صفحه 1

فرآیند احتراق سوخت جامدهمچنین از تعدادی مرحله متوالی تشکیل شده است. اول از همه، تشکیل مخلوط و آماده سازی حرارتی سوخت، از جمله خشک شدن و انتشار مواد فرار رخ می دهد. گازهای قابل اشتعال و بقایای کک حاصل، در حضور یک اکسید کننده، می سوزند و تشکیل می شوند. گازهای دودکشو باقی مانده جامد غیر قابل اشتعال - خاکستر. طولانی ترین مرحله احتراق کک - کربن است که جزء اصلی قابل احتراق هر سوخت جامد است. بنابراین، مکانیسم احتراق سوخت جامد تا حد زیادی توسط احتراق کربن تعیین می شود.  

فرآیند احتراق سوخت جامد را می توان به مراحل زیر تقسیم کرد: گرم کردن و تبخیر رطوبت، تصعید مواد فرار و تشکیل کک، احتراق مواد فرار و کک، تشکیل سرباره. هنگام سوزاندن سوخت مایع، کک و سرباره هنگام سوزاندن سوخت گازی، تنها دو مرحله وجود دارد - گرمایش و احتراق.  

فرآیند احتراق سوخت جامد را می توان به دو دوره تقسیم کرد: دوره آماده سازی سوخت برای احتراق و دوره احتراق.  

فرآیند احتراق سوخت جامد را می توان به چند مرحله تقسیم کرد: گرم کردن و تبخیر رطوبت، تصعید مواد فرار و تشکیل کک، احتراق مواد فرار، احتراق کک.  

فرآیند سوزاندن سوخت جامد در یک جریان در فشارهای بالا منجر به کاهش ابعاد محفظه های احتراق و افزایش قابل توجه تنش حرارتی می شود. فایر باکس های فعال در فشار خون بالا، کاربرد زیادی ندارند.  

فرآیند احتراق سوخت جامد از نظر تئوری به اندازه کافی مورد مطالعه قرار نگرفته است. اولین مرحله از فرآیند احتراق، که منجر به تشکیل یک ترکیب میانی می شود، با تفکیک عامل اکسید کننده در حالت جذب تعیین می شود. سپس تشکیل کمپلکس کربن-اکسیژن و تفکیک اکسیژن مولکولی به حالت اتمی می آید. مکانیسم‌های کاتالیز ناهمگن که برای واکنش‌های اکسیداسیون مواد حاوی کربن اعمال می‌شود نیز بر اساس تفکیک عامل اکسید کننده است.  

فرآیند احتراق سوخت جامد را می توان به سه مرحله تقسیم کرد که به طور متوالی بر روی یکدیگر قرار می گیرند.  

فرآیند احتراق سوخت جامد را می توان به عنوان یک فرآیند دو مرحله ای با مرزهای مشخص بین دو مرحله در نظر گرفت: گازسازی ناقص اولیه در یک فرآیند ناهمگن، که سرعت آن عمدتاً به سرعت و شرایط تامین هوا بستگی دارد، و ثانویه - احتراق گاز آزاد شده در یک فرآیند همگن که سرعت آن عمدتاً به سینتیک واکنش های شیمیایی بستگی دارد. هر چه مواد فرار در یک سوخت بیشتر باشد، نرخ احتراق آن بیشتر به سرعت واکنش های شیمیایی رخ می دهد.  

تشدید فرآیند احتراق سوخت جامد و افزایش قابل توجهی در درجه جمع آوری خاکستر در کوره های سیکلون به دست می آید. C، که در آن خاکستر ذوب می شود و سرباره مایع از طریق منفذهای در قسمت پایین دستگاه احتراق خارج می شود.  

اساس فرآیند احتراق سوخت جامد، اکسیداسیون کربن است که جزء اصلی جرم قابل احتراق آن است.  

برای فرآیند احتراق سوخت‌های جامد، واکنش‌های احتراق مونوکسید کربن و هیدروژن مورد توجه آشکار است. برای سوخت‌های جامد غنی از مواد فرار، در تعدادی از فرآیندها و طرح‌های تکنولوژیکی، دانستن ویژگی‌های احتراق گازهای هیدروکربنی ضروری است. مکانیسم و ​​سینتیک واکنش های احتراق همگن در فصل مورد بحث قرار گرفته است. علاوه بر واکنش‌های ثانویه ذکر شده در بالا، فهرست را باید با واکنش‌های ناهمگن تجزیه دی‌اکسید کربن و بخار آب، واکنش تبدیل مونوکسید کربن با بخار آب و خانواده‌ای از واکنش‌های تشکیل متان که با سرعت‌های قابل‌توجهی در حین تبدیل به گاز رخ می‌دهند، ادامه داد. تحت فشار بالا  

فرآیند احتراق سوخت جامد را می توان به صورت مجموعه ای از مراحل متوالی نشان داد. ابتدا سوخت گرم می شود و رطوبت تبخیر می شود. سپس در دمای بالای 100 درجه سانتیگراد، تجزیه تب زایی ترکیبات آلی پیچیده با مولکولی بالا و آزادسازی مواد فرار آغاز می شود، در حالی که دمایی که در آن مواد فرار شروع به آزاد شدن می کنند به نوع سوخت و درجه کربن شدن آن بستگی دارد (سن شیمیایی). ). اگر دمای محیط از دمای احتراق مواد فرار بیشتر شود، آنها مشتعل می شوند و در نتیجه حرارت اضافی ذرات کک را قبل از اشتعال فراهم می کنند. هر چه بازده مواد فرار بیشتر باشد، دمای احتراق آنها کمتر می شود، در حالی که انتشار گرما افزایش می یابد.

ذرات کک به دلیل گرمای گازهای دودکش اطراف و آزاد شدن گرما در نتیجه احتراق مواد فرار گرم می شود و در دمای 800 ÷1000 درجه سانتی گراد مشتعل می شود. هنگام سوزاندن سوخت جامد در حالت پودر شده، هر دو مرحله (احتراق مواد فرار و کک) می توانند با یکدیگر همپوشانی داشته باشند، زیرا گرم شدن کوچکترین ذره زغال سنگ بسیار سریع اتفاق می افتد. در شرایط واقعی، ما با یک ترکیب چند پراکنده از غبار زغال سنگ سر و کار داریم، بنابراین در هر لحظه از زمان برخی از ذرات تازه شروع به گرم شدن می کنند، برخی دیگر در مرحله فرار و برخی دیگر در مرحله سوزاندن بقایای کک هستند.

فرآیند احتراق یک ذره کک نقش تعیین کننده ای در ارزیابی زمان احتراق کل سوخت و انتشار حرارت کل دارد. حتی برای سوخت با بازده بالا از مواد فرار (به عنوان مثال، زغال سنگ قهوه ای در نزدیکی مسکو)، باقیمانده کک 55٪ وزنی است، و گرمای آزاد شده آن 66٪ از کل است. و برای سوخت با بازده فرار بسیار کم (به عنوان مثال، AS)، باقیمانده کک می تواند بیش از 96٪ وزن ذرات خشک اولیه را تشکیل دهد و بر این اساس، آزاد شدن گرما در طی احتراق آن حدود 95٪ است. کل

مطالعات احتراق باقی مانده کک پیچیدگی این فرآیند را آشکار کرده است.

هنگام سوزاندن کربن، دو امکان وجود دارد اولیهواکنش های اکسیداسیون ناهمگن مستقیم:

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

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

در نتیجه تشکیل CO 2 و CO، دو فرآیند می تواند رخ دهد ثانویواکنش ها:

اکسیداسیون مونوکسید کربن 2CO + O 2 = 2CO 2 + 12.7 MJ/kg. (16)

کاهش دی اکسید کربن CO 2 + C = 2СО - 7.25 MJ/kg. (17)

علاوه بر این، در حضور بخار آب روی سطح داغ ذره، i.e. در منطقه با دمای بالا، گازی شدن با آزاد شدن هیدروژن رخ می دهد:

C + H 2 O = CO + H 2. (18)

واکنش های ناهمگن (14، 15، 17 و 18) نشان دهنده احتراق مستقیم کربن است که با کاهش وزن ذره کربن همراه است. واکنش همگن (16) در نزدیکی سطح ذره به دلیل انتشار اکسیژن از حجم اطراف رخ می دهد و کاهش سطح دمایی فرآیند را که در نتیجه واکنش گرماگیر رخ می دهد، جبران می کند (17).

