Uppgift………………………………………………………………………………………..3
Introduktion………………………………………………………………………………...4
Teoretisk del
1. Egenskaper för förbränning av fast bränsle ……………………………… 6
2. Förbränning av bränsle i kammarugnar ….……………………………….9
3. Plats och roll för fast bränsle i energisektorn i Ryssland …………………..12
4. Att minska utsläppen av askpartiklar från pannugnar genom konstruktiva och tekniska metoder…………………………………………………………………14
5. Askuppsamling och typer av askuppsamlare………………………….…….15
6. Cyklon (tröghets)askeuppsamlare…..…………………………..16
Avvecklingsdel
1. Inledande data………………………………………………………….18
2. Beräkning av grundämnessammansättningen av arbetsbränslet…………………..19
3. Beräkning av massor och volymer av bränsleförbränningsprodukter vid förbränning i pannhus …………………………………………………………………………..19
4. Bestämning av höjden på röret H………………………………….…………20
5. Beräkning av spridning och standarder för maximalt tillåtna utsläpp av skadliga ämnen till atmosfären……………………………………………….…20
6. Fastställande av den erforderliga reningsgraden……………………….… 21
Skäl för att välja en cyklon………………………………………………………..22
Tillämpade enheter………………………………………………………. ……23
Slutsats……………………………………………………………………….24
Lista över använd litteratur…………………………………………...26
Uppgiften
1. Enligt de givna designegenskaperna för fasta bränslen, bestäm grundämnessammansättningen av arbetsbränslet.
2. Beräkna utsläppen och volymerna av förbränningsprodukter av partiklar A, svaveloxider SO x , kolmonoxid CO, kväveoxider NO x , flödeshastigheten för gaser som kommer in i skorstenen med hjälp av resultaten i punkt 1 och de initiala uppgifterna. panncentralen.
3. Baserat på resultaten i punkt 2 och de ursprungliga uppgifterna, bestäm diametern på skorstenens mynning. Bestäm höjden på röret H.
4. Bestäm den mest förväntade koncentrationen C m (mg / m 3) av skadliga ämnen: kolmonoxid CO, svaveldioxid SO 2, kväveoxider NO x, damm, (aska) i ytskiktet av atmosfären under ogynnsamma spridningsförhållanden.
5. Jämför det faktiska innehållet av skadliga ämnen i atmosfärisk luft med hänsyn till bakgrundskoncentrationen (C m + C f) med sanitära och hygieniska standarder (MPC), om MPC CO \u003d 5 mg / m 3, MPC NO 2 \u003d 0,085, MPC SO 2 \u003d 0,5 mg / m 3 , MPC-damm =0,5 mg/m3.
7. Bestäm den erforderliga reningsgraden och ge rekommendationer för att minska utsläppen om det faktiska utsläppet M av något ämne överstiger den beräknade standarden (MAL).
8. Utveckla och motivera de metoder och anordningar som används för behandling av avfall med farliga ämnen.
Teoretisk del
Introduktion
Industriell produktion och andra typer ekonomisk aktivitet människor åtföljs av utsläpp av föroreningar i miljön.
Betydande skador på miljön orsakas av pannanläggningar som använder förbränning av fasta, flytande och gasformiga bränslen vid uppvärmning av vatten till värmesystem.
huvudkälla negativ påverkan energi är de produkter som bildas vid förbränning av fossila bränslen.
Arbetsmassan av organiskt bränsle består av kol, väte, syre, kväve, svavel, fukt och aska. Som ett resultat av fullständig förbränning av bränslen, koldioxid, vattenånga, svaveloxider (svaveldioxid, svavelsyraanhydrid och aska). Svaveloxider och aska är bland de giftiga. I kärnan av facklan hos ugnspannor med hög effekt sker partiell oxidation av kväve i bränsleluften med bildning av kväveoxider (kväveoxid och kvävedioxid).
Vid ofullständig förbränning av bränsle i ugnar kan även kolmonoxid CO 2, kolväten CH 4, C 2 H 6, samt cancerframkallande ämnen bildas. Produkterna från ofullständig förbränning är mycket skadliga, men när modern teknologi förbränning, kan deras bildning elimineras eller minimeras.
