreaktionen werden in Kap. Neben den oben erwähnten Nebenreaktionen sollte die Liste mit heterogenen Reaktionen der Zersetzung von Kohlendioxid und Wasserdampf, der Reaktion der Kohlenmonoxidumwandlung mit Wasserdampf und einer Familie von Methanbildungsreaktionen fortgesetzt werden, die mit merklichen Geschwindigkeiten ablaufen bei der Vergasung unter hohem Druck.

Die Verbrennung von festen Brennstoffen erfolgt in zwei Stufen: thermische Aufbereitung; Verbrennung selbst.

In der ersten Stufe wird der Brennstoff erhitzt und getrocknet. Bei 100 C beginnt die pyrogene Zersetzung von Kraftstoffbestandteilen unter Freisetzung von gasförmigen flüchtigen Stoffen. (Zone I). Die Dauer dieses Vorgangs hängt vom Feuchtigkeitsgehalt des Brennstoffs, der Partikelgröße und den Bedingungen des Wärmeaustauschs zwischen den Brennstoffpartikeln und dem Verbrennungsmedium ab.

Die Kraftstoffverbrennung beginnt mit der Zündung flüchtiger Stoffe (Zone II). t in dieser Zone beträgt 400-600 C. Während der Verbrennung wird Wärme freigesetzt, die für eine beschleunigte Erwärmung und Zündung des Koksrückstands sorgt. (Zwei notwendige Bedingungen für das Ausbrennen des Brennstoffs: Temperatur und eine ausreichende Menge an Oxidationsmittel. In jedem Ofen gibt es zwei Eingänge: einen für Brennstoff und einen für Oxidationsmittel.)

Dieser Vorgang erfolgt in Zehntelsekunden. Flüchtige brennen von 0,2 bis 0,5 Sekunden. Q fällt auf, wenn t 800-1000 - Zone III beginnt. Die Verbrennung von Koks beginnt bei einer Temperatur von 1000 C und findet im Bereich III statt. Dieser Prozess ist langwierig. 1 – Tgasförmiges Medium um das Teilchen. 2-Tdas Teilchen selbst . ich– thermische Vorbereitungszone,II- die Verbrennungszone flüchtiger Substanzen,III– Verbrennung von Kokspartikeln.

III - heterogener Prozess. Die Rate hängt von der Rate der Sauerstoffzufuhr ab. Die Brenndauer eines Kokspartikels beträgt ½ bis 2/3 der Gesamtbrenndauer (1 bis 2,5 s) – abhängig von Art und Größe des Brennstoffs. Bei jungen Kraftstoffen ist der Verkohlungsprozess noch nicht abgeschlossen, eine große Ausbeute an flüchtigen Bestandteilen. Koksrückstände< 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 – Kokspartikelumkehr, 2 – schmale laminare Schicht mit der Dicke δ, 3 – turbulente Strömungszone.

Sauerstoff wird dem Kohlenstoffpartikel aus der Umgebung durch turbulente Diffusion zugeführt, die eine hohe Intensität hat, aber nahe der Oberfläche des Partikels befindet sich eine dünne Gasschicht (2), wo die Zufuhr des Oxidationsmittels den Gesetzen der molekularen Diffusion gehorcht (lam sl) - es hemmt die Zufuhr von Sauerstoff zur Oberfläche des Partikels. In dieser Schicht findet die Verbrennung von brennbaren Gasbestandteilen statt, die bei chemischen Reaktionen von der Kohlenstoffoberfläche freigesetzt werden.

Die pro Zeiteinheit einer Einheitsoberfläche eines Teilchens mittels turbulenter Diffusion zugeführte Sauerstoffmenge wird bestimmt durch:

GOK \u003d A (SPOT - CSL) (1) , A - Satz turbulenter Stofftransport. Durch die molekulare Diffusion diffundiert die gleiche Menge Sauerstoff durch die Immersionsschicht:

GOK = Dδ (CSL-SPOV) (2) D – Satz von Mol dif- und h/h-Tauchschicht δ. SSL = GOK* δ D+ SPOV, GOK \u003d A (SPOT - GOK* δ D– SPOV) , ​​​​GOK = SONDERN*( AUS TOPF - SPOV ) 1+ AδD = ( AUS TOPF - SPOV ) 1 SONDERN + δ D = αD*(SPOT - SPOV) , 1 SONDERN + δ D= αD ist die verallgemeinerte Diffusionsgeschwindigkeitskonstante.

Die Anzahl der aufsummierten ok-la hängt von αD und der Differenz zwischen den Konzentrationen der Strömung und der Oberfläche ab. Die Sauerstoffzufuhr zur reagierenden Brennstoffoberfläche wird durch die Diffusionsgeschwindigkeit und die Sauerstoffkonzentration in der Strömung und auf der reagierenden Oberfläche bestimmt.

Im stationären Verbrennungsregime ist die der Reaktionsoberfläche durch Diffusion zugeführte Sauerstoffmenge gleich der Sauerstoffmenge, die mit dieser Oberfläche reagiert hat.