نسبت بین CO و CO 2 در سطح ذرات به دمای گازهای این ناحیه بستگی دارد. به عنوان مثال، بر اساس مطالعات تجربی، واکنش در دمای 1200 درجه سانتیگراد رخ می دهد

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

و در دمای بالای 1500 درجه سانتیگراد

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

بدیهی است که در حالت اول، CO و CO 2 تقریباً به مقدار مساوی آزاد می شوند، در حالی که با افزایش دما، حجم CO2 آزاد شده 2 برابر بیشتر از CO 2 است.

همانطور که قبلا ذکر شد، میزان سوختن عمدتا به دو عامل بستگی دارد:

1) سرعت واکنش شیمیایی که توسط قانون آرنیوس تعیین می شود و با افزایش دما به سرعت افزایش می یابد.

2) سرعت تامین اکسید کننده(اکسیژن) به ناحیه احتراق در اثر انتشار (مولکولی یا آشفته).

در دوره اولیه فرآیند احتراق، زمانی که دما هنوز به اندازه کافی بالا نیست، سرعت واکنش شیمیایی نیز کم است و در حجم اطراف ذرات سوخت و در سطح آن، اکسید کننده بیش از اندازه کافی وجود دارد. هوای بیش از حد موضعی وجود دارد. هیچ بهبودی در آیرودینامیک جعبه آتش یا مشعل، که منجر به تشدید اکسیژن رسانی به ذرات در حال سوختن می شود، بر فرآیند احتراق تأثیر نمی گذارد، که تنها با سرعت کم واکنش شیمیایی مهار می شود، یعنی. سینتیک این - منطقه احتراق جنبشی.

با پیشرفت فرآیند احتراق، گرما آزاد می شود، دما افزایش می یابد و در نتیجه سرعت واکنش شیمیایی افزایش می یابد که منجر به افزایش سریع مصرف اکسیژن می شود. غلظت آن در سطح ذره به طور پیوسته در حال کاهش است، و در آینده میزان سوختن تنها با سرعت انتشار اکسیژن در منطقه احتراق، که تقریباً مستقل از دما است، تعیین خواهد شد. این - منطقه احتراق انتشار.

که در منطقه انتقال احتراقسرعت واکنش شیمیایی و انتشار از یک مرتبه بزرگی است.

بر اساس قانون انتشار مولکولی (قانون فیک)، سرعت انتقال انتشار اکسیژن از حجم به سطح یک ذره

جایی که - ضریب انتقال جرم انتشار؛

و - به ترتیب فشارهای جزئی اکسیژن در حجم و سطح.

مصرف اکسیژن در سطح ذرات با سرعت واکنش شیمیایی تعیین می شود:

, (20)

جایی که ک- ثابت سرعت واکنش

در منطقه انتقال در یک حالت ثابت

,

جایی که
(21)

با جایگزینی (21) به (20)، عبارتی برای نرخ احتراق در ناحیه انتقال از نظر مصرف اکسید کننده (اکسیژن) به دست می آوریم:

(22)

جایی که
ثابت سرعت موثر واکنش احتراق است.

در منطقه ای با دمای نسبتا پایین (منطقه جنبشی)
از این رو، ک ef = kو عبارت (22) به شکل زیر است:

,

آن ها غلظت اکسیژن (فشار جزئی) در حجم و سطح ذره با یکدیگر تفاوت کمی دارد و سرعت احتراق تقریباً به طور کامل توسط واکنش شیمیایی تعیین می شود.

با افزایش دما، ثابت سرعت یک واکنش شیمیایی مطابق قانون آرنیوس نمایی افزایش می‌یابد (نگاه کنید به شکل 22)، در حالی که انتقال جرم مولکولی (انتشار) به طور ضعیف به دما بستگی دارد.

.

در یک دمای معین T*، میزان مصرف اکسیژن شروع به تجاوز از شدت عرضه آن از ضرایب حجم اطراف می کند. α Dو ک به مقادیر متناسب با همان ترتیب تبدیل می شود، غلظت اکسیژن در سطح شروع به کاهش قابل توجهی می کند و منحنی سرعت احتراق از منحنی نظری احتراق جنبشی (قانون آرنیوس) منحرف می شود، اما همچنان به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. یک خمش روی منحنی ظاهر می شود - فرآیند به منطقه احتراق میانی (انتقالی) منتقل می شود. عرضه نسبتاً فشرده اکسید کننده با این واقعیت توضیح داده می شود که به دلیل کاهش غلظت اکسیژن در سطح ذره، اختلاف بین فشارهای جزئی اکسیژن در حجم و سطح افزایش می یابد.

در فرآیند تشدید احتراق، غلظت اکسیژن در سطح عملاً برابر با صفر می شود، عرضه اکسیژن به سطح ضعیف به دما بستگی دارد و تقریباً ثابت می شود، یعنی. α D << ک، و بر این اساس، فرآیند به منطقه انتشار می رود

.

در ناحیه انتشار، افزایش سرعت احتراق با تشدید فرآیند اختلاط سوخت با هوا (بهبود دستگاه های مشعل) یا افزایش سرعت دمیدن ذره با جریان هوا (بهبود آیرودینامیک جعبه آتش) به دست می آید. در نتیجه ضخامت لایه مرزی در سطح کاهش می یابد و اکسیژن رسانی به ذره تشدید می شود.

همانطور که قبلاً ذکر شد، سوخت جامد یا به صورت قطعات بزرگ (بدون آماده سازی خاص) (احتراق لایه ای) یا به صورت ذرات خرد شده ( بستر سیال و گرداب با دمای پایین) یا به صورت گرد و غبار ریز ( روش شعله ور).

واضح است که بزرگترین سرعت نسبیدمیدن ذرات سوخت در حین احتراق لایه رخ می دهد. با روش‌های احتراق گردابی و شعله‌ور، ذرات سوخت در جریان گاز دودکش قرار دارند و سرعت نسبی دمیدن آن‌ها به طور قابل‌توجهی کمتر از شرایط بستر ثابت است. بر این اساس، به نظر می رسد که انتقال از ناحیه جنبشی به ناحیه انتشار باید ابتدا برای ذرات کوچک اتفاق بیفتد، یعنی. برای گرد و غبار علاوه بر این، تعدادی از مطالعات نشان داده اند که یک ذره غبار زغال سنگ معلق در جریان مخلوط گاز و هوا به قدری ضعیف دمیده می شود که محصولات احتراق آزاد شده ابری را در اطراف آن تشکیل می دهند که تا حد زیادی از تامین اکسیژن به آن جلوگیری می کند. و تشدید احتراق ناهمگن غبار در طول روش مشعل احتمالاً تنها با افزایش قابل توجه در کل سطح واکنش توضیح داده شده است. با این حال، واضح است که همیشه درست نیست .

تامین اکسیژن به سطح توسط قوانین انتشار تعیین می شود. مطالعات بر روی انتقال حرارت یک ذره کروی کوچک که در اطراف یک جریان آرام جریان دارد، یک وابستگی معیار کلی را نشان داده است:

Nu = 2 + 0.33Re 0.5.

برای ذرات کوچک کک (در Re< 1, что соответствует скорости витания мелких частиц), Nu → 2, т.е.

.

قیاسی بین فرآیندهای انتقال گرما و جرم وجود دارد، زیرا هر دو توسط حرکت مولکول ها تعیین می شوند. بنابراین، قوانین انتقال حرارت (قوانین فوریه و نیوتن-ریشمن) و انتقال جرم (قانون فیک) بیان ریاضی مشابهی دارند. قیاس رسمی این قوانین به ما اجازه می دهد تا در رابطه با فرآیندهای انتشار بنویسیم:

,

جایی که
, (23)

که در آن D ضریب انتشار مولکولی است (مشابه ضریب هدایت حرارتی λ در فرآیندهای حرارتی).

