Katı yakıtın yanma özellikleri. Katı yakıtların yanma özellikleri

Katı yakıtın (kömür tozu) yanması iki dönemi içerir: termal hazırlık ve gerçek yanma (Şekil 4.5).

Termal hazırlama sürecinde (Şekil 4.5, bölge I), parçacık ısıtılır, kurutulur ve 110 ° C'nin üzerindeki bir sıcaklıkta, ilk yakıt maddesinin termal ayrışması, gaz halindeki uçucu maddelerin salınmasıyla başlar. Bu sürenin süresi esas olarak yakıtın nem içeriğine, partiküllerinin boyutuna, ısı değişim koşullarına bağlıdır ve genellikle saniyenin onda biri kadardır. Termal hazırlık dönemindeki işlemlerin seyri, esas olarak ısıtma, yakıtın kurutulması ve karmaşık moleküler bileşiklerin termal ayrışması için ısının emilmesi ile ilişkilidir, bu nedenle parçacığın bu zamanda ısınması yavaştır.

Yanmanın kendisi, uçucu maddelerin (Şekil 4.5, bölge II) 400 ... 600 ° C sıcaklıkta tutuşmasıyla başlar ve yanmaları sırasında açığa çıkan ısı, katı kok kalıntısının hızlandırılmış ısınmasını ve tutuşmasını sağlar. Uçucu maddelerin yanması 0,2 ... 0,5 s sürer. Yüksek uçucu madde verimiyle (kahverengi ve genç taş kömürleri, arduvazlar, turba), yanmalarının açığa çıkan ısısı, kok partikülünü tutuşturmak için yeterlidir ve düşük bir uçucu madde verimi ile, kok partikülünü ek olarak ısıtmak için gerekli hale gelir. çevreleyen sıcak gazlar (bölge III).

Kok yanması (Şekil 4.5, bölge IV) yaklaşık 1000 ° C'lik bir sıcaklıkta başlar ve en uzun süreçtir. Bu, partikülün yüzeyine yakın bölgedeki oksijenin bir kısmının yanıcı uçucu maddelerin yanması için kullanılması ve kalan konsantrasyonunun azalması ile belirlenir, ayrıca heterojen reaksiyonların hızı her zaman homojen reaksiyonların hızından daha düşüktür. kimyasal aktivitede homojen olan maddeler için.

Sonuç olarak, bir katı parçacığın toplam yanma süresi (1.0 ... 2.5 s) esas olarak kok kalıntısının yanması ile belirlenir (toplam yanma süresinin yaklaşık 2/3'ü). Uçucu madde verimi yüksek olan yakıtlar için kok kalıntısı, partikülün başlangıç ​​kütlesinin yarısından azdır; bu nedenle, farklı başlangıç ​​boyutlarında yanmaları oldukça hızlı gerçekleşir ve yetersiz yanma olasılığı azalır. Yaşlı yakıtlar, yanması yanma odasında neredeyse tüm süreyi alan yoğun bir kok partikülüne sahiptir.

Çoğu katı yakıtın kok kalıntısı esas olarak ve bir dizi katı yakıt için tamamen karbondan oluşur (parçacık kütlesinin %60 ila %97'si). Yakıtın yanması sırasında ana ısı salınımını karbonun sağladığı göz önüne alındığında, bir karbon parçacığının yüzeyden yanma dinamiklerini ele alalım. Oksijen, ortamdan karbon partikülüne türbülanslı difüzyon - yeterince yüksek yoğunluğa sahip türbülanslı kütle transferi nedeniyle sağlanır, ancak ince bir gaz tabakası (sınır tabakası) doğrudan partikülün yüzeyinde kalır, oksitleyicinin transferi içinden moleküler difüzyon yasalarına göre gerçekleştirilir (Şekil 4.6). Bu katman, yüzeye oksijen verilmesini önemli ölçüde engeller. İçinde, termal ayrışma sırasında parçacıktan salınan yanıcı gaz bileşenlerinin yanması gerçekleşir. Türbülanslı difüzyon yoluyla bir parçacığın birim yüzeyine birim zamanda sağlanan oksijen miktarı aşağıdaki formülle belirlenir.

(4.16) ve (4.17)'de С POT, parçacığı çevreleyen akıştaki oksijen konsantrasyonudur; SL ile - sınır tabakasının dış sınırında aynı; POV ile - yakıtın yüzeyinde aynı; δ sınır tabakasının kalınlığıdır; D, sınır tabakası boyunca moleküler difüzyon katsayısıdır; A, türbülanslı kütle transferinin katsayısıdır.

Ortak karar denklemler (4.16) ve (4.17) ifadesine yol açar

4.18a

4.18b

nerede

4.19

Genelleştirilmiş difüzyon hızı sabiti.

Formül (4.18)'den, katı yakıtın reaksiyona giren yüzeyine oksijen beslemesinin, difüzyon hızı sabiti ve akıştaki ve reaksiyona giren yüzey üzerindeki oksijen konsantrasyonları arasındaki fark tarafından belirlendiği sonucu çıkar.

Sürekli bir yanma prosesinde, difüzyonla reaksiyon yüzeyine verilen oksijen miktarı, kimyasal reaksiyon sonucunda yüzeyde reaksiyona giren miktara eşittir. Bu nedenle, K s yüzeyinden karbon yanmasının reaksiyon hızı, iki işlemin kütle oranlarının eşitliğinden bulunur - kimyasal reaksiyonun bir sonucu olarak yüzeydeki difüzyon kaynağı ve oksijen tüketimi

Arrhenius yasasına göre, bir kimyasal reaksiyonun hızının belirleyici parametresi proses sıcaklığıdır. Difüzyon hızı sabiti k D artan sıcaklıkla biraz değişir (bkz. Şekil 4.1, a), reaksiyon hızı sabiti k p sıcaklığa üssel bir bağımlılığa sahiptir.

Nispeten düşük bir sıcaklıkta (800 ... 1000 ° C), katı yüzeye yakın oksijen fazlalığına rağmen kimyasal reaksiyon yavaş ilerler, çünkü k D \u003e k R. Bu durumda, yanma kinetiği tarafından geciktirilir. kimyasal reaksiyon, bu nedenle bu sıcaklık bölgesine kinetik yanma bölgesi denir.

Aksine, yüksek yanma sıcaklıklarında (1500°C'nin üzerinde) ve kömür tozunun yanması durumunda, k P >> k D değeri ve yanma işlemi, oksijenin yüzeye tedarik (difüzyon) koşulları tarafından geciktirilir. parçacık. Bu koşullar difüzyon yanma bölgesine karşılık gelir. Bu alev sıcaklığı bölgesinde (k D değerindeki bir artış) yanan karışımı karıştırmak için ek koşulların yaratılması, yakıtın tükenmesinin hızlanmasına ve derinleşmesine katkıda bulunur.

Yanma yoğunluğu açısından benzer bir etki, toz haline getirilmiş yakıtın parçacık boyutunun azaltılmasıyla elde edilir. Küçük boyutlu partiküller çevre ile daha gelişmiş bir ısı alışverişine sahiptir ve bu nedenle daha yüksek bir kD değeri vardır. Sıcaklıktaki bir artış oksidasyon prosesinde difüzyon yanma bölgesine bir kaymaya yol açar.

Pulverize yakıtın saf difüzyon yanması bölgesi, en yüksek yanma sıcaklığına sahip alev çekirdeğinin ve reaktan konsantrasyonlarının zaten düşük olduğu ve etkileşimlerinin difüzyon yasaları tarafından belirlendiği son yanma bölgesinin özelliğidir. Herhangi bir yakıtın tutuşması, yeterli miktarda oksijen koşullarında, yani nispeten düşük sıcaklıklarda başlar. kinetik alanda. Bu yanma bölgesinde, yakıtın reaktivitesi ve sıcaklık seviyesi gibi faktörlere bağlı olarak kimyasal reaksiyon hızı belirleyici bir rol oynar. Bu yanma bölgesindeki aerodinamik faktörlerin etkisi önemsizdir.

K kategorisi: fırınlar

Yakıt yakma işlemlerinin temel özellikleri

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

Isıtma fırınlarının tasarımları uzun süredir oluşturuldu ve içlerinde katı yakıtları yakmak için tasarlandı. Ancak daha sonraki bir dönemde, sıvı ve sıvı kullanımı için tasarlanmış yapılar oluşturulmaya başlandı. gaz yakıt. Bu değerli türlerin mevcut fırınlarda en verimli şekilde kullanılabilmesi için bu yakıtların yanma işlemlerinin katı yakıtların yanmasından nasıl farklı olduğunun bilinmesi gerekmektedir.

Tüm fırınlarda, katı yakıt (odun, çeşitli kömür türleri, antrasit, kok kömürü vb.) ızgara üzerinde tabakalı olarak yakılır, periyodik olarak yakıt doldurulur ve ızgara cüruftan temizlenir. Katmanlı yanma süreci açık bir döngüsel karaktere sahiptir. Her döngü aşağıdaki aşamaları içerir: yakıtın yüklenmesi, tabakanın kurutulması ve ısıtılması, uçucu maddelerin salınması ve bunların yanması, tabakada yakıtın yanması, artıkların yakılması ve son olarak cürufların uzaklaştırılması.