ωР = αD(SPOT - SPOV) . Gleichzeitig ist die Brennrate: ωG = k * PHRS, wenn sie gleich sind, dann kann es bestimmen: ωG = 1 1 K + 1 α D* MitSCHWEISS= kg*PUNKT. KG = 1 1 K + 1 α D = K * α D α D + K (*) ist die reduzierte Verbrennungskonstante. 1 kg = 1 K + 1 α D ist der allgemeine Widerstand gegen den Verbrennungsprozess. 1/k - kinetischer Widerstand, bestimmt durch die Intensität der Strömung chemische Lösungen Verbrennung; 1/αD - physikalischer (Diffusions-)Widerstand - hängt von der Intensität der Oxidationsmittelzufuhr ab.

Je nach Widerstand werden die kinetischen und Diffusionsbereiche der heterogenen Verbrennung unterschieden.

I – kinetischer Bereich (ωG = k*PHOT), II – Zwischenbereich, III – Diffusionsbereich (ωG = αD*PHOT)

Nach dem Arrhenius-Gesetz hängt die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Temperatur ab. αD (const sk-ti dif-i) reagiert schwach auf die Temperatur. Bei Temperaturen unter 800-1000 C verläuft die chemische Reaktion langsam, trotz des O2-Überschusses nahe der festen Oberfläche. In diesem Fall ist 1/k ein großer Wert - die Verbrennung wird durch die Kinetik von p-u verzögert (t ist klein) und die Fläche wird aufgerufen Der kinetische Bereich der Verbrennung. (1/k >> 1/αD) . k<<αД, kГ ~k (*) - Da der p-th träge ist, wird der durch Diffusion zugeführte Sauerstoff nicht verbraucht und seine Konzentration an der Reaktionsoberfläche ist ungefähr gleich der Konzentration in der Strömung ωG = k * PHRS - dies ist die Verbrennungsrate im kinetischen Bereich.

Die Verbrennungsgeschwindigkeit im kinetischen Bereich ändert sich bei erhöhter Sauerstoffzufuhr nicht, indem die aerodynamischen Prozesse verbessert werden (Bereichich), hängt aber vom kinetischen Faktor ab, nämlich der Temperatur. Die Zufuhr von ok-la >> Verbrauch - die Konzentration an der Oberfläche ändert sich fast nicht. Wenn t zunimmt, nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit zu und die Konzentration von O2 und C ab. Weiterhin führt t zu einer Erhöhung der Brenngeschwindigkeit und ihr Wert wird begrenzt durch fehlende O2-Versorgung der Oberfläche, unzureichende Diffusion. Sauerstoffkonzentration an der Oberfläche →0 .

Als Verbrennungsbereich wird der Verbrennungsbereich bezeichnet, in dem die Prozessgeschwindigkeit von Diffusionsfaktoren abhängt DiffusionsgebietIII. Hier k>>αD ( Aus * ): kg~αD. Die Diffusionsrate der Verbrennung wird durch die Abgabe von O2 an die Oberfläche und seine Konzentration im Strom begrenzt.

Der Diffusions- und der kinetische Bereich sind durch eine Zwischenzone II getrennt, in der die Geschwindigkeit der Sauerstoffzufuhr und die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion ungefähr gleich sind. Je kleiner die Größe des festen Brennstoffs ist, desto größer ist der Bereich der Wärme- und Stoffübertragung.

In den Regionen II und III kann das Brennen durch Zuführen eines Ok-La verstärkt werden. Bei hohen Geschwindigkeiten, ok-la, nehmen der Widerstand und die Dicke der laminaren Schicht ab und die Zufuhr von ok-la nimmt zu. Je höher die Geschwindigkeit, desto intensiver wird der Kraftstoff mit O2 vermischt und desto mehr findet ein Übergang vom kinetischen in den industriellen, dann in den differentiellen Bereich statt. Mit abnehmender Partikelgröße nimmt der Bereich der kinetischen Verbrennung zu, da kleine Partikel einen stärker entwickelten Wärme- und Stoffaustausch mit der Umgebung haben.

D1>d2>d3 , v1>v2>v3

D - Partikelgröße des pulverisierten Brennstoffs, v - Geschwindigkeit des Mischens von Brennstoff mit Luft - Geschwindigkeit der Zufuhr von ok-la

Die Zündung jedes Kraftstoffs beginnt bei relativ niedrigem t mit einer ausreichenden Anzahl von ok-la (I). Reine Differentialverbrennung III - begrenzt durch den Brennerkern. Eine Temperaturerhöhung führt zu einer Verschiebung in den Bereich der Diffusionsverbrennung. Die Diffusionsverbrennungszone befindet sich vom Flammenkern bis zur Nachverbrennungszone, wo die Konzentration der Reaktanten gering ist und ihre Wechselwirkung durch die Diffusionsgesetze bestimmt wird.

Wenn also die Verbrennung in einem Diffusions- oder Zwischenbereich abläuft, verschiebt sich der Prozess mit einer Abnahme der Partikelgröße des pulverisierten Brennstoffs in Richtung kinetischer Verbrennung. Der Bereich der reinen Diffusionsverbrennung ist begrenzt. Dies wird im Kern der Fackel mit beobachtet maximale Temperatur Verbrennung. Außerhalb des Kerns erfolgt die Verbrennung im kinetischen oder Zwischenbereich, der durch eine starke Temperaturabhängigkeit der Brenngeschwindigkeit gekennzeichnet ist.