مطابق فرمول (23)، ضریب انتقال جرم انتشار α D با شعاع ذره نسبت معکوس دارد. در نتیجه، با کاهش اندازه ذرات سوخت، فرآیند انتشار اکسیژن به سطح ذرات تشدید می شود. بنابراین، در طی احتراق گرد و غبار زغال سنگ، انتقال به احتراق انتشاری به سمت دماهای بالاتر تغییر می کند (علی رغم کاهش قبلا ذکر شده در سرعت دمیدن ذرات).

طبق مطالعات تجربی متعددی که توسط دانشمندان شوروی در اواسط قرن بیستم انجام شد. (G.F. Knorre، L.N. Khitrin، A.S. Predvoditelev، V.V. Pomerantsev، و غیره)، در ناحیه دمای احتراق معمولی (حدود 1500 ÷ 1600 درجه سانتیگراد) احتراق یک ذره کک از ناحیه میانی به سمت انتشار تغییر می کند، جایی که در آن در انتشار است. تامین اکسیژن از اهمیت بالایی برخوردار است. در این حالت، با افزایش انتشار اکسیژن به سطح، مهار سرعت احتراق در دمای بالاتر آغاز خواهد شد.

زمان احتراق یک ذره کربن کروی در ناحیه انتشار یک وابستگی درجه دوم به اندازه ذرات اولیه دارد:

,

جایی که r o- اندازه ذرات اولیه؛ ρ ساعت- چگالی ذرات کربن؛ D o ، پ o ، تی o- به ترتیب، مقادیر اولیه ضریب انتشار، فشار و دما؛
- غلظت اولیه اکسیژن در حجم احتراق در فاصله قابل توجهی از ذره. β - ضریب استوکیومتری، که مطابقت وزن مصرف اکسیژن در واحد وزن کربن سوخته را در نسبت های استوکیومتری ایجاد می کند. تی متر- دمای لگاریتمی:

جایی که تی پو تی جی- به ترتیب دمای سطح ذرات و گازهای دودکش اطراف آن.

احتراق سوخت جامد که بدون حرکت روی رنده قرار دارد با بارگذاری بالای سوخت در شکل نشان داده شده است. 6.2.

در بالای لایه پس از بارگیری سوخت تازه وجود دارد. در زیر آن کک در حال سوختن است و مستقیماً بالای رنده سرباره است. این مناطق لایه تا حدی روی یکدیگر همپوشانی دارند. با سوختن سوخت، به تدریج از تمام مناطق عبور می کند. در اولین دوره پس از ورود سوخت تازه به کک سوزان، آماده سازی حرارتی آن (گرم شدن، تبخیر رطوبت، انتشار مواد فرار) اتفاق می افتد که بخشی از گرمای آزاد شده در بستر را مصرف می کند. در شکل شکل 6.2 احتراق تقریبی سوخت جامد و توزیع دما را در امتداد ارتفاع لایه سوخت نشان می دهد. منطقه ای با بالاترین درجه حرارت در ناحیه احتراق کک قرار دارد، جایی که مقدار اصلی گرما آزاد می شود.

سرباره ای که در طی احتراق سوخت ایجاد می شود، قطرات را از تکه های داغ کک به سمت هوا جاری می کند. به تدریج سرباره سرد می شود و در حال حاضر در حالت جامد به رنده می رسد و از آنجا خارج می شود. سرباره روی رنده از گرمای بیش از حد محافظت می کند، آن را گرم می کند و هوا را به طور مساوی روی لایه پخش می کند. هوای عبوری از توری و ورود به لایه سوخت را هوای اولیه می نامند. اگر هوای اولیه کافی برای احتراق کامل سوخت وجود نداشته باشد و محصولات احتراق ناقص بالای لایه وجود داشته باشد، هوای اضافی به فضای بالای لایه وارد می شود. به این هوا ثانویه می گویند.

با تامین بالای سوخت به رنده، احتراق پایین سوخت و حرکت مخالف جریان گاز-هوا و سوخت انجام می شود. این امر احتراق کارآمد سوخت و شرایط هیدرودینامیکی مطلوب برای احتراق آن را تضمین می کند. واکنش های شیمیایی اولیه بین سوخت و اکسید کننده در ناحیه کک داغ رخ می دهد. ماهیت تشکیل گاز در لایه سوخت در حال سوختن در شکل نشان داده شده است. 6.3.

در ابتدای لایه، در ناحیه اکسیژن (K)، که در آن مصرف شدید اکسیژن رخ می دهد، اکسید کربن و دی اکسید کربن CO 2 و CO به طور همزمان تشکیل می شوند. در انتهای ناحیه اکسیژن، غلظت O 2 به 1-2٪ کاهش می یابد و غلظت CO 2 به حداکثر خود می رسد. دمای لایه در ناحیه اکسیژن به شدت افزایش می‌یابد و حداکثر در جایی که بالاترین غلظت CO 2 ایجاد می‌شود، افزایش می‌یابد.

در ناحیه کاهش (B) عملاً اکسیژن وجود ندارد. دی اکسید کربن با کربن داغ واکنش داده و مونوکسید کربن تشکیل می دهد:

در امتداد ارتفاع ناحیه کاهش، محتوای CO 2 در گاز کاهش می یابد و CO بر این اساس افزایش می یابد. واکنش بین دی اکسید کربن و کربن گرماگیر است، بنابراین دما در امتداد ارتفاع منطقه کاهش کاهش می یابد. اگر بخار آب در گازهای ناحیه احیا وجود داشته باشد، واکنش گرماگیر تجزیه H 2 O نیز امکان پذیر است.

نسبت مقادیر CO و CO 2 به دست آمده در بخش اولیه ناحیه اکسیژن به دما بستگی دارد و با توجه به بیان تغییر می کند.

که در آن Eco و E CO2 به ترتیب انرژی های فعال سازی تشکیل CO و CO 2 هستند. الف - ضریب عددی; R - ثابت گاز جهانی؛ T - دمای مطلق.
دمای لایه به نوبه خود به غلظت اکسید کننده و همچنین به درجه گرمایش هوا در منطقه احیاء بستگی دارد، احتراق سوخت جامد و ضریب دما نیز تأثیر تعیین کننده ای بر نسبت بین دارند. CO و CO 2. با افزایش دمای واکنش CO 2 + C = P 2 CO به سمت راست حرکت می کند و محتوای مونوکسید کربن در گازها افزایش می یابد.
ضخامت مناطق اکسیژن و کاهش عمدتاً به نوع و اندازه قطعات سوخت سوزان و شرایط دما بستگی دارد. با افزایش اندازه سوخت، ضخامت مناطق افزایش می یابد. مشخص شده است که ضخامت ناحیه اکسیژن تقریباً سه تا چهار برابر قطر ذرات در حال سوختن است. منطقه کاهش 4-6 برابر ضخیم تر از منطقه اکسیژن است.

افزایش شدت انفجار عملاً تأثیری بر ضخامت زون ها ندارد. این با این واقعیت توضیح داده می شود که سرعت واکنش شیمیایی در لایه بسیار بالاتر از سرعت تشکیل مخلوط است و تمام اکسیژن ورودی فوراً با اولین ردیف ذرات سوخت داغ واکنش می دهد. وجود اکسیژن و مناطق کاهش در لایه مشخصه احتراق کربن و سوخت طبیعی است (شکل 6.3). با افزایش واکنش پذیری سوخت و همچنین کاهش محتوای خاکستر آن، ضخامت مناطق کاهش می یابد.

ماهیت تشکیل گاز در لایه سوخت نشان می دهد که بسته به سازمان احتراق، می توان در خروجی از لایه عملاً گازهای خنثی یا قابل احتراق و بی اثر به دست آورد. اگر هدف به حداکثر رساندن تبدیل گرمای سوخت به گرمای فیزیکی گازها باشد، این فرآیند باید در لایه نازکی از سوخت با اکسید کننده اضافی انجام شود. اگر وظیفه به دست آوردن گازهای قابل اشتعال (گاز شدن) باشد، این فرآیند با یک لایه توسعه یافته در ارتفاع و با کمبود اکسید کننده انجام می شود.