Bu aşamaların her birinde belirli bir ısıl rejim oluşturulur ve ocakta yanma süreci sürekli değişen göstergelerle gerçekleşir.
Tabakayı kurutmanın ve ısıtmanın birincil aşaması, endotermik olarak adlandırılır, yani, buna serbest bırakma değil, ateş kutusunun sıcak duvarlarından ve yanmamış kalıntılardan alınan ısının emilmesi eşlik eder. Ayrıca, tabaka ısıtıldıkça, gaz halindeki yanıcı bileşenlerin salınımı ve gaz hacminde yanmaları başlar. Bu aşamada, yavaş yavaş artan fırında ısı salınımı başlar. Isıtmanın etkisi altında, genellikle en büyük termal etkiyi veren tabakanın katı kok tabanının yanması başlar. Katman yandıkça, ısı salınımı yavaş yavaş azalır ve son aşamada yanıcı maddelerin yanmasından sonra düşük yoğunluklu bir yoğunluk vardır. Katmanlı yanma döngüsünün bireysel aşamalarının rolü ve etkisinin, aşağıdaki katı yakıt kalite göstergelerine bağlı olduğu bilinmektedir: nem içeriği, kül içeriği, uçucu yanıcı maddelerin içeriği ve yakıttaki karbon.
kitle.

Bu bileşenlerin katmandaki yanma sürecinin doğasını nasıl etkilediğini düşünelim.

Yakıtın özgül yanma ısısının bir kısmının nemin buharlaşmasına harcanması gerektiğinden, yakıtın nemlendirilmesi yanma üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir. Sonuç olarak, ocaktaki sıcaklıklar düşer, yanma koşulları kötüleşir ve yanma döngüsünün kendisi ertelenir.

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

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

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

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

Pirinç. 1. Katı yakıtla yanarken ısıtma fırınının çeşitli bölümlerinde baca gazı sıcaklık değişimi 1 - ocakta sıcaklık (ızgaradan 0.23 m mesafede); 1 - ilk yatay bacadaki sıcaklık; '3 - üçüncü yatay bacadaki sıcaklık; 4 - altıncı yatay bacadaki sıcaklık (fırın damperinden önce)

Şek. 2 Periyodik katı yakıt yüklemesi ile çalışan fırınlarda fazla hava katsayısının sürekli değiştiği görülmektedir.

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

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

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

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

Söylenenlerden, katmanlı sürecin tatmin edici olmayan göstergelerinin büyük ölçüde zamanla uçucu maddelerin eşit olmayan salınımından kaynaklandığı açıktır.

Yüksek karbonlu yakıtların katmanlı yanmasında, yanma işlemi, yüksek sıcaklıkların geliştiği oldukça ince bir yakıt katmanı içinde yoğunlaşır. Saf karbonun katmandaki yanma süreci, kendi kendini düzenleme özelliğine sahiptir. Bu, reaksiyona giren (yanmış) karbon miktarının, sağlanan oksidan (hava) miktarına karşılık geleceği anlamına gelir. Dolayısıyla sabit bir hava akışında yakılan yakıt miktarı da sabit olacaktır. Isı yükündeki değişiklik, hava beslemesi VB düzenlenerek yapılmalıdır. Örneğin, VB'nin artmasıyla, yakılan yakıt miktarı artar ve HC'deki azalma, katmanın ısı çıkışında bir azalmaya neden olurken, fazla hava katsayısının değeri sabit kalacaktır.

Bununla birlikte, antrasit ve kok kömürünün yanması aşağıdaki zorluklarla ilişkilidir. Yüksek sıcaklıklar oluşturabilmek için, antrasit ve kokunun yanması sırasında tabaka kalınlığı yeterince büyük tutulur. Bu durumda, tabakanın çalışma bölgesi, karbon oksidasyonunun atmosferik oksijen ile ekzotermik reaksiyonlarının gerçekleştiği, yani yanmanın kendisinin meydana geldiği nispeten ince alt kısmıdır. Üstteki katmanın tamamı, katmanın yanan kısmı için bir termal yalıtkan görevi görür ve yanma bölgesini, ateş kutusunun duvarlarına ısı radyasyonu nedeniyle soğumadan korur.

Oksidatif reaksiyonlar sonucunda, reaksiyona göre yanma bölgesinde faydalı ısı açığa çıkar.
c+o2->co.

Bununla birlikte, üst bölgesindeki tabakanın yüksek sıcaklıklarında, denkleme göre, ters onarıcı endotermik reaksiyonlar, ısı absorpsiyonu ile devam eder.
CO2+C2CO.

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

Yukarıdakilerden, katı yakıtla çalışan herhangi bir kesikli fırında, çalışmadaki fırınların verimliliğini kaçınılmaz olarak azaltan kararsız bir yanma işleminin gerçekleştiği açıktır.

Büyük önem ekonomik olması açısından fırının çalışması katı yakıt kalitesindedir.

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

Ev tipi sobaların fırınları, yanma sürecini mekanikleştirme araçlarına sahip değildir (hava üfleme beslemesini kontrol etme, tabaka sıyırma, vb.), bu nedenle, verimli yanma fırınlarda, kömür kalitesine oldukça yüksek gereksinimler getirilmelidir. Bununla birlikte, kömürün önemli bir kısmı, standartların öngördüğünden önemli ölçüde daha düşük kalite özelliklerine (nem içeriği, kül içeriği, ince tane içeriği) sahip tasnif edilmemiş, sıradan tedarik edilmektedir.

Standart altı yakıtın yanması, kimyasal ve mekanik yetersiz yanmadan kaynaklanan artan kayıplarla kusurludur. Kamu Hizmetleri Akademisi. K. D. Pamfilov, düşük kaliteli kömür tedariğinin neden olduğu yıllık maddi zararı belirledi. Hesaplamalar, yakıtın eksik kullanımından kaynaklanan maddi hasarın kömür madenciliği maliyetinin yaklaşık %60'ını oluşturduğunu göstermiştir. Yakıtın üretildiği yerlerde standart bir duruma getirilmesi ekonomik ve teknik olarak uygundur, çünkü zenginleştirme için ek maliyetler belirtilen maddi hasar miktarının yaklaşık yarısı kadar olacaktır.

Yanma verimliliğini etkileyen kömürün önemli bir niteliksel özelliği, fraksiyonel bileşimidir.

Yakıttaki artan ince madde içeriği ile, daha yoğun hale gelir ve yanan yakıt tabakasındaki boşlukları kapatır, bu da tabaka alanı üzerinde düzensiz bir karaktere sahip olan krater yanmasına neden olur. Aynı nedenle, kahverengi kömürler, ısıtıldığında önemli miktarda ince tane oluşturmak üzere çatlama eğiliminde olan diğer yakıt türlerinden daha kötü yanar.

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

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

Kükürt, katı yakıtlarda zararlı bir bileşendir, çünkü yanma ürünleri, güçlü aşındırıcı özelliklere sahip olan ve aynı zamanda çok toksik olan kükürt dioksit S02 ve kükürt dioksit S03'tür.

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

Sıvı veya gaz yakıtların yakıldığı sürekli fırınlarda yanma işlemi döngüsel değil süreklidir. Yakıtın fırına akışı, sabit bir yanma modunun gözlenmesi nedeniyle eşit olarak gerçekleşir. Katı yakıtın yanması sırasında, fırının ateş kutusundaki sıcaklık, yanma sürecini olumsuz yönde etkileyen geniş bir aralıkta dalgalanırsa, o zaman yanma sırasında doğal gaz brülörü açtıktan kısa bir süre sonra fırın boşluğundaki sıcaklık 650-700 °C'ye ulaşır. Ayrıca zamanla sürekli artar ve fırın sonunda 850-1100 °C'ye ulaşır. Bu durumda sıcaklık artış hızı, fırın boşluğunun termal gerilimi ve fırın yanma süresi ile belirlenir (Şekil 25). Bir hava damperi kullanılarak gerçekleştirilen sabit bir fazla hava oranında gaz yakmanın muhafaza edilmesi nispeten kolaydır. Bu nedenle, fırında gaz yandığında, egzoz gazları ile ısı kayıplarını en aza indirmeyi ve %80-90'a ulaşan yüksek verimlilikle fırın çalışmasını sağlayan sabit bir yanma modu oluşturulur. Bir gaz sobasının verimliliği zamanla sabittir ve katı yakıtlı sobalardan önemli ölçüde daha yüksektir.

Yakıt yanma modunun ve duman devrelerinin ısı alma yüzeyinin alanının boyutunun fırının verimliliği üzerindeki etkisi. Teorik hesaplamalar, bir ısıtma fırınının termal verimliliğinin, yani termal verimin değerinin, dış ve iç faktörler olarak adlandırılan faktörlere bağlı olduğunu göstermektedir. Dış faktörler, fırının ısı yayan dış yüzeyinin (S), ocak ve duman sirkülasyonu alanındaki alanını, duvar kalınlığı 6'yı, fırın duvarlarının malzemesinin ısıl iletkenlik katsayısı K'yi içerir. ve ısı kapasitesi C. Değer ne kadar büyükse. S, X ve 6'dan küçükse, fırın duvarlarından çevreleyen havaya ısı transferi ne kadar iyi olursa, gazlar daha tam olarak soğutulur ve fırının verimi o kadar yüksek olur.

Pirinç. Şekil 3. Gazlı ısıtma fırınının ocak kutusundaki yanma ürünlerinin sıcaklığındaki değişim, fırın boşluğunun yoğunluğuna ve yanma süresine bağlı olarak

İç faktörler öncelikle, esas olarak yakıtın yanmasının eksiksizliğine bağlı olan ateş kutusunun verimliliğinin değerini içerir. Periyodik etkili ısıtma fırınlarında, hemen hemen her zaman kimyasal eksik yanma ve mekanik yetersiz yanmadan kaynaklanan ısı kayıpları vardır. Bu kayıplar, fırın hacminin Q/V özgül termal gerilimi tarafından belirlenen yanma sürecinin organizasyonunun mükemmelliğine bağlıdır. Belirli bir tasarıma sahip bir ocak için QIV değeri, yakılan yakıtın tüketimine bağlıdır.