Brännbar skiffer och brunkol, samt vissa typer av stenkol, har den högsta askhalten. Flytande bränsle har låg askhalt; naturgas är ett askfritt bränsle.
Giftiga ämnen som släpps ut i atmosfären från skorstenar i kraftverk har skadlig effekt på hela komplexet av levande natur och biosfär.
En heltäckande lösning på problemet med att skydda miljön från effekterna av skadliga utsläpp från bränsleförbränning i pannenheter inkluderar:
· Utveckling och implementering av tekniska processer som minskar utsläppen av skadliga ämnen på grund av fullständig förbränning av bränslen etc.;
Genomförande effektiva metoder och metoder för rening av avfallsgaser.
Det mest effektiva sättet att lösa miljöfrågor i det nuvarande skedet - skapandet av tekniker nära avfallsfria. Samtidigt är problemet löst rationell användning naturliga resurser både materiellt och energiskt.
Egenskaper för förbränning av fast bränsle
Förbränning av fast bränsle omfattar två perioder: termisk förberedelse och faktisk förbränning. I processen för termisk beredning värms bränslet, torkas, och vid en temperatur av cirka 110 börjar pyrogenetisk nedbrytning av dess komponenter med frigörandet av gasformiga flyktiga ämnen. Varaktigheten av denna period beror huvudsakligen på bränslets fukthalt, storleken på dess partiklar och förhållandena för värmeväxling mellan det omgivande förbränningsmediet och bränslepartiklarna. Processförloppet under perioden med termisk beredning är förknippat med absorption av värme främst för uppvärmning, torkning av bränslet och termisk nedbrytning av komplexa molekylära föreningar.
Själva förbränningen börjar med antändning av flyktiga ämnen vid en temperatur av 400-600, och värmen som frigörs under förbränningen ger accelererad uppvärmning och antändning av koksrester.
Förbränningen av koks börjar vid en temperatur på cirka 1000 och är den längsta processen.
Detta bestäms av det faktum att en del av syret i zonen nära ytan av partikeln används för förbränning av brännbara flyktiga ämnen och dess återstående koncentration har minskat, dessutom är heterogena reaktioner alltid sämre i hastighet än homogena reaktioner för ämnen som är homogena i kemisk aktivitet.
Så småningom Total varaktighet Förbränningen av den fasta partikeln bestäms huvudsakligen av förbränningen av koksresten (cirka 2/3 av den totala förbränningstiden). För unga bränslen med högt utbyte av flyktiga ämnen är koksresten mindre än hälften av partikelns initiala massa; därför sker deras förbränning (med lika stora initiala storlekar) ganska snabbt och möjligheten för underbränning minskar. Gamla typer av fasta bränslen har en stor koksrester nära den ursprungliga partikelstorleken, vars förbränning tar hela tiden partikeln vistas i förbränningskammaren. Förbränningstiden för en partikel med en initial storlek på 1 mm är från 1 till 2,5 s, beroende på typen av initialt bränsle.
Koksresterna från de flesta fasta bränslen består huvudsakligen, och för ett antal fasta bränslen, nästan helt av kol (från 60 till 97 % av bränslets organiska massa). Med tanke på att kol tillhandahåller den huvudsakliga värmeavgivningen under bränsleförbränning, låt oss överväga dynamiken för förbränning av en kolpartikel från ytan. Syre tillförs från omgivningen till kolpartikeln på grund av turbulent diffusion (turbulent massöverföring), som har en ganska hög intensitet, men ett tunt gasskikt (gränsskikt) blir kvar direkt vid ytan av partikeln, överföringen av oxidationsmedlet genom vilken utförs enligt lagarna för molekylär diffusion.
Detta lager hämmar avsevärt tillförseln av syre till ytan. Det bränner ut brännbara gaskomponenter som frigörs från kolytan under kemisk reaktion.
Tilldela diffusion, kinetisk och mellanliggande förbränningsregion. I det mellanliggande och speciellt i diffusionsområdet är intensifiering av förbränningen möjlig genom att öka tillförseln av syre, genom att aktivera blåsningen av de brinnande bränslepartiklarna med ett oxidationsmedelsflöde. Vid höga flödeshastigheter minskar tjockleken och motståndet hos det laminära skiktet nära ytan och tillförseln av syre ökar. Ju högre denna hastighet, desto mer intensiv blandning av bränsle med syre, och ju högre temperatur, övergången från den kinetiska till den mellanliggande zonen och från den mellanliggande till diffusionszonen för förbränning sker.