In der Zündzone der Staub-Luft-Strömung treten auch die kinetischen und Zwischenverbrennungsbereiche auf und im Diffusions- oder Zwischenbereich findet die Verbrennung von Brennstoffen aller Art mit vorläufiger Gemischbildung statt.

K-Kategorie: Öfen

Die Hauptmerkmale von Kraftstoffverbrennungsprozessen

Heizöfen können feste, flüssige und gasförmige Brennstoffe verwenden. Jeder dieser Brennstoffe hat seine eigenen Eigenschaften, die sich auf die Effizienz der Verwendung von Öfen auswirken.

Die Konstruktionen von Heizöfen wurden lange Zeit erstellt und waren für die Verbrennung fester Brennstoffe in ihnen bestimmt. Erst in späterer Zeit wurden Bauwerke für die Nutzung flüssiger und gasförmiger Brennstoffe geschaffen. Um diese wertvollen Arten in bestehenden Feuerungen möglichst effizient zu nutzen, ist es notwendig zu wissen, wie sich die Verbrennungsprozesse dieser Brennstoffe von der Verbrennung fester Brennstoffe unterscheiden.

In allen Öfen wird fester Brennstoff (Holz, verschiedene Kohlearten, Anthrazit, Koks usw.) schichtweise auf dem Rost verbrannt, wobei periodisch Brennstoff geladen und der Rost von Schlacke gereinigt wird. Der Schichtbrennprozess hat einen deutlich zyklischen Charakter. Jeder Zyklus umfasst die folgenden Phasen: Beladen mit Brennstoff, Trocknen und Erhitzen der Schicht, Freisetzen von flüchtigen Stoffen und deren Verbrennung, Verbrennung von Brennstoff in der Schicht, Ausbrennen von Rückständen und schließlich Entfernen von Schlacken.

In jeder dieser Phasen wird ein bestimmtes thermisches Regime geschaffen und der Verbrennungsprozess im Ofen erfolgt mit sich ständig ändernden Indikatoren.
Die erste Phase des Trocknens und Erhitzens der Schicht ist von sogenannter endothermer Natur, d. h. sie wird nicht von der Freisetzung, sondern von der Absorption von Wärme begleitet, die von den heißen Wänden des Feuerraums und von unverbrannten Rückständen empfangen wird. Ferner beginnt beim Erhitzen der Schicht die Freisetzung von gasförmigen brennbaren Bestandteilen und deren Ausbrennen im Gasvolumen. In diesem Stadium beginnt die Wärmefreisetzung im Ofen, die allmählich zunimmt. Unter dem Einfluss der Erwärmung beginnt das Verbrennen der festen Koksbasis der Schicht, was normalerweise die größte thermische Wirkung ergibt. Beim Ausbrennen der Schicht nimmt die Wärmefreisetzung allmählich ab und im Endstadium kommt es zu einem Nachbrennen von brennbaren Stoffen geringer Intensität. Es ist bekannt, dass die Rolle und der Einfluss der einzelnen Stufen des geschichteten Verbrennungszyklus von folgenden Qualitätsindikatoren des Festbrennstoffs abhängen: Feuchtigkeitsgehalt, Aschegehalt, Gehalt an flüchtigen brennbaren Stoffen und Kohlenstoff im Brennstoff.
Masse.

Betrachten wir, wie diese Komponenten die Art des Verbrennungsprozesses in der Schicht beeinflussen.

Eine Befeuchtung des Brennstoffs wirkt sich negativ auf die Verbrennung aus, da ein Teil der spezifischen Verbrennungswärme des Brennstoffs für die Verdunstung von Feuchtigkeit aufgewendet werden muss. Dadurch sinken die Temperaturen im Feuerraum, die Verbrennungsbedingungen verschlechtern sich und der Verbrennungszyklus selbst verzögert sich.

Die negative Rolle des Aschegehalts des Brennstoffs äußert sich darin, dass die Aschemasse die brennbaren Bestandteile des Brennstoffs umhüllt und den Zutritt von Luftsauerstoff zu ihnen verhindert. Dadurch brennt die brennbare Kraftstoffmasse nicht aus, es entsteht die sogenannte mechanische Unterverbrennung.

Forschungen von Wissenschaftlern haben festgestellt, dass das Verhältnis des Gehalts an flüchtigen gasförmigen Substanzen und festem Kohlenstoff in Festbrennstoffen einen großen Einfluss auf die Art der Entwicklung von Verbrennungsprozessen hat. Flüchtige brennbare Substanzen beginnen bei relativ niedrigen Temperaturen ab 150-200 ° C und darüber aus festen Brennstoffen freigesetzt zu werden. Flüchtige Substanzen haben eine unterschiedliche Zusammensetzung und unterscheiden sich in unterschiedlichen Austrittstemperaturen, so dass der Prozess ihrer Freisetzung zeitlich verlängert wird und seine Endphase normalerweise mit der Verbrennung des festen Brennstoffteils der Schicht kombiniert wird.