احتراق سوخت در کوره دیگ بخار مربوط به مورد اول است. و احتراق سوخت جامد در یک لایه نازک سازماندهی می شود و حداکثر واکنش های اکسیداسیون را تضمین می کند. از آنجایی که ضخامت ناحیه اکسیژن به اندازه سوخت بستگی دارد، هرچه اندازه قطعات بزرگتر باشد، لایه باید ضخیم تر باشد. بنابراین، هنگام سوزاندن ریزه های قهوه ای و زغال سنگ سخت(اندازه ذرات تا 20 میلی متر) ضخامت لایه در حدود 50 میلی متر حفظ می شود. با همان زغال سنگ، اما در قطعات بزرگتر از 30 میلی متر، ضخامت لایه به 200 میلی متر افزایش می یابد. ضخامت مورد نیاز لایه سوخت نیز به رطوبت آن بستگی دارد. هر چه میزان رطوبت سوخت بیشتر باشد، ذخیره جرم سوزاننده در لایه باید بیشتر باشد تا از احتراق پایدار و احتراق بخش تازه سوخت اطمینان حاصل شود.

احتراق سوخت جامد در دو مرحله انجام می شود: آماده سازی حرارتی. خود احتراق

در مرحله اول سوخت گرم و خشک می شود. در دمای 100 درجه سانتیگراد، تجزیه پیروژنتیکی اجزای سوخت با آزاد شدن مواد فرار گازی آغاز می شود. (منطقه I). مدت زمان این فرآیند به میزان رطوبت سوخت، اندازه ذرات و شرایط تبادل حرارت بین ذرات سوخت و محیط احتراق بستگی دارد.

احتراق سوخت با احتراق مواد فرار (منطقه II) آغاز می شود. t در این منطقه 400-600 درجه سانتیگراد است. در طی احتراق، گرما آزاد می شود که گرم شدن سریع و احتراق باقیمانده کک را تضمین می کند. (دو شرط لازم برای سوختن سوخت: دما و مقدار کافی اکسید کننده. در هر فایرباکس 2 ورودی وجود دارد: یکی برای سوخت و دیگری برای اکسید کننده)

این فرآیند در دهم ثانیه اتفاق می افتد. مواد فرار از 0.2 تا 0.5 ثانیه می سوزند. Q با شروع t 800-1000 - منطقه III آزاد می شود. احتراق کک در دمای 1000 درجه سانتیگراد شروع می شود و در منطقه III رخ می دهد. این روند طولانی است. 1 – تیمحیط گاز اطراف ذره 2 -تیخود ذره . من- منطقه آماده سازی حرارتی،II- منطقه احتراق مواد فرار،III- احتراق ذرات کک

III - فرآیند ناهمگن. سرعت به سرعت تامین اکسیژن بستگی دارد. زمان سوختن ذرات کک از ½ تا 2/3 کل زمان سوختن (از 1 تا 2.5 ثانیه) است - به نوع و اندازه سوخت بستگی دارد. در سوخت‌های جوان، فرآیند کربن‌سازی کامل نشده است، با بازده زیاد مواد فرار. باقی مانده کک< 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 – سطح ذرات کک، 2 – لایه لایه ای باریک با ضخامت δ، 3 – ناحیه جریان آشفته.

اکسیژن از محیط به دلیل انتشار آشفته به ذرات کربن می رسد که شدت بالایی دارد، اما در نزدیکی سطح ذره یک لایه نازک گاز وجود دارد (2) که در آن تامین اکسید کننده تابع قوانین مولکولی است. انتشار (lam sl) - از عرضه اکسیژن به سطح ذره جلوگیری می کند. در این لایه، احتراق اجزای گاز قابل اشتعال آزاد شده از سطح کربن در طی واکنش های شیمیایی رخ می دهد.

مقدار اکسیژنی که در واحد زمان به واحد سطح یک ذره از طریق انتشار آشفته تامین می‌شود، با موارد زیر تعیین می‌شود:

GOK = A (SPOT - SSL) (1) , A – مجموعه ای از انتقال جرم آشفته. همان مقدار اکسیژن به دلیل انتشار مولکولی از طریق لایه غوطه ور پخش می شود:

GOK = Dδ (SSL – SPOV) (2) D - مجموعه ای از لایه غوطه ور dif و h/w δ. SSL = جیخوب* δ D+ SPOV، GOK = A(نقطه - جیخوب* δ D– SPOV) ، GOK = آ*( S POT – SPOV ) 1+ AδD = ( S POT – SPOV ) 1 آ + δ D = αD* (نقطه – SPOV)، 1 آ + δ D= αD - ثابت سرعت انتشار تعمیم یافته.

تعداد ورودی ها به αD و تفاوت بین غلظت جریان و سطح بستگی دارد. تامین اکسیژن به سطح واکنش سوخت با سرعت انتشار و غلظت اکسیژن در جریان و روی سطح واکنش تعیین می شود.

در حالت احتراق حالت پایدار، مقدار اکسیژنی که از طریق انتشار به سطح واکنش می رسد برابر با مقدار اکسیژنی است که با این سطح واکنش داده است.

ωΡ = αД (SPOT – SPOV) . در همان زمان، نرخ سوزاندن: ωG = k * SPOT، اگر آنها برابر باشند، می تواند تعیین کند: ωG = 1 1 ک + 1 α D* باعرق= کیلو گرم * نقطه. کجی = 1 1 ک + 1 α D = ک * α D α D + ک (*) - کاهش ثابت احتراق 1 کیلوگرم = 1 ک + 1 α D- مقاومت عمومی در برابر فرآیند احتراق. 1/k - مقاومت جنبشی، تعیین شده توسط شدت احتراق شیمیایی. 1/αD - مقاومت فیزیکی (نشر) - به شدت عرضه عامل اکسید کننده بستگی دارد.

بسته به مقاومت، مناطق جنبشی و انتشار احتراق ناهمگن متمایز می شوند.

I – ناحیه جنبشی (ωG = k*SPOT)، II – ناحیه میانی، III – ناحیه انتشار (ωG = αD*SPOT)

طبق قانون آرنیوس، سرعت یک واکنش شیمیایی به دما بستگی دارد. αD (دیفرانسیل ثابت) به دما پاسخ ضعیفی می دهد. در دماهای کمتر از 800-1000 درجه سانتیگراد، واکنش شیمیایی با وجود O2 اضافی در نزدیکی سطح جامد، به کندی پیش می رود. در این مورد، 1/k یک مقدار بزرگ است - احتراق توسط سینتیک p-i مهار می شود (t کوچک است) و منطقه نامیده می شود. منطقه احتراق جنبشی. (1/k >> 1/αD) . ک<<αД, kГ ~k (*) - از آنجایی که جریان کند است، اکسیژن تامین شده توسط انتشار مصرف نمی شود و غلظت آن در سطح واکنش تقریباً برابر با غلظت در جریان ωГ = k*SPOT است - این نرخ احتراق در ناحیه جنبشی است.

نرخ احتراق در ناحیه جنبشی با افزایش عرضه اکسیژن، با بهبود فرآیندهای آیرودینامیکی (منطقه) تغییر نخواهد کرد.من) اما به عامل جنبشی یعنی دما بستگی دارد. عرضه ok-la >> مصرف - غلظت تقریباً بدون تغییر باقی می ماند. با افزایش t، سرعت واکنش افزایش می یابد و غلظت O2 و C کاهش می یابد. t بیشتر منجر به افزایش سرعت احتراق می شود و مقدار آن به دلیل عدم عرضه O2 به سطح و انتشار ناکافی محدود می شود. غلظت اکسیژن در سطح → 0.

منطقه احتراق که در آن سرعت فرآیند به عوامل انتشار بستگی دارد نامیده می شود ناحیه انتشارIII. اینجا k>>αД ( از جانب * ): kG~αD. سرعت انتشار احتراق با تحویل O2 به سطح و غلظت آن در جریان محدود می شود.

مناطق انتشار و جنبشی توسط ناحیه میانی II از هم جدا می شوند، جایی که سرعت تامین اکسیژن و سرعت واکنش شیمیایی تقریباً با یکدیگر برابر هستند. چگونه اندازه های کوچکترسوخت جامد، منطقه انتقال گرما و جرم بیشتر است.