En liknande effekt när det gäller förbränningsförstärkning uppnås genom att minska partikelstorleken hos pulveriserat bränsle. Partiklar av liten storlek har ett mer utvecklat värme- och massutbyte med miljö. Sålunda, med en minskning av partikelstorleken för pulveriserat bränsle, expanderar området för kinetisk förbränning. En ökning av temperaturen leder till en förskjutning till området för diffusionsförbränning.
Området för ren diffusionsförbränning av pulveriserat bränsle begränsas huvudsakligen av flamkärnan, som skiljer sig mest hög temperatur förbränning, och efterförbränningszonen, där koncentrationerna av reaktanterna redan är små och deras interaktion bestäms av diffusionslagarna. Tändningen av något bränsle börjar vid en relativt låga temperaturer under förhållanden med tillräcklig mängd syre, dvs. i det kinetiska området.
I det kinetiska området för förbränning spelas den avgörande rollen av hastigheten för en kemisk reaktion, som beror på faktorer som bränslets reaktivitet och temperaturnivån. Inverkan av aerodynamiska faktorer i denna förbränningsregion är obetydlig.
Under århundradena har mänskligheten förbättrat designen av uppvärmningsugnar, där det ursprungligen var planerat att elda fast bränsle som var tillgängligt överallt. I detta avseende har lite förändrats, och idag på 2000-talet, med tillgången på gas och flytande bränslen, vänder vi oss ofta till traditionell uppvärmningsteknik. Det blir på något sätt lätt för hjärtat om det i ett modernt hus, förutom centralvärme, även finns en bra spis i reserv. Tja, traditionella bad klarar sig inte alls utan värmen från en braskamin.
För att effektivt och säkert driva en braskamin måste eldaren vara medveten om krångligheterna med att elda fast bränsle. Många minns idag inte längre hur man värmer kaminen korrekt, men experiment i denna fråga är mycket oönskade. I detta material vi kommer att försöka lyfta fram ämnet förbränning av fast bränsle så mycket som möjligt.
Fasta bränslen inkluderar ved, kol, antracit, koks, torv, etc. I traditionella ugnar bränns allt detta i lager på galler eller utan dem. Bränsle laddas periodiskt in i ugnen och den resulterande slaggen avlägsnas. Den skiktade förbränningsmetoden är cyklisk. Den slutna cykeln har flera steg:
Var och en av dessa steg har sin egen termiska regim, medan prestandan under bränsleförbränning ständigt förändras. För att säkerställa de optimala termiska förhållandena för ugnen är det nödvändigt att regelbundet lägga till ny portion bränsle (lager). Tidpunkten för att ladda ett nytt lager bestäms individuellt och beror på många faktorer. Låt oss överväga stadierna av lager-för-lager förbränning av fast bränsle i mer detalj.
Värmer upp och torkar skikt åtföljs av värmeabsorption, dvs. är endotermisk. Värmeleverantören är lågan för startbokmärket från tunn torr ved eller redan antänt bränsle, såväl som eldstadens varma väggar.
Stadium av antändning och glödande sker med ökande värmeavgivning. Överdrivet luftflöde in i ugnen under denna period är oönskat, eftersom det kommer att svalna influensa gaser, och följaktligen kommer skorstenen att värmas upp längre. Luftspjällen i antändnings- och glödstadiet bör endast vara lätt öppna, medan det är önskvärt att kall luft tillämpas endast på antändningszonen.