Flüchtige Substanzen sind relativ niedrige Temperatur Zündung, da sie viele wasserstoffhaltige Komponenten enthalten, erfolgt ihre Verbrennung im darüber liegenden Gasvolumen des Feuerraums. Der nach der Freisetzung von flüchtigen Stoffen verbleibende feste Teil des Brennstoffs besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff, der die höchste Zündtemperatur hat (650-700°C). Die Verbrennung der Kohlerückstände beginnt zuletzt. Es fließt direkt in der dünnen Schicht des Rostes und durch intensive Wärmefreisetzung entstehen darin hohe Temperaturen.

Ein typisches Muster von Temperaturänderungen im Ofen und in den Gaskanälen während des Festbrennstoff-Verbrennungszyklus ist in Abb. 2 dargestellt. 1. Wie Sie sehen, kommt es zu Beginn des Ofens zu einem schnellen Temperaturanstieg im Feuerraum und in den Schornsteinen, während in der Phase der Nachverbrennung ein starker Temperaturabfall im Inneren des Ofens, insbesondere im Feuerraum, auftritt. Jede der Stufen erfordert die Zufuhr einer bestimmten Menge an Verbrennungsluft zum Ofen. Da jedoch eine konstante Luftmenge in den Ofen eintritt, liegt der Luftüberschusskoeffizient im Stadium der intensiven Verbrennung bei = 1,5-2 und im Nachverbrennungsstadium, dessen Dauer 25-30% erreicht die Ofenzeit erreicht die Luftüberschusszahl bei = 8-10. Auf Abb. Abbildung 2 zeigt, wie sich der Luftüberschusskoeffizient während eines Verbrennungszyklus auf einem Rost für drei Arten fester Brennstoffe verändert: Holz, Torf und Kohle in einem typischen Kammerheizofen.

Reis. 1. Änderung der Rauchgastemperatur in verschiedenen Abschnitten des Heizofens bei der Verbrennung mit festem Brennstoff 1 - Temperatur im Feuerraum (in einer Entfernung von 0,23 m vom Rost); 1 - Temperatur im ersten horizontalen Schornstein; '3 - Temperatur im dritten horizontalen Schornstein; 4 - Temperatur im sechsten horizontalen Schornstein (vor der Ofenklappe)

Von Abb. Aus 2 ist ersichtlich, dass sich der Luftüberschusskoeffizient in Öfen, die mit periodischer Beschickung mit festen Brennstoffen betrieben werden, kontinuierlich ändert.

Gleichzeitig reicht die in den Ofen eintretende Luftmenge in der Phase der intensiven Freisetzung flüchtiger Substanzen normalerweise nicht für deren vollständige Verbrennung aus, und in den Phasen der Vorwärmung und Nachverbrennung brennbarer Substanzen beträgt die Luftmenge ein Vielfaches höher als theoretisch erforderlich.

Infolgedessen kommt es im Stadium der intensiven Freisetzung flüchtiger Substanzen zu einer chemischen Unterverbrennung der freigesetzten brennbaren Gase und während der Nachverbrennung von Rückständen zu erhöhten Wärmeverlusten mit den Abgasen aufgrund einer Zunahme des Volumens der Verbrennungsprodukte. Der Wärmeverlust bei chemischer Unterverbrennung beträgt 3-5% und bei Abgasen 20-35%. Der negative Effekt der chemischen Unterverbrennung äußert sich jedoch nicht nur in zusätzlichen Wärmeverlusten und einer Verringerung des Wirkungsgrads. Erfahrung im Betrieb einer großen Anzahl von Heizöfen zeigt; dass sich durch chemische Unterverbrennung stark freigesetzter flüchtiger Substanzen amorpher Kohlenstoff in Form von Ruß an den Innenwänden des Ofens und der Schornsteine ​​ablagert.

Reis. 2. Änderung des Luftüberschussverhältnisses während des Verbrennungszyklus von Festbrennstoff

Da Ruß eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, erhöhen seine Ablagerungen den Wärmewiderstand der Ofenwände und verringern dadurch den nutzbaren Wärmeübergang der Öfen. Rußablagerungen in Schornsteinen verengen den Gasdurchtrittsquerschnitt, beeinträchtigen den Luftzug und schaffen schließlich eine erhöhte Brandgefahr, da Ruß brennbar ist.

Aus dem Gesagten geht hervor, dass die unbefriedigenden Indikatoren des Schichtprozesses größtenteils auf die ungleichmäßige Freisetzung flüchtiger Substanzen im Laufe der Zeit zurückzuführen sind.

Bei der Schichtverbrennung von kohlenstoffreichen Brennstoffen konzentriert sich der Verbrennungsprozess auf eine eher dünne Brennstoffschicht, in der sich hohe Temperaturen entwickeln. Der Verbrennungsprozess von reinem Kohlenstoff in der Schicht hat die Eigenschaft der Selbstregulierung. Das bedeutet, dass die Menge an umgesetztem (verbranntem) Kohlenstoff der Menge an zugeführtem Oxidationsmittel (Luft) entspricht. Daher ist bei einem konstanten Luftstrom auch die verbrannte Kraftstoffmenge konstant. Die Änderung der Heizlast muss durch Regelung der Luftzufuhr VB erfolgen. Beispielsweise nimmt mit einer Erhöhung von VB die Menge an verbranntem Kraftstoff zu, und eine Verringerung von HC führt zu einer Verringerung der Wärmeabgabe der Schicht, während der Wert des Luftüberschusskoeffizienten stabil bleibt.