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

ısı kaybı çevre ateş kutusunun duvarlarından ısı, odanın faydalı ısıtılması için harcandığından fırının verimliliğini düşürmez.

İkinci önemli dahili faktör baca gazı akışı Vr'dir. Fırın, ocak kutusunun termal stresinin optimal değerinde çalışsa bile, bacalardan geçen gazların hacmi, içeri giren gerçek hava akışının oranı olan aşırı hava katsayısı am'deki bir değişiklik nedeniyle önemli ölçüde değişebilir. teorik olarak gerekli miktarda fırın. Belirli bir QIV değeri için am değeri çok geniş bir aralıkta değişebilir. Geleneksel toplu ısıtma fırınlarında, maksimum yanma periyodundaki a değeri 1'e yakın olabilir, yani mümkün olan minimum teorik sınıra karşılık gelir. Bununla birlikte, yakıt hazırlama periyodu sırasında ve artıkların yakılması aşamasında, kesikli fırınlardaki am değeri genellikle keskin bir şekilde artar ve çoğu zaman sınıra ulaşır. yüksek değerler- yaklaşık 8-10. Artışla birlikte gazların hacmi artar, duman sirkülasyon sisteminde kalma süreleri azalır ve bunun sonucunda egzoz gazları ile ısı kayıpları artar.

Şek. Şekil 4, ısıtma fırınının verimliliğinin çeşitli parametrelere bağımlılığının grafiklerini göstermektedir. Şek. 4, a, am değerlerine bağlı olarak ısıtma fırınının verim değerlerini gösterir; bu değerden, am'de 1,5'ten 4,5'e bir artışla, verimin %80'den %48'e düştüğü açıktır. Şek. 4b, ısıtma fırınının verimliliğinin, duman devrelerinin S iç yüzeyinin alanına bağımlılığını göstermektedir; buradan, S'de 1'den 4 m2'ye bir artışla, verimliliğin 65'ten 65'e arttığı görülebilmektedir. %90.

Yukarıdaki faktörlere ek olarak, verimlilik fırın fırınının t süresine bağlıdır (Şekil 4, c). x arttıkça fırının iç duvarları daha yüksek bir sıcaklığa ısıtılır ve sırasıyla gazlar daha az soğutulur. Bu nedenle, fırının süresindeki bir artışla, herhangi bir ısıtma fırınının verimliliği azalır ve bu tasarımdaki bir fırının belirli bir minimum değerine yaklaşır.

Pirinç. 4. Bir gazlı ısıtma fırınının verimliliğinin çeşitli parametrelere bağımlılığı a - duman devrelerinin iç yüzeyindeki aşırı hava katsayısına, m2; b - çeşitli aşırı hava katsayılarında duman devrelerinin iç yüzeyinin alanından; c - duman devrelerinin iç yüzeyinin çeşitli bölgelerinde fırının süresinden, m2

Isıtma fırınlarının ısı transferi ve depolama kapasiteleri. Isıtma fırınlarında baca gazları ile ısıtılan odaya aktarılması gereken ısı, fırın duvarlarının kalınlığından geçmelidir. Ocak ve baca duvarlarının kalınlığındaki bir değişiklikle, duvarın ısıl direnci ve kütlesi (depolama kapasitesi) buna göre değişir. Örneğin, duvarların kalınlığındaki bir azalma ile termal dirençleri azalır, ısı akışı artar ve aynı zamanda fırının boyutları azalır. Bununla birlikte, katı yakıtla çalışan toplu fırınların duvarlarının kalınlığındaki bir azalma, aşağıdaki nedenlerden dolayı kabul edilemez: periyodik kısa süreli yanma sırasında, ocak kutusunun ve bacaların iç yüzeyleri yüksek sıcaklıklara ve fırının sıcaklığına kadar ısınır. maksimum yanma dönemlerinde dış yüzey izin verilen sınırların üzerinde olacaktır; dış duvarların çevreye yoğun ısı transferi nedeniyle yanma durduktan sonra fırın hızla soğuyacaktır.

M'nin büyük değerlerinde, oda sıcaklığı geniş bir aralıkta zamanla değişecek ve dışarı çıkacaktır. izin verilen normlar. Öte yandan, fırını çok kalın duvarlı bir şekilde yerleştirirseniz, o zaman kısa süre fırın, geniş dizisi ısınmak için zamana sahip olmayacak ve ayrıca duvarların kalınlaşmasıyla, gazlardan ısı alan bacaların iç yüzeyinin alanı arasındaki fark ve ısıyı çevreleyen havaya aktaran fırının dış yüzeyinin alanı artar, bunun sonucunda fırının dış yüzeyinin sıcaklığı etkili alan ısıtması için çok düşük olur. Bu nedenle, yığın fırın dizisinin fırın sırasında yeterli miktarda ısı biriktirdiği ve aynı zamanda fırının dış yüzeylerinin yeterince yüksek bir sıcaklıkta toplandığı böyle bir optimal duvar kalınlığı (1/2-1 tuğla) vardır. Odanın normal ısıtılması için fırına ulaşılır.

Isıtma fırınlarında sıvı veya gaz yakıtlar kullanıldığında, sürekli bir yanma modu oldukça elde edilebilir, bu nedenle, sürekli yanma ile, duvar dizisindeki bir artış nedeniyle ısı birikimine gerek yoktur. Gazlardan ısıtılmış bir odaya ısı transferi süreci zaman içinde durağandır. Bu koşullar altında, duvarların kalınlığı ve fırının masifliği, belirli bir depolama değeri sağlama temelinde değil, duvarın mukavemeti ve uygun dayanıklılığın sağlanması temelinde seçilebilir.

Fırını topludan sürekliye değiştirmenin etkisi Şekil 2'de açıkça görülmektedir. Periyodik ve sürekli yanma durumunda, ateş kutusunun duvarının iç yüzeyinin sıcaklığındaki değişimi gösteren 5, Periyodik yangında, 0,5-1 saat sonra ocak duvarının iç yüzeyi 800-900 °C'ye kadar ısınır.

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

Sürekli yanma ile yakıt tüketimi keskin bir şekilde azalır ve ocak duvarlarının ısıtma sıcaklığı düşer. Olarak Şekil l'de görülebilir. 27, çoğu kömür sınıfı için sürekli yanma ile, duvar sıcaklığı 200'den sadece 450-500 ° C'ye yükselirken, periyodik yanma ile çok daha yüksektir - 800-900 ° C. Bu nedenle, toplu fırınların yangın kutuları genellikle refrakter tuğlalarla kaplanırken, sürekli fırınların yangın kutuları astar gerektirmez, çünkü yüzeylerindeki sıcaklık sıradan kırmızı tuğlanın (700-750 ° C) yangına dayanıklılık sınırına ulaşmaz.

Sonuç olarak, sürekli ateşleme ile tuğla işi daha verimli kullanılır, sobaların hizmet ömrü büyük ölçüde artar ve çoğu kömür sınıfı için (antrasitler ve yağsız kömürler hariç), sobanın tüm parçalarını kırmızı tuğladan yerleştirmek mümkündür.

Fırınlarda sürün. Baca gazlarını ocaktan fırın bacalarından geçerek bacaya geçmeye zorlamak, yollarında karşılaşılan tüm yerel dirençleri aşmak için belirli bir çaba harcamak gerekir, bu dirençleri aşması gerekir, aksi takdirde fırın tüttürecektir. . Bu çabaya fırının itme kuvveti denir.

Çekiş kuvvetinin ortaya çıkışı şemada gösterilmiştir (Şekil 6). Ocakta oluşan baca gazları çevredeki havadan daha hafif olduğu için yükselir ve bacayı doldurur. Dış hava sütunu, bacadaki gaz sütununa karşı çıkar, ancak soğuk olduğu için gaz sütunundan çok daha ağırdır. Fırın kapısından geleneksel bir dikey düzlem çekilirse, sağ tarafta, fırın kapısının ortasından baca tepesine kadar yükseklikte bir sıcak gaz kolonu tarafından etkilenecek (bastırılacaktır) ve sol - aynı yükseklikte bir dış soğuk hava sütunu. Soğuk havanın yoğunluğu sıcak havanın yoğunluğundan daha büyük olduğu için sol kolonun kütlesi sağ kolondan daha büyüktür, bu nedenle sol kolon bacayı dolduran baca gazlarını yer değiştirecek ve gazlar sistemdeki yönde hareket edecektir. yüksek basınçtan alçağa, yani baca tarafında.

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

Pirinç. 6. Baca 1-fırın kapısının çalışma şeması; 2- ateş kutusu; 3 - dış hava sütunu; 4 - baca

Böylece, çekme kuvvetinin etkisi, bir yandan sıcak gazların yukarı doğru yükselmesine neden olurken, diğer yandan da dış havayı yanma için ateş kutusuna geçmeye zorlamasından ibarettir.

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

- Yakıt yakma işlemlerinin ana özellikleri

Katı yakıtlar arasında odun, turba ve kömür. Her tür katı yakıtın yanma süreci benzer özelliklere sahiptir.