در مناطق II و III، احتراق را می توان با تامین اکسیژن افزایش داد. در سرعت های بالا، مقاومت و ضخامت لایه آرام افزایش می یابد و عرضه اکسیژن افزایش می یابد. هر چه سرعت بالاتر باشد، سوخت با شدت بیشتری با O2 مخلوط می شود و هر چه t بالاتر، انتقال از جنبشی به صنعتی و سپس به منطقه دیفرانسیل رخ می دهد. با کاهش اندازه ذرات، منطقه احتراق جنبشی افزایش می‌یابد، زیرا ذرات با اندازه کوچک انتقال گرما و جرم بیشتری با محیط دارند.

D1>d2>d3، v1>v2>v3

د – اندازه ذرات سوخت پودر شده، v – سرعت اختلاط سوخت با هوا – سرعت تامین سوخت

احتراق هر سوخت با t نسبتاً کم شروع می شود که مقدار سوخت در دسترس باشد (I). احتراق دیفرانسیل خالص III توسط هسته شعله محدود می شود. افزایش دما منجر به انتقال به ناحیه احتراق انتشار می شود. منطقه احتراق انتشار از هسته مشعل تا منطقه پس سوز قرار دارد، جایی که غلظت واکنش دهنده ها کم است و برهمکنش آنها توسط قوانین انتشار تعیین می شود.

بنابراین، اگر احتراق در ناحیه انتشار یا میانی رخ دهد، با کاهش اندازه ذرات سوخت پودر شده، فرآیند به سمت احتراق جنبشی تغییر می کند. منطقه احتراق صرفاً انتشار محدود است. این در هسته شعله با حداکثر دمای احتراق مشاهده می شود. در خارج از هسته، احتراق در ناحیه جنبشی یا میانی رخ می دهد که با وابستگی شدید نرخ احتراق به دما مشخص می شود.

مناطق احتراق جنبشی و میانی نیز در منطقه احتراق جریان گرد و غبار-هوا رخ می دهد و احتراق انواع سوخت ها با تشکیل مخلوط اولیه در ناحیه انتشار یا میانی رخ می دهد.

دسته K: کوره ها

ویژگی های اصلی فرآیندهای احتراق سوخت

که در اجاق های گرمایشیمی توان از سوخت جامد، مایع و گاز استفاده کرد. هر کدام از این سوخت ها ویژگی های خاص خود را دارند که بر راندمان استفاده از اجاق گاز تأثیر می گذارد.

طرح های کوره های گرمایش در مدت زمان طولانی ایجاد شده و برای سوزاندن سوخت جامد در نظر گرفته شده است. تنها در دوره‌ای بعد، طرح‌هایی برای استفاده از سوخت‌های مایع و گاز ایجاد شد. برای استفاده موثرتر از این گونه های ارزشمند در کوره های موجود، باید بدانید که فرآیندهای احتراق این سوخت ها چه تفاوتی با احتراق سوخت های جامد دارد.

همه اجاق ها حاوی سوخت جامد (چوب، انواع مختلفزغال سنگ، آنتراسیت، کک و غیره) با بارگیری دوره ای سوخت و تمیز کردن رنده ها از سرباره روی رنده ها به صورت لایه ای سوزانده می شود. فرآیند احتراق لایه دارای یک ویژگی چرخه ای واضح است. هر سیکل شامل مراحل زیر است: بارگیری سوخت، خشک کردن و گرم کردن لایه، آزادسازی مواد فرار و احتراق آنها، احتراق سوخت در لایه، پس از سوزاندن باقیمانده ها و در نهایت حذف سرباره.

در هر یک از این مراحل، رژیم حرارتی خاصی ایجاد می شود و فرآیند احتراق در کوره با شاخص های پیوسته تغییر می کند.
مرحله اولیه خشک کردن و گرم کردن لایه از طبیعت گرماگیر نامیده می شود، یعنی نه با آزاد شدن، بلکه با جذب گرمای دریافتی از دیواره های داغ جعبه آتش و از بقایای نسوخته همراه است. سپس با گرم شدن لایه، آزاد شدن اجزای گازی قابل احتراق آغاز شده و احتراق آنها در حجم گاز آغاز می شود. در این مرحله انتشار گرما در جعبه آتش شروع می شود که به تدریج افزایش می یابد. تحت تأثیر حرارت، احتراق پایه کک جامد لایه شروع می شود که معمولاً بیشترین اثر حرارتی را می دهد. با سوختن لایه، گرما آزاد شده به تدریج کاهش می یابد و در مرحله نهایی پس سوزی با شدت کم مواد قابل احتراق رخ می دهد. مشخص است که نقش و تأثیر مراحل جداگانه چرخه احتراق لایه ای به شاخص های زیر از کیفیت سوخت جامد بستگی دارد: رطوبت، محتوای خاکستر، محتوای مواد قابل احتراق فرار و کربن در سوخت.
جرم.

اجازه دهید در نظر بگیریم که چگونه این اجزا بر ماهیت فرآیند احتراق در لایه تأثیر می‌گذارند.

مرطوب کردن سوخت اثر منفی بر احتراق دارد زیرا بخشی از گرمای ویژه احتراق سوخت باید صرف تبخیر رطوبت شود. در نتیجه، دما در جعبه آتش کاهش می یابد، شرایط احتراق بدتر می شود و خود چرخه احتراق طولانی می شود.

نقش منفی محتوای خاکستر سوخت در این واقعیت آشکار می شود که توده خاکستر اجزای قابل احتراق سوخت را در بر می گیرد و از دسترسی اکسیژن هوا به آنها جلوگیری می کند. در نتیجه، توده قابل احتراق سوخت نمی سوزد، به اصطلاح زیر سوزی مکانیکی ایجاد می شود.

تحقیقات دانشمندان نشان داده است که نسبت محتوای مواد گازی فرار و کربن جامد در سوخت جامد تأثیر زیادی بر ماهیت توسعه فرآیندهای احتراق دارد. مواد قابل احتراق فرار از سوخت جامد در دماهای نسبتاً پایین شروع به رها شدن از 150-200 درجه سانتیگراد و بالاتر می کنند. مواد فرار از نظر ترکیب متفاوت بوده و در دماهای آزادسازی متفاوت با هم تفاوت دارند، بنابراین فرآیند آزادسازی آنها در طول زمان طولانی می شود و مرحله نهایی آن معمولاً با احتراق قسمت سوخت جامد لایه ترکیب می شود.

مواد فرار نسبتاً دارند دمای پاییناحتراق، از آنجایی که آنها حاوی بسیاری از اجزای حاوی هیدروژن هستند، احتراق آنها در حجم گاز لایه فوقانی جعبه آتش رخ می دهد. بخش جامد سوخت باقی مانده پس از آزاد شدن مواد فرار عمدتاً از کربن تشکیل شده است که بالاترین دمای اشتعال (650-700 درجه سانتیگراد) را دارد. احتراق باقیمانده کربن آخرین بار آغاز می شود. مستقیماً در لایه نازکی از رنده ایجاد می شود و به دلیل تولید گرمای شدید، دمای بالایی در آن ایجاد می شود.

یک تصویر معمولی از تغییرات دما در کوره و دودکش ها در طول چرخه احتراق سوخت جامد در شکل نشان داده شده است. 1. همانطور که مشاهده می کنید در ابتدای کوره افزایش سریع دما در جعبه آتش نشانی و دودکش ها وجود دارد در مرحله پس از سوختن، کاهش شدید دما در داخل کوره به ویژه در جعبه آتش وجود دارد. هر مرحله نیاز به تغذیه در کوره دارد یک مقدار مشخصهوا برای احتراق اما با توجه به اینکه مقدار ثابتی هوا وارد کوره می شود، در مرحله احتراق شدید ضریب هوای اضافی 2-1.5 = و در مرحله پس از سوزاندن که مدت آن به 30-25 درصد می رسد. از زمان کوره، ضریب هوای اضافی به 8-10 = می رسد. در شکل شکل 2 نشان می دهد که چگونه ضریب هوای اضافی در طول یک چرخه احتراق روی رنده ای از سه نوع سوخت جامد: هیزم، ذغال سنگ نارس و زغال سنگ در یک کوره گرمایش دسته ای معمولی تغییر می کند.