Die Verbrennung von Anthrazit und Koks ist jedoch mit folgenden Schwierigkeiten verbunden. Um hohe Temperaturen erzeugen zu können, wird die Schichtdicke bei der Verbrennung von Anthrazit und Koks ausreichend groß gehalten. In diesem Fall ist die Arbeitszone der Schicht ihr relativ dünner unterer Teil, in dem exotherme Reaktionen der Kohlenstoffoxidation mit Luftsauerstoff stattfinden, d. h. die Verbrennung selbst stattfindet. Die gesamte darüber liegende Schicht dient als Wärmeisolator für den brennenden Teil der Schicht und schützt die Verbrennungszone vor Abkühlung aufgrund von Wärmestrahlung an den Wänden des Feuerraums.

Durch oxidative Reaktionen wird in der Verbrennungszone entsprechend der Reaktion Nutzwärme freigesetzt
c+o2->co.

Bei hohen Temperaturen der Schicht in ihrer oberen Zone laufen jedoch gemäß der Gleichung umgekehrte restaurative endotherme Reaktionen mit Wärmeaufnahme ab
CO2+C2CO.

Als Ergebnis dieser Reaktionen wird Kohlenmonoxid CO gebildet, ein brennbares Gas mit einer ziemlich hohen spezifischen Verbrennungswärme, so dass seine Anwesenheit in den Rauchgasen auf eine unvollständige Verbrennung des Brennstoffs und eine Verringerung der Effizienz des Ofens hinweist. Um also hohe Temperaturen in der Verbrennungszone zu gewährleisten, muss die Brennstoffschicht eine ausreichende Dicke aufweisen, was jedoch zu schädlichen Reduktionsreaktionen im oberen Teil der Schicht führt, was zu einer chemischen Unterverbrennung des festen Brennstoffs führt.

Aus dem oben Gesagten wird deutlich, dass in jedem Kammerofen, der mit festem Brennstoff betrieben wird, ein instationärer Verbrennungsprozess stattfindet, der unvermeidlich die Effizienz der in Betrieb befindlichen Öfen verringert.

Sehr wichtig Für einen wirtschaftlichen Betrieb hat der Ofen die Qualität fester Brennstoffe.

Nach den Normen für den Haushaltsbedarf werden hauptsächlich Steinkohlen (Klassen D, G, Zh, K, T usw.) sowie Braunkohle und Anthrazit unterschieden. Je nach Größe der Stücke sollten Kohlen in den folgenden Klassen geliefert werden: 6-13, 13-25, 25-50 und 50-100 mm. Der Aschegehalt von Kohle auf Trockenbasis reicht von 14-35 % für harte Kohle und bis zu 20% - für Anthrazit, Feuchtigkeit - 6-15% für Stein und 20-45% für Braunkohle.

Öfen von Haushaltsöfen haben keine Mittel zur Mechanisierung des Verbrennungsprozesses (Regelung der Blasluftzufuhr, Schichtabschäumung usw.), daher müssen für eine effiziente Verbrennung in Öfen ziemlich hohe Anforderungen an die Qualität der Kohle gestellt werden. Ein erheblicher Teil der Kohle wird jedoch unsortiert, gewöhnlich, mit Qualitätsmerkmalen (in Bezug auf Feuchtigkeitsgehalt, Aschegehalt, Feinanteil) geliefert, die deutlich unter den von den Normen festgelegten liegen.

Die Verbrennung von minderwertigem Kraftstoff ist unvollkommen, mit erhöhten Verlusten durch chemische und mechanische Unterverbrennung. Akademie Öffentliche Einrichtungen Sie. K. D. Pamfilov wurde der jährliche Sachschaden ermittelt, der durch die Lieferung minderwertiger Kohle verursacht wird. Berechnungen ergaben, dass der Sachschaden durch unvollständigen Brennstoffeinsatz etwa 60 % der Kosten des Kohlebergbaus ausmacht. Es ist wirtschaftlich und technisch sinnvoll, den Brennstoff an den Orten seiner Herstellung auf einen Normzustand anzureichern, da die zusätzlichen Anreicherungskosten etwa die Hälfte der angegebenen Sachschadenssumme betragen.

Ein wichtiges qualitatives Merkmal von Kohle, das die Effizienz ihrer Verbrennung beeinflusst, ist ihre fraktionierte Zusammensetzung.

Beim gehobener Inhalt im Brennstoff aus Feinstoffen schließt es durch Verdichtung die Lücken in der brennenden Brennstoffschicht, was zu einer Kraterverbrennung führt, die über den Bereich der Schicht einen ungleichmäßigen Charakter hat. Aus dem gleichen Grund wird Braunkohle schlechter verbrannt als andere Brennstoffarten, die beim Erhitzen zur Bildung von Rissen neigen signifikante Menge kleine Dinge.

Andererseits führt auch die Verwendung von zu großen Kohlestücken (mehr als 100 mm) zu Kraterverbrennungen.

Die Feuchtigkeit der Kohle beeinträchtigt im Allgemeinen den Verbrennungsprozess nicht; es reduziert sich jedoch spezifische Wärme Verbrennung, Verbrennungstemperatur und erschwert auch die Lagerung von Kohle, da sie bei Minusgraden gefriert. Um ein Einfrieren zu verhindern, sollte der Feuchtigkeitsgehalt von Kohle 8 % nicht überschreiten.