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

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

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

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

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

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

Tüm katı yakıt türleri arasında yakacak odun en popüler olanıdır. Çok miktarda uçucu madde içerirler. Isı transferi açısından huş ağacı ve karaçam ağacı en iyisi olarak kabul edilir. Huş yakacak odun yakıldıktan sonra çok fazla ısı açığa çıkar ve minimum miktarda karbon monoksit oluşur. Karaçam yakacak odun da çok fazla ısı yayar; yandıklarında fırın dizisi çok çabuk ısınır, bu da huş ağacı olanlardan daha ekonomik tüketildiği anlamına gelir. Ancak aynı zamanda, karaçamdan yakacak odun yaktıktan sonra büyük miktarda karbon monoksit salınır, bu nedenle hava damperini manipüle ederken dikkatli olmanız gerekir. Meşe ve kayın odunları da çok fazla ısı yayar. Genel olarak, belirli yakacak odunların kullanımı, yakınlardaki mevcudiyetine bağlıdır. ormanlık alan. Ana şey, yakacak odunun kuru olması ve takozların aynı boyutta olmasıdır.

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

Kesikli fırınlarda hava ihtiyacı yanma aşamasına bağlı olarak değişir. Uçucu maddelerin yoğun bir şekilde salınımı olduğunda, genellikle yeterli oksijen yoktur, bu nedenle yakıtın kimyasal olarak yetersiz yanması ve bunun yaydığı yanıcı gazlar mümkündür. Bu fenomene,% 3-5'e ulaşabilen ısı kayıpları eşlik eder.

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

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

Yakacak odun ve turba ile birlikte, kömür genellikle sobaları ve şömineleri yakmak için kullanılır; kimyasal bileşim karbon ve hidrojenin bir kombinasyonudur ve yüksek bir kalorifik değere sahiptir. Ancak, gerçekten yüksek kaliteli kömür satın almak her zaman mümkün değildir. Çoğu durumda, bu tür yakıtın kalitesi arzulanandan çok şey bırakır. Artan içerik ince fraksiyonların kömüründe, yakıt tabakasının sıkışmasına yol açar, bunun sonucunda doğada düzensiz olan krater yanması başlar. Büyük kömür parçalarını yakarken, aynı zamanda düzensiz yanar ve yakıtta aşırı nem olduğunda, özgül yanma ısısı önemli ölçüde azalır. Ek olarak, bu tür kömürün kışın depolanması zordur, çünkü kömür sıfırın altındaki sıcaklıkların etkisi altında donar. Bu ve diğer sorunlardan kaçınmak için, kömürün optimum nem içeriği% 8'den fazla olmamalıdır.

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

Ev tipi sobalarda katı yakıtların yakılması işleminin mümkün olduğunca verimli olması için aşağıdaki şekilde hareket edilmesi önerilir. Yakacak odunu ateş kutusuna yükledikten sonra, parlamasına izin vermeniz ve ardından uykuya dalmanız gerekir. büyük parçalar kömür.

Kömür tutuşturulduktan sonra, nemlendirilmiş cüruf ile daha ince bir fraksiyonla kaplanmalıdır ve bir süre sonra ızgaradan üfleyiciye düşen nemli bir kül ve ince kömür karışımı üstüne yerleştirilir. Bu durumda, yangın görünür olmamalıdır. Bu şekilde su basan bir soba, tüm gün boyunca odaya ısı yayabilir, böylece mal sahipleri, yangını sürekli koruma endişesi duymadan işlerine güvenle devam edebilirler. Fırının yan duvarları, kömürün kademeli olarak yanması nedeniyle sıcak olacak ve eşit olarak yanacaktır. Termal enerji. İnce kömürden oluşan üst tabaka tamamen yanacaktır. Yanmış kömür, önceden nemlendirilmiş atık kömür briketlerinden oluşan bir tabaka ile üstüne serpilebilir.

Fırını ateşledikten sonra, kapaklı bir kova almanız gerekir, dikdörtgen şeklinde olması daha iyidir (bir kepçe ile ondan kömür seçmek daha uygundur). İlk önce, ocaktan bir cüruf tabakası çıkarmanız ve atmanız, ardından bir kovaya kül ile ince bir kömür karışımı dökmeniz, yanık ve kül vermeniz ve tüm bunları karıştırmadan nemlendirmeniz gerekir. Ortaya çıkan karışımın üzerine yaklaşık 1,5 kg ince kömür ve üstüne 3-5 kg ​​daha büyük kömür koyun. Böylece, bir sonraki çıra için fırın ve yakıtın aynı anda hazırlanması gerçekleştirilir. Açıklanan prosedür sürekli olarak tekrarlanmalıdır. Fırını yakmak için bu yöntemi kullanarak, külleri eleyip yakmak için her seferinde avluya çıkmak zorunda değilsiniz.

Organik yakıtlar (gazlı, sıvı ve katı) çeşitli termal tesislerde yaygın olarak kullanılmaktadır: buhar türbini santralleri dahil olmak üzere buhar ve sıcak su kazanlarının fırınlarında, endüstriyel fırınlarda ve tarımda, yanma odalarında gaz türbinleri ve jet motorları, pistonlu içten yanmalı motorların silindirlerinde, manyetogaz dinamik elektrik jeneratörlerinin yanma odalarında, vb.

Herhangi bir ısı mühendisliği tesisatındaki yakıt, ekzotermik kimyasal reaksiyonlar sonucunda ısı elde etmek ve tam yanma (baca gazları) veya gazlaştırma ürünlerinin akkor ürünleri elde etmek için yakılır.

Buhar kazanlarının fırınlarında, endüstriyel fırınlarda (şaft fırınları hariç), içten yanmalı motorlarda, gaz türbinlerinin yanma odalarında yanma, tam yanma ürünleri elde ederek en büyük eksiksizlik ile gerçekleştirilir.

Gaz jeneratörlerinde oksitleyici ajan olarak oksijen, hava, su buharı ve karbondioksitin kullanıldığı gazlaştırma işlemleri gerçekleştirilir. Bu tür cihazlarda meydana gelen reaksiyonlar, doğası gereği yanma reaksiyonlarına benzer, ancak sonuç olarak yanıcı gaz halinde gazlaştırma ürünleri üretirler.

Ayrıca iki aşamalı bir yakıt yanması vardır: 1 - ilk önce yakıt gazlaştırılır; 2 - daha sonra (aynı cihazda) gazlaştırma ürünleri tamamen yanar.

Farklı ısı mühendisliği cihazlarında yakıtın yanma koşulları ve yanmaya hazırlanmaları, tıpkı yakıtların kendileri farklı olduğu gibi farklıdır. Örneğin, buhar ve sıcak su kazanlarının fırınlarında ve endüstriyel fırınlarda yakıt en hızlı şekilde yanar. atmosferik basınç, gaz türbinlerinin yanma odalarında ve içten yanmalı motorların silindirlerinde yakıt, atmosferik basınçtan birçok kat daha yüksek bir basınçta yanar. Yukarıdaki farklılığa rağmen, yanma proseslerinde Çeşitli türler ortak yakıt çok. kısa bilgi yanma süreçleri ve yakıt cihazları aşağıda açıklanmıştır.

2. Yanma ve gazlaştırma reaksiyonları

Yanma süreçleri, yakıt ve oksitleyici aynı faz durumundayken (örneğin, hidrojenin hava ile bir karışımda yanması) hacimde meydana gelen homojen ve katı karbon yüzeyinde meydana gelen heterojen (örneğin, , bir hava akımında kok yanması). Bu yanma reaksiyonlarında oksitleyici ajan, hacimce yaklaşık %21 oksijen ve %79 nitrojenden oluşan kuru havadır ve bu nedenle yanma ürünleri, onları seyrelten balast - nitrojen içerir. Oksitleyici olarak saf oksijen kullanıldığında, balast olmayacaktır.

3. Homojen yanma. Kimyasal reaksiyonların kinetiği

Tüm ısı mühendisliği kurulumlarında, yanma işlemlerini en yüksek hızda gerçekleştirmeye çalışırlar, çünkü bu, küçük boyutlu makineler ve aparatlar oluşturmanıza ve bunlarda en yüksek verimliliği elde etmenize olanak tanır. Mevcut tesislerdeki yanma süreçleri, yakıtın yanması sırasında ve yüksek sıcaklıklarda büyük miktarda ısının açığa çıkmasıyla yüksek hızda ilerler. Çeşitli faktörlerin yanma hızı üzerindeki etkisinin daha iyi anlaşılması için aşağıda kimyasal reaksiyonların kinetiğinin unsurları ele alınmaktadır.

Herhangi bir kimyasal reaksiyonun hızı, reaktanların konsantrasyonuna, sıcaklığa ve basınca bağlıdır. Bu, yüksek hızda farklı yönlerde hareket eden gaz moleküllerinin birbirleriyle çarpışması gerçeğiyle açıklanır. Ne kadar sık ​​çarpışırlarsa, reaksiyon o kadar hızlı ilerler. Moleküllerin çarpışma sıklığı, birim hacimdeki sayılarına, yani konsantrasyona ve ayrıca sıcaklığa bağlıdır. Konsantrasyon, birim hacim başına bir maddenin kütlesi olarak anlaşılır ve kg / m3 olarak ölçülür ve daha sık olarak - 1 m3 başına kilomol sayısı.

4. Gaz halindeki yakıtın yanma özellikleri

Gaz halindeki yakıtın yanma işlemi homojendir, yani hem yakıt hem de oksitleyici aynı kümelenme durumundadır ve faz sınırı yoktur. Yanmanın başlaması için gazın oksitleyici bir madde ile temas halinde olması gerekir. Oksitleyici bir maddenin varlığında, yanmayı başlatmak için belirli koşullar oluşturulmalıdır. Yanıcı bileşenlerin oksidasyonu nispeten düşük sıcaklıklarda da mümkündür. Bu koşullar altında, kimyasal reaksiyonların hızları önemsizdir. Sıcaklık arttıkça reaksiyonların hızı artar.