برنج. 1. تغییر در دمای گازهای دودکش در بخش های مختلف یک کوره گرمایش هنگام شلیک سوخت جامد 1 - درجه حرارت در جعبه آتش (در فاصله 0.23 متر از رنده). 1 - درجه حرارت در اولین دودکش افقی. '3 - درجه حرارت در سومین دودکش افقی؛ 4- درجه حرارت در دودکش افقی ششم (در جلوی دمپر اجاق گاز)

از شکل 2 نشان می دهد که ضریب هوای اضافی در کوره هایی که با بارگذاری دوره ای سوخت جامد کار می کنند به طور مداوم تغییر می کند.

ضمناً در مرحله رهاسازی شدید مواد فرار معمولاً مقدار هوای ورودی به کوره برای احتراق کامل آنها کافی نیست و در مراحل پیش گرمایش و پس سوزی مواد قابل احتراق مقدار هوا چندین برابر بیشتر است. از مورد مورد نیاز نظری.

در نتیجه، در مرحله انتشار شدید مواد فرار، سوختن شیمیایی گازهای قابل احتراق آزاد شده رخ می دهد و هنگام سوزاندن باقیمانده ها، به دلیل افزایش حجم محصولات احتراق، تلفات حرارتی با گازهای خروجی افزایش می یابد. تلفات حرارتی با سوختن شیمیایی 3-5٪ و با گازهای خروجی - 20-35٪ است. با این حال اقدام منفیسوزش شیمیایی نه تنها در تلفات حرارتی اضافی و کاهش راندمان ظاهر می شود. تجربه عملیاتی مقدار زیاداجاق های گرمایشی نشان می دهد. که در نتیجه سوختن شیمیایی مواد فرار به شدت آزاد شده، کربن آمورف به شکل دوده بر روی دیواره های داخلی آتشدان و دودکش ها رسوب می کند.

برنج. 2. تغییر ضریب هوای اضافی در طول چرخه احتراق سوخت جامد

از آنجایی که دوده رسانایی حرارتی پایینی دارد، رسوبات آن مقاومت حرارتی دیواره های کوره را افزایش می دهد و در نتیجه انتقال حرارت مفید کوره ها را کاهش می دهد. رسوبات دوده در دودکش ها سطح مقطع را برای عبور گازها باریک می کند، کشش را مختل می کند و در نهایت خطر آتش سوزی را افزایش می دهد، زیرا دوده قابل اشتعال است.

از موارد فوق واضح است که عملکرد نامطلوب فرآیند لایه تا حد زیادی با انتشار ناهموار مواد فرار در طول زمان توضیح داده می شود.

در طی احتراق لایه سوخت‌های با کربن بالا، فرآیند احتراق در یک لایه سوخت نسبتاً نازک متمرکز می‌شود که در آن دمای بالا ایجاد می‌شود. فرآیند احتراق کربن خالص در لایه دارای خاصیت خود تنظیمی است. این بدان معنی است که مقدار کربن واکنش (سوخته) با مقدار اکسید کننده (هوا) عرضه شده مطابقت دارد. بنابراین، زمانی که جریان ثابتهوا، مقدار سوخت سوزانده شده نیز ثابت خواهد بود. تغییر بار حرارتی باید با تنظیم VB تامین هوا انجام شود. به عنوان مثال، با افزایش VB، مقدار سوخت سوخته افزایش می یابد و کاهش HC باعث کاهش بهره وری حرارتی لایه می شود و مقدار ضریب هوای اضافی ثابت می ماند.

با این حال، احتراق آنتراسیت و کک با مشکلات زیر همراه است. برای ایجاد دماهای بالا، ضخامت لایه هنگام سوزاندن آنتراسیت و کک به اندازه کافی بزرگ حفظ می شود. که در آن منطقه کاراین لایه قسمت پایینی نسبتا نازک آن است که در آن واکنش های گرمازا اکسیداسیون کربن با اکسیژن اتمسفر انجام می شود، یعنی خود احتراق رخ می دهد. کل لایه پوشاننده به عنوان یک عایق حرارتی برای قسمت در حال سوختن لایه عمل می کند و از ناحیه احتراق از خنک شدن به دلیل تابش گرما بر روی دیواره های جعبه آتش محافظت می کند.

در نتیجه واکنش های اکسیداتیو در ناحیه احتراق، گرمای مفیدی مطابق با واکنش آزاد می شود
c+o2->co.

با این حال، طبق معادله، در دماهای بالای لایه در ناحیه بالایی آن، واکنش‌های گرماگیر کاهش معکوس رخ می‌دهد که با جذب گرما رخ می‌دهد.
С02+С2СО.

در نتیجه این واکنش ها مونوکسید کربن CO تشکیل می شود که گازی قابل اشتعال با حرارت مخصوص احتراق نسبتاً زیاد است، بنابراین وجود آن در گازهای دودکش نشان دهنده احتراق ناقص سوخت و کاهش راندمان کوره است. بنابراین، برای اطمینان از دمای بالا در منطقه احتراق، لایه سوخت باید ضخامت کافی داشته باشد، اما این منجر به مضر می شود. واکنش های بازیابیدر قسمت بالایی لایه، منجر به سوختن شیمیایی سوخت جامد می شود.

از موارد فوق واضح است که در هر کوره دسته ای که با سوخت جامد کار می کند، یک فرآیند احتراق ناپایدار اتفاق می افتد که به طور اجتناب ناپذیری راندمان کوره های فعال را کاهش می دهد.

پراهمیتبرای عملکرد اقتصادی، اجاق گاز دارای کیفیت سوخت جامد است.

طبق استانداردها، عمدتاً زغال سنگ سخت (درجات D، G، Zh، K، T و غیره) و همچنین زغال سنگ قهوه ای و آنتراسیت برای نیازهای داخلی متمایز می شوند. با توجه به اندازه قطعات، زغال سنگ باید در طبقات 6-13، 13-25، 25-50 و 50-100 میلی متر عرضه شود. میزان خاکستر زغال سنگ به صورت خشک از 14 تا 35 درصد برای زغال سنگ سخت و تا 20 درصد برای آنتراسیت متغیر است، میزان رطوبت برای زغال سنگ سخت 6 تا 15 درصد و برای زغال سنگ قهوه ای 20 تا 45 درصد است.

دستگاه های احتراق اجاق های خانگیآنها ابزاری برای مکانیزه کردن فرآیند احتراق (تنظیم تامین هوای دمیده، خراش لایه و غیره) ندارند، بنابراین برای احتراق کارآمد در کوره ها، نیازهای نسبتاً بالایی باید بر روی کیفیت زغال سنگ اعمال شود. با این حال، بخش قابل توجهی از زغال سنگ به صورت طبقه بندی نشده، معمولی، با ویژگی های کیفی (رطوبت، محتوای خاکستر، محتوای ریز) به طور قابل توجهی کمتر از موارد مورد نیاز استانداردها عرضه می شود.

احتراق سوخت نامرغوب با افزایش تلفات ناشی از سوختن شیمیایی و مکانیکی ناقص اتفاق می‌افتد. آکادمی خدمات عمومیآنها K. D. Pamfilova خسارت مادی سالانه ناشی از عرضه زغال سنگ را تعیین کرد کیفیت پایین. محاسبات نشان داده است که خسارت مادی ناشی از استفاده ناقص از سوخت تقریباً 60 درصد هزینه تولید زغال سنگ است. از نظر اقتصادی و فنی غنی سازی سوخت در مکان های تولید آن به حالت مشروط توصیه می شود، زیرا هزینه های اضافی غنی سازی تقریباً نصف مقدار مشخص شده خسارت مادی خواهد بود.

مهم ویژگی های کیفیزغال سنگ، که بر راندمان احتراق آن تأثیر می گذارد، ترکیب کسری آن است.