förbränningsstadiet behöver stora volymer syre i luften, eftersom denna process är inget annat än oxidation av kolväten. Flamuppvärmning ökar och begränsas faktiskt bara av mängden syre som tillförs. Om skorstenens tvärsnitt är otillräckligt, kan lågan slås ut ur lufttillförselöppningarna. I en sådan situation finns det bara en väg ut - att omedelbart öppna skorstensspjället helt och stänga lufttillförseln. När lufttillförseln minskar blir lågorna längre och kan till och med komma in i skorstenen, vilket är ett tecken på underbränning. Det är uppenbart att den tillförda luften i flamförbränningsläget måste delas upp i två kontrollerade flöden. Den primära strömmen kommer att matas direkt in i veden, beroende på volymen, vilket ökar eller minskar hastigheten för utsläpp av flyktigt material; och den sekundära - på flammans fackla, för att justera fullständigheten av förbränning av flyktiga ämnen, d.v.s. längden på lågorna. En ökning av intensiteten av det sekundära flödet leder till en minskning av längden av det senare fram till att de försvinner, men vedbränningshastigheten avtar inte. Eldkraften hos vedlågan är dock faktiskt inte så stor som den verkar. Den kan värma väggarna i eldstaden i en metallugn som inte är högre än 300-400 ° C.
brinnande kol ger uppvärmning av metall eldstaden glödhet - detta är det mest exotermiska steget. Effekten av värmeavgivning ökar med en ökning av tillförseln av primärluft (passage genom skiktet). Sekundärluft behövs inte i detta skede. Kol kommer att brinna ut snabbare om råa klossar matas in i ugnen: reaktionen av kolförgasning med vattenånga kommer att inträffa. Om veden är fuktig, inträffar stadierna av förbränning och glöd nästan samtidigt.
Typer av bränslekammare och processen att bränna ved
I den enklaste ugnen av skorstenstyp med blind härd sker förbränningsprocessen med överskottsluft, eftersom området öppen portal vanligtvis 8-15 gånger skorstenens tvärsnittsarea. På grund av det faktum att stora volymer luft som dras in inte tillåter att eldstadens skorsten värms upp över 60-80°C, är draget i dem mycket mindre än i kaminer med dörr (250-400°C).
Om eldstadsinsatsen är utrustad med en dörr och en fläkt med en spjäll, kommer dess effektivitet att förändras avsevärt uppåt. Emellertid har denna design en allvarlig nackdel - överdriven rök i kammaren, vid öppning av vilken röken försvinner. Du kan minska röken genom att flytta röret så långt fram som möjligt, men då blockerar det toppen av kaminen som används för att värma vatten eller stenar. kompromisslösning i det här fallet en lutande hylla kan bli med den bakre placeringen av röret. Hyllan kommer att skapa maximal dragkraft vid själva dörren, när den öppnas kommer uppströmningen att suga in röken och förhindra att den kommer ut. Denna design är bra för lång brinnande, eftersom luften går längs härden, kommer under veden, och i området för rökcirkulationen blandas den väl med flyktiga ämnen, vilket säkerställer fullständig förbränning. 
För att betona flammande förbränning införs sekundärluft i flödet av flyktiga ämnen. Genomföranden detta läge eldning av ved hjälper också design med ett galler. De är bra, först och främst, genom att de ger syre till vilket område som helst av lagret. En stor mängd inkommande luft minskar dock temperaturen på rökkanalens väggar, och följaktligen drag och konvektiv värmeöverföring. Detta fenomen kan minimeras genom att täcka gallrets periferi med en härd och lämna utblåsningsområdet endast i mitten.
Alla galler är lämpliga för att elda ved. Vid behov kan du göra dem själv av armering eller stång. Men för att bränna kol behöver du gjutjärnsgaller, vars tvärsnittsform är nära triangulär. Denna form tillåter inte slagg att täppa till mellanrummen mellan gallren. Gallren ska placeras längs med eldstaden så att du kan peta kol med en stav. Gjutjärnsgaller finns för både kol och ved. De senare har tunnare galler och smalare mellanrum.
Rosterugnar kan utveckla mer kraft, men håll dem borta överklockning inte lätt. Med en lufttillförselkoefficient som är lika med en, värms ugnens väggar till rött, och veden börjar förgasas gradvis. Lågan blir så stor att den kommer in i röret och i detta fall är det nödvändigt att öka lufttillförseln, vilket i sin tur orsakar ännu mer förgasning och uppvärmning. Kaminen kommer att lugna ner sig själv först efter att flyktiga ämnen släppts från vedbokmärket. Efter det är förbränningen av kol redan väl justerbar. 