Belirli bir sıcaklığa ulaşıldığında, gaz-hava karışımı tutuşur, reaksiyon hızları keskin bir şekilde artar ve ısı miktarı kendiliğinden yanmayı sürdürmek için yeterli hale gelir. Bir karışımın tutuştuğu minimum sıcaklığa tutuşma sıcaklığı denir. Farklı gazlar için bu sıcaklığın değeri aynı değildir ve yanıcı gazların termofiziksel özelliklerine, karışımdaki yakıt içeriğine, ateşleme koşullarına, her bir özel cihazdaki ısı giderme koşullarına vb. bağlıdır. Örneğin, hidrojenin tutuşma sıcaklığı 820-870 K aralığında ve karbon ve metan oksitleri - sırasıyla 870-930 K ve 10201070 K.

Oksitleyici bir madde ile karıştırılmış yanıcı gaz, bir meşalede yanar. Bir meşale, içinde yanma işlemlerinin gerçekleştiği belirli bir hacimdeki hareketli gazlardır. Uyarınca Genel Hükümler yanma teorileri, bir torçta iki temel olarak farklı gaz yakma yöntemini ayırt eder - kinetik ve difüzyon. Kinetik yanma, gazın oksitleyici ile ön (yanmadan önce) karıştırılması ile karakterize edilir. Gaz ve oksitleyici önce brülörün karıştırma cihazına beslenir. Karışımın yanması mikserin dışında gerçekleştirilir. Bu durumda, işlemin hızı, yanmanın kimyasal reaksiyonlarının hızı ile sınırlı olacaktır ve
τhor, chem.

Difüzyon yanması, yanıcı gazın hava ile karıştırılması sürecinde meydana gelir. Gaz, çalışma hacmine havadan ayrı olarak girer. Bu durumda işlemin hızı, gazın hava ve τhot ile karışma hızı ile sınırlı olacaktır.

Çeşitli difüzyonlu yanma, karışık (difüzyon-kinetik) yanmadır. Gaz, bir miktar (tam yanma için yeterli olmayan) miktarda hava ile önceden karıştırılır. Bu havaya birincil denir. Elde edilen karışım çalışma hacmine beslenir. Havanın geri kalanı (ikincil hava) oradan ayrı olarak girer.

Kazan ünitelerinin fırınlarında, yakıt yanmasının kinetik ve karışık prensipleri daha sık kullanılır. Difüzyon yöntemi en çok teknolojik endüstriyel fırınlarda kullanılır.

Torç yapısı ve uzunluğu, diğer şeyler eşit olmak üzere, akış rejimine bağlıdır. Laminer ve türbülanslı gaz meşaleleri vardır. Düşük karışım akış hızlarında laminer bir alev oluşur (Re 3000 alevi brülör çıkışı yakınında zaten türbülanslıdır.

Gaz yanması, yanma cephesi adı verilen dar bir bölgede gerçekleşir. Önceden oksitleyici bir madde ile karıştırılan gaz, kinetik olarak adlandırılan bir yanma cephesinde yanar. Bu cephe, taze gaz-hava karışımı ile yanma ürünleri arasındaki arayüzdür. Kinetik yanma cephesinin yüzey alanı, kimyasal reaksiyonların hızı ile belirlenir.

Gazın difüzyonla yanması durumunda, yanma ürünleri ile gaz karışımı ile gaz akışına doğru yayılan yanma ürünleri arasındaki arayüz olan bir difüzyon yanma cephesi oluşur. Bu cephenin yüzey alanı, gazın oksitleyici ile karışma hızı ile belirlenir.

Gazın difüzyon-kinetik yanması, iki cephenin varlığı ile karakterize edilir. Kinetik yanma sırasında, gazla bir karışım halinde sağlanan oksitleyici tüketilir; difüzyon sırasında, oksitleyici eksikliği nedeniyle gazın kinetik yanma sırasında yanmayan kısmı yanar.

Şek. 1, çeşitli yanıcı gaz yakma yöntemleri için yanan meşalelerin yapısını ve yanma cephesinin bir diyagramını gösterir.

Pirinç. bir. : kinetik (a), karışık (b) ve difüzyon (c) ve ayrıca yanma cephesinin bir diyagramı

Gelen taze gaz-hava karışımı, yanma cephesinden iletim ve radyasyon yoluyla ısı transferi ile ısıtılır. Tutuşma sıcaklığına kadar ısıtılan karışım yanma cephesinde yanar ve yanma ürünleri bu bölgeyi terk ederek gelen karışıma kısmen yayılır. Brülör çıkışının üzerindeki yanma cephesinin konumu, yanıcı gazın fiziksel doğasına, karışımdaki konsantrasyonuna, akış hızına ve diğer faktörlere bağlıdır. Yanma cephesi, birim ön yüzey başına yanmış ve gelen karışım miktarları arasında eşitlik sağlanana kadar yüzeyine dik yönde hareket edebilir. Bu durumda, termal denge de sağlanır: yanma cephesinden gelen ısı akışı, aktarılan soğuk kaynak gazın karşı akışı ile dengelenir.

Gazlı yakıt yanmasının en önemli özelliği, normal alev yayılma hızıdır, yanma cephesinin normal boyunca yüzeyine doğru yaklaşan gaz-hava karışımı yönünde hareket ettiği hızdır. Akış hızı vektörünün ön yüzeye dik izdüşümüne eşit ve eşitse, bu cephe brülör çıkışına göre sabit olacaktır. Normal alev yayılma hızının bağlı olduğu ana faktörler gazın reaktivitesi, karışımdaki konsantrasyonu ve karışımın ön ısıtma sıcaklığıdır.

Bir gazın reaktivitesi, aktivasyon enerjisinin değeri ile belirlenir. Açıktır ki, düşük aktivasyon enerjisine sahip gazlar, bir oksitleyici madde ile daha yüksek bir oranda reaksiyona girer ve bu gazlar, yüksek alev yayılma oranları (hidrojen, asetilen) ile karakterize edilir. Yanma sırasında açığa çıkan ısı miktarı ve yanma cephesindeki sıcaklık, gazın ve karışımın konsantrasyonuna bağlıdır. Karışımın ilk ısıtılması ön taraftaki sıcaklığı arttırır. Karışım çıkış hızı, alev yayılma hızından önemli ölçüde yüksekse, torç ayrılabilir. Egzoz hızları alev yayılma hızlarından önemli ölçüde düşükse, alevin brülöre doğru geri çekilmesi (aşması) vardır.

5. Yanıcı gazların alt ve üst patlama limitleri

Gaz-hava karışımlarının yanmasının bir diğer önemli özelliği de konsantrasyon limitlerinin bulunmasıdır. Yanıcı gazlar, (her gaz için) belirli oranlarda hava ile karıştırılır ve en azından tutuşma sıcaklıklarına kadar ısıtılırsa tutuşabilir veya patlayabilir. Bir ateş kaynağının (hatta bir kıvılcım) varlığında belirli gaz ve hava oranlarında gaz-hava karışımının tutuşması ve daha fazla kendiliğinden yanması mümkündür.

Patlayıcılığın (alevlenebilirlik) alt ve üst konsantrasyon sınırları vardır - karışımda tutuşabileceği ve patlayabileceği minimum ve maksimum gaz yüzdesi.

Alt sınır, karışımdaki (ateşleme sırasında) ve kendiliğinden (dışarıdan ısı girişi olmadan) alev yayılımı (kendi kendine tutuşma) olan karışımdaki minimum ve üst - maksimum gaz miktarına karşılık gelir. Aynı sınırlar, gaz-hava karışımlarının patlayıcılık koşullarına karşılık gelir.

Alt patlama limiti, alev yükseldiğinde patlamanın meydana geldiği hava ile karışımdaki minimum yakıt buharı konsantrasyonuna karşılık gelir. Üst patlama sınırı, hava ile bir karışımdaki maksimum yakıt buharı konsantrasyonuna karşılık gelir ve bunun üzerinde havadaki oksijen eksikliğinden dolayı artık bir patlama meydana gelmez. Alevlenebilirlik limitleri aralığı (ayrıca patlayıcı limitleri olarak da adlandırılır) ne kadar geniş ve alt limit ne kadar düşükse, gaz o kadar patlayıcıdır. Çoğu hidrokarbonun patlayıcı limitleri düşüktür. CH4 metan için alt ve üst patlama limitleri hacimce sırasıyla %5 ve %15'tir.

Bir dizi gaz en geniş patlayıcı (alevlenebilirlik) sınırlarına sahiptir: hidrojen (%4,0 - 75), asetilen (%2,0 - 81) ve karbon monoksit (%12,5 - 75). Gaz-hava karışımındaki yanıcı gazın hacimsel içeriği, altına yüksek sıcaklık kaynağı verildiğinde alevin bu karışımda kendiliğinden yayılamadığı hacimsel içeriğine, tutuşmanın alt konsantrasyon limiti (alev yayılımı) veya alt patlama limiti denir. bu gazın. Bu nedenle, bir gaz ve hava karışımı, ancak içindeki yanıcı gaz içeriği, alt ve üst patlama limitleri arasındaysa patlayıcıdır.

Yanıcılık (patlayıcı) sınırlarının varlığı, yanma sırasındaki ısı kayıplarından kaynaklanır. Yanıcı bir karışım hava, oksijen veya gaz ile seyreltildiğinde, ısı kayıpları artar, alev yayılma hızı düşer ve ateşleme kaynağının uzaklaştırılmasından sonra yanma durur.