Schwefel ist eine schädliche Komponente in festen Brennstoffen, da die Verbrennungsprodukte Schwefeldioxid S02 und Schwefeldioxid S03 sind, die stark korrosive Eigenschaften haben und außerdem sehr giftig sind.

Es sei darauf hingewiesen, dass in Chargenöfen gewöhnliche Kohlen, obwohl weniger effizient, immer noch zufriedenstellend verbrannt werden können; bei Dauerbrennöfen müssen diese Anforderungen unbedingt vollständig erfüllt werden.

In Durchlauföfen, in denen flüssige oder gasförmige Brennstoffe verbrannt werden, ist der Verbrennungsprozess nicht zyklisch, sondern kontinuierlich. Der Brennstofffluss in den Ofen erfolgt gleichmäßig, wodurch ein stationärer Verbrennungsmodus beobachtet wird. Wenn während der Verbrennung von festen Brennstoffen die Temperatur im Feuerraum des Ofens über einen weiten Bereich schwankt, was den Verbrennungsprozess nachteilig beeinflusst, dann erreicht die Temperatur im Feuerraum bei der Verbrennung von Erdgas kurz nach dem Einschalten des Brenners 650- 700 ° C. Außerdem nimmt sie mit der Zeit stetig zu und erreicht am Ende des Ofens 850–1100 °C. Die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs wird dabei durch die thermische Belastung des Ofenraums und die Ofenbrennzeit bestimmt (Bild 25). Die Gasverbrennung ist relativ einfach bei einem konstanten Luftüberschussverhältnis zu halten, was mit einer Luftklappe durchgeführt wird. Aus diesem Grund wird beim Verbrennen von Gas im Ofen ein stationärer Verbrennungsmodus geschaffen, der es ermöglicht, Wärmeverluste mit Abgasen zu minimieren und einen Ofenbetrieb mit einem hohen Wirkungsgrad von 80-90% zu erreichen. Der Wirkungsgrad eines Gaskochers ist über die Zeit stabil und deutlich höher als der von Festbrennstoffkochern.

Einfluss des Verbrennungsmodus des Brennstoffs und der Größe der Fläche der Wärmeaufnahmefläche der Rauchkreisläufe auf den Wirkungsgrad des Ofens. Theoretische Berechnungen zeigen, dass der thermische Wirkungsgrad eines Wärmeofens, d. h. der Wert des thermischen Wirkungsgrads, von den sogenannten äußeren und inneren Faktoren abhängt. Zu den äußeren Faktoren gehören der Bereich der wärmeabgebenden Außenfläche S des Ofens im Bereich des Feuerraums und der Rauchzirkulation, die Wandstärke 6, der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient K des Materials der Ofenwände und Wärmekapazität C. Je größer der Wert. S, X und kleiner als 6, je besser der Wärmeübergang von den Wänden des Ofens zur umgebenden Luft ist, desto vollständiger werden die Gase gekühlt und desto höher ist der Wirkungsgrad des Ofens.

Reis. Abb. 3. Änderung der Temperatur von Verbrennungsprodukten im Feuerraum eines Gasheizofens in Abhängigkeit von der Intensität des Ofenraums und der Verbrennungszeit

Zu den internen Faktoren gehört in erster Linie der Wert des Feuerraumwirkungsgrades, der hauptsächlich von der Vollständigkeit der Brennstoffverbrennung abhängt. In Heizöfen mit periodischer Wirkung treten fast immer Wärmeverluste durch chemische unvollständige Verbrennung und mechanische Unterverbrennung auf. Diese Verluste hängen von der Perfektion der Organisation des Verbrennungsprozesses ab, bestimmt durch die spezifische thermische Belastung des Ofenvolumens Q/V. Der Wert von QIV für einen Feuerraum einer bestimmten Konstruktion hängt vom Verbrauch des zu verbrennenden Brennstoffs ab.

Forschung und Betriebserfahrung haben ergeben, dass es für jede Brennstoffart und Feuerraumkonstruktion einen optimalen Q/V-Wert gibt. Bei niedrigem Q/V erwärmen sich die Innenwände des Feuerraums schwach, die Temperaturen in der Verbrennungszone reichen für eine effiziente Brennstoffverbrennung nicht aus. Mit einer Erhöhung von Q/V steigen die Temperaturen im Ofenvolumen, und wenn ein bestimmter Wert von Q/V erreicht ist, werden optimale Verbrennungsbedingungen erreicht. Bei weiter steigendem Brennstoffverbrauch steigt das Temperaturniveau weiter an, aber der Verbrennungsprozess hat keine Zeit, sich innerhalb der Feuerbüchse zu vollenden. Gasförmige brennbare Bestandteile werden in die Gaskanäle abgeführt, der Prozess ihrer Verbrennung stoppt und es tritt eine chemische Unterverbrennung des Brennstoffs auf. Ebenso hat ein Teil bei übermäßigem Kraftstoffverbrauch keine Zeit zum Ausbrennen und verbleibt auf dem Rost, was zu einer mechanischen Unterverbrennung führt. Damit der Heizofen einen maximalen Wirkungsgrad hat, ist es daher erforderlich, dass sein Feuerraum mit optimaler thermischer Belastung arbeitet.