با افزایش محتوای ریز در سوخت، متراکم تر می شود و شکاف های لایه سوخت در حال سوختن را می بندد که منجر به احتراق دهانه می شود که در سطح لایه ناهموار است. به همین دلیل، زغال‌سنگ‌های قهوه‌ای که هنگام گرم شدن ترک می‌خورند و مقدار قابل‌توجهی ریز تولید می‌کنند، بدتر از سایر انواع سوخت می‌سوزند.

از سوی دیگر، استفاده از قطعات بیش از حد بزرگ زغال سنگ (بیش از 100 میلی متر) نیز منجر به احتراق دهانه می شود.

محتوای رطوبت زغال سنگ، به طور کلی، فرآیند احتراق را مختل نمی کند. با این حال کاهش می دهد گرمای ویژهاحتراق، دمای احتراق، و همچنین ذخیره سازی زغال سنگ را از چه زمانی پیچیده می کند دمای زیر صفریخ می زند برای جلوگیری از یخ زدگی، رطوبت زغال سنگ نباید بیش از 8٪ باشد.

جزء مضر سوخت جامد گوگرد است، زیرا محصولات احتراق آن عبارتند از دی اکسید گوگرد S02 و دی اکسید گوگرد S03 که دارای خواص خورندگی قوی و همچنین بسیار سمی هستند.

لازم به ذکر است که در کوره های دسته ای، زغال سنگ خام، اگرچه کارایی کمتری دارد، هنوز می تواند به طور رضایت بخشی سوزانده شود. برای کوره ها سوزاندن طولانیاین الزامات باید دقیقاً به طور کامل برآورده شوند.

در کوره ها عمل مستمر، که در آن سوخت مایع یا گاز سوزانده می شود، فرآیند احتراق چرخه ای نیست، بلکه پیوسته است. سوخت به طور مساوی وارد کوره می شود و حالت احتراق ثابت را تضمین می کند. اگر هنگام سوزاندن سوخت جامد، درجه حرارت در جعبه آتش کوره به طور گسترده ای در نوسان است که بر روند احتراق تأثیر منفی می گذارد، پس هنگام سوزاندن گاز طبیعیبلافاصله پس از روشن کردن مشعل، درجه حرارت در محفظه احتراق به 650-700 درجه سانتیگراد می رسد. سپس با گذشت زمان دائماً افزایش می یابد و در انتهای آتشدان به دمای 850-1100 درجه سانتیگراد می رسد. میزان افزایش دما در این مورد با تنش حرارتی فضای احتراق و زمان پخت کوره تعیین می شود (شکل 25). احتراق گاز در نسبت هوای اضافی ثابت نسبتاً آسانی است که با استفاده از دمپر هوا به دست می آید. به همین دلیل هنگام سوزاندن گاز در یک کوره، حالت احتراق ثابت ایجاد می شود که باعث می شود اتلاف حرارت با گازهای خروجی به حداقل برسد و کارکرد کوره با راندمان بالا به 80-90٪ برسد. بهره وری فر گازپایدار در طول زمان و به طور قابل توجهی بالاتر از اجاق گازهای سوخت جامد.

تأثیر حالت احتراق سوخت و اندازه سطح دریافت کننده گرما گردش دود بر راندمان کوره. محاسبات نظری نشان می دهد که راندمان حرارتی یک کوره گرمایش، یعنی مقدار بازده حرارتی، به عوامل خارجی و داخلی بستگی دارد. عوامل خارجی شامل اندازه سطح بیرونی آزاد کننده گرما S کوره در ناحیه آتشدان و گردش دود، ضخامت دیواره 6، ضریب هدایت حرارتی K مواد دیواره کوره و ظرفیت حرارتی C است. مقدار بیشتر است. . S، X و کمتر از 6، هر چه انتقال حرارت از دیواره های کوره به هوای اطراف بهتر باشد، گازها کاملا خنک می شوند و بازده کوره بالاتر می رود.

برنج. 3. تغییر دمای محصولات احتراق در جعبه آتش کوره گرمایش گاز بسته به کشش فضای احتراق و زمان احتراق.

عوامل داخلی شامل، اول از همه، کارایی جعبه آتش است که عمدتاً به کامل بودن احتراق سوخت بستگی دارد. در کوره های گرمایش دوره ای تقریباً همیشه تلفات حرارتی ناشی از احتراق ناقص شیمیایی و زیرسوختگی مکانیکی وجود دارد. این تلفات به کمال سازماندهی فرآیند احتراق بستگی دارد که توسط ولتاژ حرارتی خاص حجم احتراق Q/V تعیین می شود. مقدار QIV برای یک جعبه آتش‌نشانی با طراحی مشخص به مصرف سوخت سوخته بستگی دارد.

تحقیقات و تجربه عملیاتی نشان داده است که برای هر نوع طراحی سوخت و جعبه آتش نشانی مقدار Q/V بهینه وجود دارد. در Q/V پایین، دیواره های داخلی جعبه آتش ضعیف گرم می شوند و دما در منطقه احتراق برای احتراق موثر سوخت کافی نیست. با افزایش Q/V، دما در حجم احتراق افزایش می‌یابد و زمانی که یک مقدار Q/V مشخص می‌شود، شرایط احتراق بهینه حاصل می‌شود. در افزایش بیشترمصرف سوخت، سطح دما همچنان در حال افزایش است، اما فرآیند احتراق زمانی برای تکمیل در داخل جعبه آتش ندارد. اجزای گازی قابل احتراق به داخل دودکش ها منتقل می شوند، فرآیند احتراق آنها متوقف می شود و سوخت شیمیایی سوخت ظاهر می شود. به همین ترتیب اگر مصرف سوخت بیش از حد باشد، بخشی از آن زمان سوختن ندارد و روی رنده می ماند که منجر به سوختگی مکانیکی می شود. بنابراین، برای اینکه یک اجاق گرمایش حداکثر بازدهی را داشته باشد، لازم است که آتش‌بکس آن با ولتاژ حرارتی بهینه کار کند.

اتلاف حرارت در محیطاز دیوارهای جعبه آتش کارایی اجاق گاز را کاهش نمی دهد، زیرا گرما صرف گرمایش مفید اتاق می شود.

دومین عامل داخلی مهم نرخ جریان گاز دودکش Vr است. حتی اگر اجاق گاز با ولتاژ حرارتی بهینه جعبه آتش کار کند، حجم گازهای عبوری از دودکش ها می تواند به طور قابل توجهی تغییر کند به دلیل تغییر در ضریب هوای اضافی در که نسبت جریان واقعی هوای ورودی به جعبه آتش است به لحاظ نظری. مقدار مورد نیاز برای یک مقدار مشخص از QIV، مقدار am می تواند در محدوده های بسیار گسترده ای تغییر کند. در کوره های گرمایش دوره ای معمولی، مقدار am در طول دوره حداکثر احتراق می تواند نزدیک به 1 باشد، یعنی با حداقل حد ممکن تئوری مطابقت دارد. با این حال، در طول دوره آماده سازی سوخت و در مرحله پس از سوزاندن باقیمانده ها، مقدار am در کوره های دسته ای معمولاً به شدت افزایش می یابد و اغلب به مقادیر بسیار بالا می رسد - حدود 8-10. با افزایش در، حجم گازها افزایش می یابد، مدت زمانی که آنها در سیستم گردش دود می گذرانند کاهش می یابد و در نتیجه تلفات حرارتی با گازهای دودکش افزایش می یابد.

در شکل شکل 4 نمودارهایی از راندمان یک کوره گرمایش را بسته به این نشان می دهد پارامترهای مختلف. در شکل شکل 4a مقادیر بازده کوره گرمایش را بسته به مقادیر at نشان می دهد که از آن مشاهده می شود که با افزایش در از 1.5 به 4.5، راندمان از 80 به 48٪ کاهش می یابد. در شکل 4، b وابستگی راندمان کوره گرمایش را به منطقه نشان می دهد سطح داخلیگردش دود S، که از آن می توان مشاهده کرد که با افزایش S از 1 به 4 متر مربع، راندمان از 65 به 90 درصد افزایش می یابد.