Karışımın sıcaklığındaki bir artışla, yanıcılık sınırları genişler ve kendiliğinden tutuşma sıcaklığını aşan bir sıcaklıkta, gaz ile hava veya oksijen karışımları herhangi bir hacim oranında yanar.

Yanabilirlik (patlayıcı) sınırları sadece yanıcı gazların türlerine değil, aynı zamanda deneylerin koşullarına da (kap kapasitesi, ateşleme kaynağının ısı çıkışı, karışım sıcaklığı, alevin yukarı, aşağı, yatay olarak yayılması vb.) bağlıdır. Bu, çeşitli edebi kaynaklarda bu sınırların biraz farklı değerlerini açıklar. Alev yukarıdan aşağıya veya yatay olarak yayıldığında, alt limitler biraz artar ve üst limitler azalır.

Bu tür karışımların patlaması sırasında hesaplanan aşırı basınç aşağıdaki gibidir: doğal gaz - 0.75 MPa, propan ve bütan - 0.86 MPa, hidrojen - 0.74 MPa, asetilen - 1.03 MPa. Gerçek koşullarda, patlama sıcaklığı maksimum değerlere ulaşmaz ve ortaya çıkan basınçlar belirtilenlerden daha düşüktür, ancak bunlar sadece kazanların, binaların kaplamasını değil, aynı zamanda bir patlama meydana gelirse metal kapları da yok etmek için oldukça yeterlidir. onların içinde.

Patlayıcı gaz-hava karışımlarının oluşumunun ana nedeni, gaz besleme sistemlerinden ve bireysel elemanlarından (bağlantıların sızdırmaz şekilde kapanması, salmastra kutusu contalarının aşınması, gaz boru hatlarının kopmuş dikişleri, dişli bağlantıların sızıntısı vb.) ) yanı sıra odaların, fırınların ve gaz kanallarının, kazanların ve fırınların, bodrumların ve çeşitli yeraltı hizmet kuyularının kusurlu havalandırılması. Gaz sistemleri ve tesisatlarının işletme personelinin görevi, gaz sızıntılarının zamanında tespiti ve ortadan kaldırılması ve gazlı yakıt kullanımı için üretim talimatlarının katı bir şekilde uygulanmasının yanı sıra, programlanmış önleyici muayene ve onarımın koşulsuz yüksek kalitede uygulanmasıdır. gaz tedarik sistemleri ve gaz ekipmanları.

6. Sıvı yakıt yanmasının özellikleri

Şu anda kullanılan ana sıvı yakıt fuel oil'dir. Küçük kapasiteli tesislerde, teknik kerosen ile reçinelerin bir karışımı olan ısıtma yağı da kullanılır. Sıvı yakıtın atomize halde yanma yöntemi, en büyük pratik uygulamaya sahiptir. Yakıtın atomizasyonu, yakıt ile oksitleyici arasındaki temas yüzey alanındaki bir artış nedeniyle yanmasını önemli ölçüde hızlandırmayı ve yanma odalarının hacimlerinde yüksek termal stresler elde etmeyi mümkün kılar.

Sıvı yakıtların kaynama noktası, her zaman kendi kendine tutuşma sıcaklığından, yani yakıtın tutuştuğu ve daha sonra harici bir ısı kaynağı olmadan yandığı ortamın minimum sıcaklığından daha düşüktür. Bu sıcaklık, yakıtın yalnızca harici bir ateşleme kaynağı (kıvılcım, sıcak bobin vb.) varlığında yandığı ateşleme sıcaklığından daha yüksektir. Bu nedenle, bir oksitleyici varlığında sıvı yakıtların yanması sadece buhar halinde mümkündür. Bu durum, sıvı yakıt yanma sürecinin mekanizmasını anlamak için ana durumdur.

Sıvı yakıt yakma işlemi aşağıdaki aşamaları içerir: 1 - memelerin yardımıyla atomizasyon (püskürtme); 2 - yakıtın buharlaşması ve termal ayrışması; 3 - elde edilen ürünlerin hava ile karıştırılması; 4 - karışım ateşlemesi; 5 - gerçek yanma.

Atomizasyonun amacı, sıvının hava ve gazlarla temas yüzeyini arttırmaktır. Yüzey böylece birkaç bin kez artar. Yanan torcun güçlü radyasyonu nedeniyle, damlacıklar çok hızlı buharlaşır ve termal ayrışmaya (çatlama) uğrar.

Sıcaklığı kendiliğinden tutuşma sıcaklığından daha yüksek olan ısıtılmış bir hacme düşen bir damla sıvı yakıt kısmen buharlaşmaya başlar. Yakıt buharları hava ile karıştırılır ve bir buhar-hava karışımı oluşur. Ateşleme, karışımdaki buhar konsantrasyonunun, tutuşmanın alt konsantrasyon sınırındaki değerini aşan bir değere ulaştığı anda meydana gelir. Daha sonra yanıcı karışımın yanmasından damlanın aldığı ısı nedeniyle yanma kendiliğinden devam eder. Ateşleme anından başlayarak, yanıcı buhar-hava karışımının yanma sıcaklığı, atomize yakıtın verildiği hacmin ilk sıcaklığını önemli ölçüde aştığından, buharlaşma sürecinin hızı artar.

Bu nedenle, sıvı yakıtın yanması birbiriyle ilişkili iki süreçle karakterize edilir: yanan buhar-hava karışımından ısının salınması nedeniyle yakıtın buharlaşması ve bu karışımın damla yüzeyinin yakınında fiili yanması. Bir buhar-hava karışımının homojen yanması kimyasal bir işlemdir, buharlaşma işlemi ise fizikseldir. Sıvı yakıtın ortaya çıkan hızı ve yanma süresi, fiziksel veya kimyasal işlemin yoğunluğuna göre belirlenecektir.

Sıvı yakıt yakarken, torç üç aşamadan oluşur: 1 - sıvı; 2 - katı (sıvı hidrokarbonların ayrışmasından dağılmış karbon); 3 - gazlı.

Yanma hızı, yanıcı gazların yanmasında olduğu gibi, karışım oluşum koşullarına, ön havalandırma derecesine, torç türbülansının derecesine, yanma odasının sıcaklığına ve torç geliştirme koşullarına bağlıdır. Yüksek sıcaklıklarda basit bileşiklere ayrışan yüksek moleküler hidrokarbon gazları, partikül boyutu çok küçük (~ 0.3 mikron) siyah karbon yayar. Bu parçacıklar ısıtıldığında alevin parlamasını sağlar. Ağır hidrokarbon alevlerinin parlaklığını azaltmak mümkündür. Bunu yapmak için kısmi bir ön karıştırma yapılmalıdır, yani memeye belirli bir miktarda hava sağlanmalıdır. Oksijen, organik moleküllerin ayrışmasının doğasını değiştirir: karbon katı halde değil, mavimsi şeffaf bir alevle yanan karbon monoksit şeklinde salınır.

Ortaya çıkan buharların yanma hızı, yakıt buharlaşma hızını önemli ölçüde aşarsa, buharlaşma hızı yanma hızı olarak alınır ve ardından τyanma = τfiziksel + τchem.

Aksi takdirde, bir oksitleyici ile buharların kimyasal etkileşim hızı yakıt buharlaşma oranından çok daha düşük olduğunda, yanma işleminin yoğunluğu tamamen buhar-hava karışımının yanma kimyasal reaksiyonlarının hızına bağlı olacaktır ve damlacık buharlaşması sıvı yakıt yanmasının en uzun aşaması. Bu nedenle sıvı yakıtın başarılı ve ekonomik yanması için sprey dağılımının arttırılması gerekmektedir.

7. Katı yakıtın yanması (heterojen yanma)

Yakıtın yanması için, ağırlıkça yakıt miktarından birkaç kat daha fazla olan büyük miktarda havaya ihtiyaç vardır. Yakıt tabakası hava ile üflendiğinde, P akışının aerodinamik basıncının kuvveti, bir yakıt parçasının G ağırlığından daha az veya tam tersine ondan daha fazla olabilir. "Akışkan yataklı" fırınlarda, "kaynama", tabakanın hacmini 1.5-2.5 kat artıran yakıt parçacıklarının ayrılması ile ilişkilidir. Yakıt parçacıklarının hareketi (genellikle 2 ila 12 mm arasındadır) kaynayan bir sıvının hareketine benzer, bu nedenle böyle bir katmana "kaynama" denir.

"Akışkanlaştırılmış" yataklı fırınlarda, gaz-hava akışı katman bölgesinde dolaşmaz, doğrudan katman boyunca üflenir. Katmana giren hava akışı, düzgün olmayan bir yavaşlama yaşar, bu da parçacıkların akıştaki konumlarına bağlı olarak her zaman rüzgarlarını değiştirdiği karmaşık bir hız alanı yaratır. Bu durumda, parçacıklar, kaynayan bir sıvı izlenimi yaratan dönme titreşimli bir hareket kazanır.

Katı yakıtın yanma süreci, şartlı olarak birbiriyle örtüşen aşamalara ayrılabilir. Bu aşamalar, farklı sıcaklık ve termal koşullar altında ilerler ve farklı miktarlarda oksitleyici madde gerektirir.

Fırına giren taze yakıt, az ya da çok hızlı ısıtmaya tabi tutulur, ondan nem buharlaşır ve uçucu maddeler salınır - yakıtın kuru damıtılması ürünleri. Aynı zamanda, kok oluşumu süreci devam eder. Kok ızgarada yakılır ve kısmen gazlaştırılır ve gaz halindeki ürünler fırın boşluğunda yakılır. Yakıtın yanmaz mineral kısmı, yakıtın yanması sırasında cüruf ve küle dönüşür.