Wärmeverlust ein Umgebung von den Wänden des Feuerraums verringern nicht die Effizienz des Ofens, da die Wärme für die nützliche Beheizung des Raums aufgewendet wird.

Die zweite wichtige interne Größe ist der Rauchgasstrom Vr. Selbst wenn der Ofen mit dem optimalen Wert der thermischen Belastung des Feuerraums betrieben wird, kann das Volumen der durch die Schornsteine ​​strömenden Gase aufgrund einer Änderung des Luftüberschusskoeffizienten am, der das Verhältnis des tatsächlich eintretenden Luftstroms ist, erheblich variieren Ofen auf die theoretisch erforderliche Menge. Für einen gegebenen Wert von QIV kann der Wert von am über einen sehr weiten Bereich variieren. Bei herkömmlichen Chargenheizöfen kann der Wert von a in der Periode maximaler Verbrennung nahe bei 1 liegen, d. h. der minimal möglichen theoretischen Grenze entsprechen. Während der Zeit der Brennstoffvorbereitung und im Stadium der Nachverbrennung von Reststoffen steigt der Wert von am in Chargenöfen jedoch normalerweise stark an und erreicht oft den Grenzwert hohe Werte- etwa 8-10. Mit zunehmendem at nimmt das Gasvolumen zu, die Verweildauer im Rauchzirkulationssystem wird verkürzt und infolgedessen nehmen die Wärmeverluste mit den Abgasen zu.

Auf Abb. Fig. 4 zeigt graphische Darstellungen der Abhängigkeit des Wirkungsgrades des Heizofens von verschiedenen Parametern. Auf Abb. 4, a zeigt die Werte des Wirkungsgrads des Heizofens in Abhängigkeit von den Werten von am, woraus deutlich wird, dass bei einer Erhöhung von am von 1,5 auf 4,5 der Wirkungsgrad von 80 auf 48% abnimmt. Auf Abb. 4b zeigt die Abhängigkeit des Wirkungsgrades des Heizofens von der Fläche der Innenfläche der Rauchkreisläufe S, woraus ersichtlich ist, dass bei einer Erhöhung von S von 1 auf 4 m2 der Wirkungsgrad von 65 auf zunimmt 90%.

Zusätzlich zu den oben genannten Faktoren hängt der Wirkungsgrad von der Ofendauer des Ofens t ab (Abb. 4, c). Mit zunehmendem x werden die Innenwände des Ofens auf eine höhere Temperatur aufgeheizt bzw. die Gase weniger abgekühlt. Mit zunehmender Lebensdauer des Ofens nimmt daher die Effizienz jedes Heizofens ab und nähert sich einem bestimmten Mindestwert, der für einen Ofen dieser Konstruktion charakteristisch ist.

Reis. Abb. 4. Abhängigkeit der Effizienz eines Gasheizofens von verschiedenen Parametern a - vom Luftüberschusskoeffizienten im Bereich der Innenfläche der Rauchkreisläufe, m2; b - aus dem Bereich der Innenfläche der Rauchkreisläufe bei verschiedenen Luftüberschusskoeffizienten; c - von der Dauer des Ofens in verschiedenen Bereichen der Innenfläche der Rauchkreisläufe, m2

Wärmeübertragung von Heizöfen und deren Speicherkapazität. In Heizöfen muss die Wärme, die durch Rauchgase an den beheizten Raum übertragen werden muss, durch die Dicke der Ofenwände hindurchtreten. Mit einer Änderung der Dicke der Wände des Feuerraums und der Schornsteine ​​​​ändern sich der Wärmewiderstand und die Massivität des Mauerwerks (seine Speicherkapazität) entsprechend. Beispielsweise nimmt mit abnehmender Dicke der Wände ihr Wärmewiderstand ab, der Wärmefluss nimmt zu und gleichzeitig nehmen die Abmessungen des Ofens ab. Eine Verringerung der Wanddicke von Kammeröfen, die mit festen Brennstoffen betrieben werden, ist jedoch aus folgenden Gründen nicht akzeptabel: Während der periodischen Kurzzeitverbrennung erwärmen sich die Innenflächen des Feuerraums und der Schornsteine ​​auf hohe Temperaturen und die Temperatur des Ofens Außenfläche während Zeiten maximaler Verbrennung über den zulässigen Grenzwerten liegen; Nachdem die Verbrennung aufgrund der intensiven Wärmeübertragung der Außenwände an die Umgebung aufhört, kühlt der Ofen schnell ab.

Beim große Mengen Die Raumtemperatur wird im Laufe der Zeit über einen weiten Bereich variieren und erlöschen zulässige Normen. Legt man den Backofen hingegen zu dickwandig aus, dann z kurzer Zeitraum der Ofen, seine große Anordnung hat keine Zeit zum Aufwärmen und zusätzlich mit der Verdickung der Wände der Unterschied zwischen der Fläche der Innenfläche der Schornsteine, die Wärme von Gasen aufnimmt, und Die Fläche der Außenfläche des Ofens, die Wärme an die Umgebungsluft abgibt, nimmt zu, wodurch die Temperatur der Außenfläche des Ofens für eine effektive Raumheizung zu niedrig ist. Daher gibt es eine solche optimale Wandstärke (1/2-1 Ziegel), bei der das Array eines Kammerofens während des Ofengangs eine ausreichende Wärmemenge ansammelt und gleichzeitig eine ausreichend hohe Temperatur der Außenflächen der Ofen für die normale Beheizung des Raumes erreicht ist.