علاوه بر عوامل ذکر شده، مقدار راندمان به زمان پخت کوره t بستگی دارد (شکل 4، ج). با افزایش x، دیواره های داخلی کوره تا دمای بالاتر گرم می شوند و گازها به ترتیب کمتر سرد می شوند. بنابراین، با افزایش مدت زمان آتش سوزی، راندمان هر اجاق گرمایشی کاهش می یابد و به حداقل مقدار مشخصی از یک اجاق گاز با طرح معین نزدیک می شود.

برنج. 4. وابستگی راندمان کوره گرمایش گاز به پارامترهای مختلف a - به ضریب هوای اضافی برای سطح سطح داخلی گردش دود، m2. ب - از ناحیه سطح داخلی دود در گردش ضرایب مختلفهوای اضافی؛ ج - در مدت زمان آتش سوزی برای نواحی مختلف سطح داخلی گردش دود متر مربع

انتقال حرارت اجاق های گرمایشی و ظرفیت ذخیره سازی آنها. در کوره های گرمایش حرارتی که باید توسط گازهای دودکش به اتاق گرم شده منتقل شود باید از ضخامت دیواره های کوره عبور کند. با تغییر در ضخامت دیواره های جعبه آتش نشانی و دودکش ها، مقاومت حرارتی و انبوه سنگ تراشی (ظرفیت ذخیره سازی آن) بر این اساس تغییر می کند. به عنوان مثال وقتی ضخامت دیواره ها کاهش می یابد، مقاومت حرارتی آنها کاهش می یابد، جریان گرما افزایش می یابد و در عین حال ابعاد کوره کاهش می یابد. با این حال، کاهش ضخامت دیواره‌های کوره‌های دوره‌ای که با سوخت جامد کار می‌کنند به دلایل زیر غیرقابل قبول است: با احتراق دوره‌ای کوتاه‌مدت، سطوح داخلی آتش‌بکس و دودکش‌ها تا دمای بالا و دمای سطح بیرونی گرم می‌شوند. کوره در دوره های حداکثر احتراق بالاتر از حد مجاز خواهد بود. پس از توقف احتراق، به دلیل انتقال حرارت شدید از دیواره های بیرونی به محیط، کوره به سرعت خنک می شود.

در مقادیر زیاد M، دمای اتاق در طول زمان در محدوده وسیعی تغییر می کند و از بین می رود استانداردهای قابل قبول. از طرف دیگر، اگر اجاق گاز با دیوارهای خیلی ضخیم چیده شود، در یک دوره کوتاه احتراق، جرم بزرگ آن زمان گرم شدن نخواهد داشت و علاوه بر این، با ضخیم شدن دیوارها، تفاوت بین منطقه ایجاد می شود. سطح داخلی دودکش ها که گرما را از گازها دریافت می کند و سطح بیرونی اجاق گاز که گرما را منتقل می کند به هوای اطراف افزایش می یابد و در نتیجه دمای بیرونی سطح اجاق گاز برای گرم کردن موثر اتاق بسیار کم خواهد بود. بنابراین چنین وجود دارد ضخامت بهینهدیوارها (1/2 - 1 آجر)، که در آن جرم کوره متناوب مقدار کافی گرما را در حین احتراق جمع می کند و در عین حال کافی است. حرارتسطوح خارجی اجاق گاز برای گرم کردن معمولی اتاق.

هنگام استفاده از سوخت مایع یا گاز در اجاق‌های گرمایش، حالت احتراق پیوسته کاملاً قابل دستیابی است، بنابراین با احتراق مداوم به دلیل افزایش جرم بنایی نیازی به تجمع گرما نیست. فرآیند انتقال حرارت از گازها به اتاق گرم شده در زمان ثابت است. در این شرایط، ضخامت دیواره و انبوه کوره را می توان نه بر اساس اطمینان از یک مقدار ذخیره سازی مشخص، بلکه بر اساس ملاحظات استحکام سنگ تراشی و اطمینان از دوام مناسب انتخاب کرد.

اثر تبدیل کوره از پخت دسته ای به پخت مداوم از شکل 1 به وضوح قابل مشاهده است. 5 که تغییر دمای سطح داخلی دیواره جعبه آتش را در حالت شلیک دوره ای و مداوم نشان می دهد. با شلیک دوره ای، پس از 0.5-1 ساعت، سطح داخلی دیواره جعبه آتش تا 800-900 درجه سانتیگراد گرم می شود.

چنین گرمایش ناگهانی پس از 1-2 سال کارکرد کوره اغلب باعث ترک خوردن آجرها و تخریب آنها می شود. با این حال، این حالت اجباری است، زیرا کاهش بار حرارتی منجر به افزایش بیش از حد مدت زمان جعبه آتش می شود.

با احتراق مداوم، مصرف سوخت به شدت کاهش می یابد و دمای گرمایش دیواره های جعبه آتش کاهش می یابد. همانطور که در شکل دیده میشود. 27، با احتراق مداوم برای اکثر گریدهای زغال سنگ، دمای دیواره از 200 به 450-500 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، در حالی که با احتراق دوره ای بسیار بالاتر است - 800-900 درجه سانتیگراد. بنابراین، فایرباکس های کوره های دسته ای معمولاً اندود می شوند آجر آتش نشانی، در حالی که جعبه های آتش کوره های پیوسته نیازی به روکش ندارند، زیرا دمای سطح آنها به حد مقاومت در برابر آتش آجر قرمز معمولی (700-750 درجه سانتیگراد) نمی رسد.

بنابراین، با احتراق مداوم، به طور موثرتری استفاده می شود آجرکاریطول عمر کوره ها بسیار افزایش می یابد و برای اکثر مارک های زغال سنگ (به استثنای آنتراسیت و زغال سنگ بدون چربی) می توان تمام قسمت های کوره را از آجر قرمز چید.

پیش نویس در کوره ها. برای اینکه گازهای دودکش را مجبور به عبور از جعبه آتش از طریق مدارهای دود کوره به دودکش کنند و بر تمام کسانی که در راه با آنها برخورد می کنند غلبه کنند. مقاومت محلی، باید نیروی خاصی را صرف کرد که باید از این مقاومت ها فراتر رود، در غیر این صورت اجاق گاز دود می کند. این نیرو را معمولاً نیروی کششی کوره می نامند.

وقوع نیروی کشش در نمودار نشان داده شده است (شکل 6). گازهای دودکش تشکیل شده در محفظه آتش که در مقایسه با هوای اطراف سبک تر هستند، به سمت بالا بالا می روند و دودکش را پر می کنند. ستون هوای بیرون با ستون گازهای دودکش مخالف است، اما به دلیل سرد بودن، به طور قابل توجهی سنگین تر از ستون گازها است. اگر یک صفحه عمودی معمولی را از طریق درب احتراق بکشیم، پس سمت راستستونی از گازهای داغ با ارتفاع از وسط درب کوره تا بالای دودکش و در سمت چپ - ستونی از هوای سرد خارجی با همان ارتفاع بر روی آن (فشار) اثر می گذارد. جرم ستون سمت چپ بیشتر از ستون سمت راست است، زیرا چگالی هوای سرد بیشتر از هوای گرم است، بنابراین ستون سمت چپ گازهای دودکش را که دودکش را پر می کنند جابجا می کند و گازها در سیستم در جهتی از بالاتر حرکت می کنند. فشار برای کاهش فشار، یعنی سمت دودکش.

برنج. 5. تغییر دما در سطح داخلی دیواره جعبه آتش a - ترموستات روی حد پایین تنظیم شده است. ب - ترموستات روی حد بالایی تنظیم شده است

برنج. 6. طرح عملکرد درب دودکش 1 مشعل; 2- آتشدان; 3 - ستون هوای بیرون؛ 4 - دودکش

بنابراین اثر نیروی کشش به این صورت است که از یک سو گازهای داغ را به سمت بالا و از سوی دیگر مجبور می کند هوای بیرونبرای احتراق به داخل محفظه آتش منتقل شود.

دمای میانگینگازهای موجود در دودکش را می توان برابر با میانگین حسابی بین دمای گازها در ورودی و خروجی دودکش در نظر گرفت.

- ویژگی های اصلی فرآیندهای احتراق سوخت