8. Çeşitli fırınların tasarımları

Bir yakma cihazı veya fırın, yakıt yakmak ve içindeki kimyasal olarak bağlı ısıyı serbest bırakmak için tasarlanmış bir kazan ünitesinin bir parçasıdır. Aynı zamanda fırın, yakıtın yanması sırasında açığa çıkan ısının bir kısmının radyasyon yoluyla ısıtma yüzeylerine verildiği bir ısı değişim cihazıdır. Ayrıca katı yakıtlar fırında yakıldığında ortaya çıkan külün bir kısmı dışarı düşer.

Yakılan yakıtın türüne göre katı, sıvı ve gaz yakıtları yakma fırınları ayırt edilir. Ayrıca, farklı yakıt türlerinin aynı anda yakılabileceği fırınlar vardır: katı ile sıvı veya gaz halinde, sıvı ve gaz halinde.

Yakıt yakmanın üç ana yolu vardır: bir katmanda, bir meşale ve bir kasırga (siklon). Buna göre fırınlar üç büyük sınıfa ayrılır: katmanlı, torç ve girdap. Flare ve girdap fırınları genellikle genel sınıf odalı fırınlar.

Pirinç. 2. : a - yoğun katman; b - "kaynama" katmanı; c ve d - asılı katman (heterojen tüyler)

Katmanda yakıt, 20-35 t/saate kadar buhar çıkışı olan kazan ünitelerinin altında yakılır. Katmanda yalnızca katı topaklı yakıt yakılabilir, örneğin: kahverengi ve taş kömürler, topaklı turba, yağlı şeyl, odun. Tabakada yakılacak yakıt, üzerinde yoğun bir tabaka halinde bulunduğu ızgaraya yüklenir. Yakıtın yanması, genellikle aşağıdan yukarıya doğru bu katmana nüfuz eden bir hava akımında meydana gelir.

Bir katmanda yakıt yakma fırınları üç sınıfa ayrılır (Şekil 3):

1 - sabit ızgaralı ve üzerine sabitlenmiş bir yakıt tabakası olan fırınlar (Şekil 3, a ve b);

2 - üzerinde yatan yakıt tabakasını hareket ettiren hareketli ızgaralı fırınlar (Şekil 3, c, d);

3 - sabit ızgaralı ve üzerinde hareket eden bir yakıt tabakasına sahip fırınlar (Şekil 3, e, f, g).

Pirinç. 3. Bir katmanda yakıt yakmak için fırın şemaları: a - manuel yatay ızgara; b - sabit bir tabaka üzerinde dökümlü bir fırın; içinde - zincir mekanik kafesli bir yangın odası; g - mekanik ters zincir ızgaralı ve dökümlü bir fırın; d - kesme çubuğu olan bir ocak; e - ızgaralı bir ateş kutusu; g - Pomerantsev sisteminin ateş kutusu

Sabit ızgaralı ve sabit yakıt katmanına sahip en basit fırın, manuel yatay ızgaralı bir fırındır (Şekil 3, a). Bu ızgarada her türlü katı yakıt yakılabilir, ancak manuel bakım ihtiyacı, buhar çıkışı çok düşük (1-2 t / saate kadar) kazanlarda kapsamını sınırlar.

Yakıtın daha büyük buhar kapasitesine sahip kazanlar altında tabakalı yanması için, fırının bakımı mekanize edilir ve her şeyden önce ona taze yakıt tedarik edilir.

Sabit ızgaralı ve sabit bir yakıt tabakasına sahip fırınlarda, sürekli mekanik olarak taze yakıt yükleyen ve ızgaranın 2 yüzeyine saçan tekerlekler 1 kullanılarak yükleme mekanizasyonu gerçekleştirilir (Şekil 3, b). Bu tür fırınlarda 6,5-10,0 t/saate kadar buhar çıkışı olan kazanların altında sert ve kahverengi kömürler ve bazen de antrasit yakmak mümkündür.

Üzerinde yatan yakıt tabakasını hareket ettiren hareketli ızgaralı fırın sınıfı, çeşitli modifikasyonlarda gerçekleştirilen mekanik zincir ızgaralı fırınları (Şekil 3, c) içerir. Bu fırında, besleme hunisinden 1 gelen yakıt, yerçekimi ile yavaş hareket eden sonsuz zincirli ızgaranın 2 önüne akar ve bu da onu fırına besler. Yanan yakıt, ızgara sacı ile birlikte fırın boyunca sürekli hareket eder. Aynı zamanda, tamamen yanar, ardından ızgara sonunda oluşan cüruf, cüruf haznesine (3) dökülür.

Zincir ızgaralı ateş kutuları yakıt kalitesine duyarlıdır. Nispeten yüksek kül erime noktasına ve uçucu madde verimi VG = yanıcı kütle başına %10-25 olan, ayrılmış, topaklanmayan, orta derecede nemli ve orta derecede kül kömürlerini yakmak için en uygundurlar. Bu tür fırınlarda tasnif edilmiş antrasit yakmak da mümkündür. Sinterleme kömürleri ve ayrıca düşük erime noktalı kül içeren kömürler üzerinde çalışmak için zincir ızgaralı fırınlar uygun değildir. Bu fırınlar, 10 ila 150 t/h buhar çıkışına sahip kazanların altına kurulabilir, ancak Rusya'da bunlar altında kurulurlar. buhar kazanları 10-35 t/h buhar kapasiteli, esas olarak dereceli antrasitin yanması için.

Yüksek nem içeriğine sahip yakıtı, özellikle ot turbasını yakmak için, zincir ızgara, yakıtın önceden kurutulması için gerekli olan bir şaft ön fırını ile birleştirilir. En yaygın şaft zinciri ateş kutusu, ateş kutusu prof'dır. T.F. Makarieva.

Bu sınıftaki diğer bir ocak türü, ters zincir ızgaralı ve tekerlekli ocaklardır. Bu fırınlarda ızgara sacı ters yönde yani fırının arka duvarından öne doğru hareket eder. Fırının ön duvarına yerleştirilmiş tekerlekler, sürekli olarak tuvale yakıt sağlar. Yanmış cüruf, ızgaradan fırının ön altında bulunan bir cüruf kutusuna dökülür. Söz konusu tipteki fırınlar, düz ızgaralı fırınlara göre yakıt kalitesine çok daha az duyarlıdır, bu nedenle, 10-35 t/h buhar çıkışına sahip kazanlar altında hem sınıflandırılmış hem de sınıflandırılmamış sert ve kahverengi kömürleri yakmak için kullanılırlar. .

Sabit ızgaralı ve üzerinde hareket eden bir yakıt tabakasına sahip ateş kutuları, yakıtın hareket ve yanma süreçlerini organize etmek için çeşitli ilkelere dayanmaktadır. Vidalama çubuğu olan fırınlarda, yakıt, ızgara boyunca karşılıklı olarak hareket eden özel bir şekle sahip özel bir çubuk ile sabit bir yatay ızgara boyunca hareket eder. 6,5 t/saate kadar buhar kapasitesine sahip kazanlar altında kahverengi kömür yakmak için kullanılırlar. Vidalama çubuğuna sahip bir tür ateş kutusu, prof'un meşale katmanlı bir ateş kutusudur. 75 t / saate kadar buhar kapasitesine sahip kazanlar altında öğütülmüş turba yakmak için kullanılan S. V. Tatishchev. Baca çubuklu geleneksel bir fırından, öğütülmüş turbanın özel bir ejektör tarafından şafta emilen baca gazları tarafından önceden kurutulduğu bir şaft ön fırınının mevcudiyeti ile farklıdır. Bu ocak aynı zamanda kahverengi ve sert kömürleri de yakabilir.

V.V. Pomerantsev sisteminin eğimli ızgaralı ve yüksek hızlı fırınlı fırınlarında, fırına yukarıdan giren yakıt, yanma sırasında yerçekimi etkisi altında kayar. Alt kısmı yeni yakıt bölümlerinin fırına girmesine izin verir. Bu fırınlar, 2,5 ila 20 t / s buhar çıkışına sahip kazanlarda ve maden ocaklarında ve 6,5 t / s'ye kadar buhar çıkışı olan kazanların altında topak turba yakmak için odun atıklarını yakmak için kullanılır.

Ağırlıklı olarak sert ve kısmen kahverengi kömürlerin kullanıldığı Rusya'daki yakıt dengesinin özellikleri ile bağlantılı olarak, en yaygın olarak tekerlekli fırınlar ve mekanik zincir ızgaralar bulunur. Turba, şeyl ve odun yakmak için tasarlanmış fırınlar çok daha az yaygındır, çünkü bu tür yakıtlar Rusya'nın yakıt dengesinde ikincil bir rol oynar.

Parlama işlemi katı, sıvı ve gaz halindeki yakıtları yakabilir. burada:

Gaz yakıt herhangi bir ön hazırlık gerektirmez;

Katı yakıt, ana unsuru kömür değirmenleri olan özel pulverizasyon tesislerinde ince bir toz halinde önceden öğütülmelidir;

Sıvı yakıt, özel nozullarda çok ince damlacıklar halinde atomize edilmelidir.

Her türlü buhar kapasiteli kazanlarda sıvı ve gaz yakıtlar, 35-50 t/h ve üzeri buhar kapasiteli kazan ünitelerinde pulverize yakıt yakılır.