Bei der Verwendung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe in Heizöfen ist ein kontinuierlicher Verbrennungsmodus durchaus erreichbar, daher ist bei kontinuierlicher Verbrennung kein Wärmestau aufgrund einer Vergrößerung des Mauerwerks erforderlich. Der Prozess der Wärmeübertragung von Gasen auf einen beheizten Raum ist zeitlich stationär. Unter diesen Bedingungen können die Dicke der Wände und die Massivität des Ofens nicht auf der Grundlage eines bestimmten Lagerwerts gewählt werden, sondern auf der Grundlage der Festigkeit des Mauerwerks und der Gewährleistung einer angemessenen Haltbarkeit.

Die Auswirkung des Umschaltens des Ofens von diskontinuierlich auf kontinuierlich ist deutlich in Abb. 5, die die Änderung der Temperatur der Innenfläche der Feuerraumwand bei periodischer und kontinuierlicher Verbrennung zeigt. Bei periodischem Brennen erwärmt sich die Innenfläche der Feuerraumwand nach 0,5-1 Stunde auf 800-900 °C.

Eine solche starke Erwärmung nach 1-2 Betriebsjahren des Ofens führt häufig zum Reißen von Ziegeln und deren Zerstörung. Ein solches Regime ist jedoch erzwungen, da eine Abnahme der Wärmebelastung zu einer übermäßigen Verlängerung der Ofendauer führt.

Bei kontinuierlicher Verbrennung wird der Brennstoffverbrauch stark reduziert und die Heiztemperatur der Wände des Feuerraums sinkt. Wie aus Abb. 27, bei kontinuierlicher Verbrennung für die meisten Kohlesorten steigt die Wandtemperatur von 200 auf nur 450-500 ° C, während sie bei periodischer Verbrennung viel höher ist - 800-900 ° C. Daher sind die Feuerräume von Chargenöfen normalerweise mit feuerfesten Steinen ausgekleidet, während die Feuerräume von Durchlauföfen nicht ausgekleidet werden müssen, da die Temperatur auf ihrer Oberfläche nicht die Feuerfestigkeitsgrenze von gewöhnlichem rotem Ziegel (700-750 ° C) erreicht.

Folglich wird bei kontinuierlicher Feuerung Mauerwerk effizienter genutzt, die Lebensdauer von Öfen stark erhöht und für die meisten Kohlesorten (außer Anthrazit- und Magerkohlen) ist es möglich, alle Teile des Ofens aus rotem Backstein auszulegen.

Schub in Öfen. Um die Rauchgase zu zwingen, von der Feuerkammer durch die Ofenkamine zum Schornstein zu strömen und dabei alle lokalen Widerstände zu überwinden, die auf ihrem Weg auftreten, ist ein gewisser Aufwand erforderlich, der diese Widerstände überschreiten muss, da sonst der Ofen raucht . Diese Anstrengung wird als Schubkraft des Ofens bezeichnet.

Die Entstehung der Schubkraft ist im Diagramm (Bild 6) dargestellt. Die im Feuerraum entstehenden Rauchgase, die leichter als die Umgebungsluft sind, steigen nach oben und füllen den Schornstein. Die Außenluftsäule steht der Gassäule im Schornstein entgegen, ist aber, da sie kalt ist, viel schwerer als die Gassäule. Wenn eine herkömmliche vertikale Ebene durch die Ofentür gezogen wird, wird sie auf der rechten Seite von einer Säule heißer Gase mit einer Höhe von der Mitte der Ofentür bis zur Oberseite des Schornsteins und so weiter beaufschlagt (gepresst). links - eine Säule kalter Außenluft gleicher Höhe. Die Masse der linken Säule ist größer als die rechte, da die Dichte der kalten Luft größer ist als die der heißen Luft, sodass die linke Säule die den Schornstein füllenden Rauchgase verdrängt und sich die Gase im System in die Richtung bewegen von höherem Druck zu niedrigerem Druck, d. h. an der Seite des Schornsteins.

Reis. 5. Temperaturänderung an der Innenfläche der Wand des Feuerraums a - der Thermostat ist auf die untere Grenze eingestellt; b - Der Thermostat ist auf die obere Grenze eingestellt

Reis. 6. Funktionsschema der Schornstein-1-Ofentür; 2- Feuerraum; 3 - Außenluftsäule; 4 - Schornstein

Die Wirkung der Zugkraft besteht also darin, dass sie einerseits heiße Gase nach oben steigen lässt und andererseits Kräfte ausübt Außenluft in den Feuerraum zur Verbrennung gelangen.

Die durchschnittliche Temperatur der Gase im Schornstein kann gleich dem arithmetischen Mittel zwischen der Temperatur der Gase am Einlass und am Auslass des Schornsteins genommen werden.

- Hauptmerkmale von Kraftstoffverbrennungsprozessen