Üç yakıt türünün her birinin alevlenmesi belirli özelliklerde farklılık gösterir, ancak Genel İlkeler alev yakma yöntemi herhangi bir yakıt için aynı kalır.

Parlama fırını (Şekil 4), içine yakıtın ve yanması için gerekli havanın, yani yakıt-hava karışımının, brülörler 2 aracılığıyla yakın temas halinde verildiği, ateşe dayanıklı tuğlalardan yapılmış dikdörtgen bir odadır (1). Bu karışım, ortaya çıkan alevde tutuşur ve yanar. Gaz halindeki yanma ürünleri fırını üst kısmından terk eder. Bu yanma ürünleri ile pulverize yakıt yakıldığında, yakıt külünün önemli bir kısmı da kazanın gaz kanallarına taşınır ve külün geri kalanı fırının alt kısmına (cüruf hunisi) formda düşer. cüruf

Pirinç. dört. : a - katı cürufu gideren toz haline getirilmiş yakıt için tek odacıklı fırın; b - sıvı cüruf uzaklaştırma ile toz haline getirilmiş yakıt için tek odacıklı fırın; c - sıvı ve gaz yakıtlar için fırın; g - toz haline getirilmiş yakıtı yakmak için yarı açık yanma odasına sahip bir fırın

Yanma odasının duvarları, içeriden su soğutmalı bir boru sistemi - fırın suyu perdeleri ile kaplanmıştır. Bu elekler, torcun yüksek sıcaklığının ve erimiş cürufun etkisi altında yanma odasının kaplamasını aşınma ve tahribattan korumak için tasarlanmıştır, ancak en önemlisi, yaydığı büyük miktarda ısıyı emen etkili bir ısıtma yüzeyini temsil ederler. meşale. Bu nedenle, bu yanma perdeleri, yanma odasındaki baca gazlarının soğutulmasında çok etkili bir araç haline gelir.

Pulverize yakıt için parlama fırınları, cüruf giderme yöntemine göre iki sınıfa ayrılır: a) katı halde kül çıkarmalı fırınlar; b) sıvı cüruf gidermeli fırınlar.

Katı halde cürufun (Şekil 4, a) uzaklaştırıldığı fırının odası 1, duvarları elek boruları ile korunan bir cüruf hunisi 3 ile aşağıdan sınırlandırılmıştır. Bu huniye "soğuk" denir. Torçtan düşen cüruf damlaları, içindeki ortamın nispeten düşük sıcaklığı nedeniyle bu huniye düşer, katılaşır, ayrı taneler halinde granülleşir. Soğuk huniden, boyundan (4) cüruf granülleri, kül-kül giderme sistemine özel bir mekanizma ile çıkarıldıkları cüruf alma cihazına (5) girer.

Sıvı cüruf gidermeli fırın odası 1 (Şekil 4, b) aşağıdan yatay veya hafif eğimli bir ocak 3 ile sınırlandırılmıştır, bunun yakınında, fırın ızgaralarının alt kısmının ısı yalıtımının bir sonucu olarak, sıcaklığı aşan bir sıcaklık vardır. kül erime sıcaklığı korunur. Bunun bir sonucu olarak, torçtan bu ocağa düşen cüruf erimiş halde kalır ve fırından musluk deliğinden (4) suyla dolu cüruf alma banyosuna (5) akar, burada sertleştikten sonra, küçük camsı parçacıklar halinde çatlar.

Sıvı cüruf gidermeli fırınlar, büyük kazanlar için bir- (Şek. 4, b) ve iki odaya (Şek. 4, d) ayrılır. İkincisinde, yanma odası iki odaya ayrılmıştır:

1 - yakıt yanmasının meydana geldiği yanma odası;

2 - yanma ürünlerinin soğutulduğu soğutma odası.

Yanma odasının ekranları ısı yalıtımı ile kaplanmıştır.

sıvı cürufu daha güvenilir bir şekilde elde etmek için yanma sıcaklığını en üst düzeye çıkarmak ve soğutma odasının ekranları, yanma ürünlerinin sıcaklığını daha fazla düşürebilmeleri için açıktır.

Sıvı ve gaz yakıtlar için parlama fırınları (Şekil 4, c) yatay veya hafif eğimli bir ocak ile yapılır.

Çok büyük kazan ünitelerinde, prizmatik şekilli yanma odaları ile birlikte, fırını iki bölgeye ayıran özel bir tutamın varlığı ile karakterize edilen yarı açık odalar olarak adlandırılır: yanma ve soğutma. Pulverize (Şekil 4, d), sıvı ve gaz yakıtların yakılması için yarı açık hazneler yapılmıştır.

Flare fırınları, doğrudan akışlı ve dönen brülör tipine ve brülörlerin yanma odasındaki konumuna göre de sınıflandırılabilir. Brülörler ön (Şek. 4) ve yan duvarları ile yanma odasının köşelerine (Şek. 4) yerleştirilmiştir. Büyük kazan ünitelerinde fırının ön ve arka duvarlarında zıt yerleşimli brülörler kullanmak da mümkündür (Şekil 4, d).

Vorteks (siklon) fırınlarında, yüksek miktarda uçucu madde içeren, tozlu bir duruma veya 4-6 mm tane boyutuna ezilmiş katı yakıtların yanı sıra (hala nadir) akaryakıt yakmak mümkündür.

Siklon fırının çalışma prensibi, neredeyse yatay (Şekil 5, a) veya küçük çaplı dikey silindirik ön fırın 1'de, yanan yakıt parçacıklarının tekrar tekrar dönene kadar bir gaz-hava girdabı oluşturulmasıdır. dengeli bir durumda neredeyse tamamen yanar.

Pirinç. 5. : a - yatay siklon ön fırınları olan bir fırın; b - dikey siklon ön fırınlı fırın

Katı yakıtların yanması sırasında ön fırınlardan gelen yanma ürünleri, yanma odası 2'ye ve ondan - soğutma odasına 3 ve ardından kazan ünitesinin gaz kanallarına girer. Ön fırınlardan gelen cüruf, musluk delikleri (5) aracılığıyla sıvı halde çıkarılır ve son yakıcı ile soğutma odası arasında veya siklon ön fırınları ile son yakıcı arasında sıkışan cüruf miktarını arttırmak için, bir cüruf tutucu boru demeti (4) kullanılır. Akaryakıt ve bazen ezilmiş katı yakıt yakarken, art yakıcılar yapılmaz ve yanma ürünleri doğrudan ön fırınlardan soğutma odasına çıkarılır. Siklon fırınları, nispeten yüksek buhar çıkışına sahip kazan ünitelerinde kullanılmaktadır.

Yukarıda listelenen üç ana yakıt yakma yöntemine ek olarak, birkaç ara yöntem daha vardır.

Katı yakıt kazanlarının artan popülaritesi nedeniyle, bu ekipmanın çok sayıda potansiyel alıcısı, ana olarak hangi tür katı yakıtın tercih edileceği sorusuyla ilgileniyor ve buna bağlı olarak karar birini veya diğerini sipariş et ısıtma ekipmanı.

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

biraz kimya

Katı yakıtların bileşimi aşağıdaki maddeleri içerir: karbon, hidrojen, oksijen ve mineral bileşikler. Yakıtı yaktığında, karbon ve hidrojen atmosferik oksijenle (en güçlü doğal oksitleyici ajan) birleşir - büyük miktarda termal enerjinin salınmasıyla bir yanma reaksiyonu meydana gelir. Ayrıca, gaz halindeki yanma ürünleri duman egzoz sistemi yoluyla uzaklaştırılır ve katı yanma ürünleri (kül ve cüruf) ızgaradan atık olarak dışarı düşer.

Buna göre, katı yakıtlı ısıtma ekipmanı tasarımcısının karşılaştığı ana görev, bir katı yakıt sobası veya katı yakıt kazanının mümkün olan en uzun süre yanmasını sağlamaktır. Zamanın bu noktasında, bu alanda bazı ilerlemeler kaydedilmiştir - üstten yanma ve piroliz işlemi prensibi ile çalışan uzun yanan katı yakıtlı kazanlar satışa çıkmıştır.

Ana katı yakıt türlerinin kalorifik değeri

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

Başka bir deyişle, çeşitli türlerdeki katı yakıtları yakma işlemine farklı miktarda salınan termal enerji eşlik eder, bu nedenle, ana yakıt türünün seçimi çok sorumlu bir şekilde yapılmalıdır - bu konuda belirtilen bilgilere göre yönlendirilmelidir. bir veya daha fazla katı yakıt ekipmanı için operasyonel belgeler (pasaport veya Kullanım Talimatları).

Ana katı yakıt türlerinin kısa açıklaması

yakacak odun

Bu nedenle en uygun fiyatlı, Rusya'daki en yaygın yakıt türüdür. Daha önce de belirtildiği gibi, yanma sırasında üretilen ısı miktarı ahşabın türüne ve nem içeriğine bağlıdır. Bir piroliz kazanı için yakıt olarak yakacak odun kullanıldığında, bu durumda %15-20'yi geçmemesi gereken bir nem sınırı olduğuna dikkat edilmelidir.

Turba

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

Kömür

Kömür, özel bir ateşleme teknolojisi gerektiren en "yüksek kalorili" katı yakıt türüdür. Genel durumda, bir soba veya kazanı kömür üzerinde yakmak için, önce ateş kutusunu yakacak odunla yakmanız ve ancak o zaman iyi yanmış yakacak odun üzerine kömür (kahverengi, ateşli veya antrasit) yüklemeniz gerekir.

Briketler ve peletler

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

Briket ve peletlerin avantajları

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