Det är viktigt att förstå att den främsta orsaken ugnsuppkörning acceleration är metallväggar som värms upp till en hög temperatur, som inte längre tar bort värmen från ved, medan de senare börjar värma sig själva. Det är möjligt att förhindra att ugnen överklockas om rörspjället under uppvärmningen bara är halvöppet och när karakteristiska gaspopp börjar höras från ugnen öppnar du eldstadsdörren och öppnar samtidigt röret helt. Från det plötsliga uppkomsten av överskottsluft kommer ugnens väggar att börja svalna, och när de slutar glöda kommer det att vara möjligt att stänga eldstadsdörren och luftintaget. Skorstenen är halvtäckt igen. Från detta kommer ugnen smidigt att växla till pyrningsläge.
En viktig punkt som påverkar ugnens acceleration är den del av ved som läggs. För att minska sannolikheten för överklockningsförhållanden bör ved läggas i små portioner från 1 till 3 kg åt gången. Samtidigt, ju större diameter stocken har, desto större massa kan bokmärket vara. Genom att justera lufttillförseln bör du försöka förhindra överhettning av väggarna. Ugnsacceleration är farligt, först och främst, eftersom det kan leda till skevhet eller bränning av ugnens metalldelar.
Först och främst lider den av överklockning Nedre delen eldstadens väggar. Om en metallugn accelererar från tid till annan, kan väggarna skyddas från insidan eldfast tegel till en höjd av 20-30 cm. detta kommer att leda till en ännu starkare uppvärmning av metallen. Överklockningsproblemet är helt borttaget av en vattenmantel - en panna. Men om vi pratar om bastuugnar, är denna lösning inte lämplig för bastur, utan för ett hamam.
Genom utbränning av eldstaden eller dolda sprickor är verkligen farliga under spontan acceleration av en metallugn. Om de under det normala förbränningsläget kommer att fungera som luftintagsöppningar, kommer de i accelerationsläget att bli "munstycken" genom vilka brinnande flyktiga ämnen kommer att brista ut.
K kategori: Ugnar
Huvuddragen i bränsleförbränningsprocesser
Uppvärmningsugnar kan använda fasta, flytande och gasformiga bränslen. Vart och ett av dessa bränslen har sina egna egenskaper som påverkar effektiviteten av att använda ugnar.
Designen av uppvärmningsugnar skapades under lång tid och var avsedda för att bränna fasta bränslen i dem. Bara i mer sen period började skapa mönster utformade för användning av vätska och gasformigt bränsle. För att utnyttja dessa värdefulla arter på bästa sätt i befintliga ugnar är det nödvändigt att veta hur förbränningsprocesserna för dessa bränslen skiljer sig från förbränning av fasta bränslen.
Alla kaminer använder fast bränsle (ved, olika sorter kol, antracit, koks etc.) bränns på rosten på ett skiktat sätt, med periodisk laddning av bränsle och rengöring av rosten från slagg. Den skiktade förbränningsprocessen har en tydlig cyklisk karaktär. Varje cykel inkluderar följande steg: laddning av bränsle, torkning och uppvärmning av skiktet, utsläpp av flyktiga ämnen och deras förbränning, förbränning av bränsle i skiktet, utbränning av rester och slutligen avlägsnande av slagg.
Vid vart och ett av dessa steg skapas en viss termisk regim och förbränningsprocessen i ugnen sker med kontinuerligt föränderliga indikatorer.
Det primära steget för torkning och uppvärmning av skiktet är av den så kallade endotermiska naturen, det vill säga det åtföljs inte av frigöringen, utan av absorptionen av värme som tas emot från eldstadens heta väggar och från oförbrända rester. Vidare, när skiktet värms upp, börjar frigörandet av gasformiga brännbara komponenter och deras utbränning i gasvolymen. I detta skede börjar värmeavgivningen i ugnen, som gradvis ökar. Under påverkan av uppvärmning börjar förbränningen av skiktets fasta koksbas, vilket vanligtvis ger den största termiska effekten. När lagret brinner ut minskar värmeavgivningen gradvis och i slutskedet sker en lågintensiv efterförbränning av brännbara ämnen. Det är känt att rollen och inflytandet av enskilda steg i den skiktade förbränningscykeln beror på följande kvalitetsindikatorer för fast bränsle: fukthalt, askhalt, innehåll av flyktiga brännbara ämnen och kol i bränslet.
massa.
Låt oss överväga hur dessa komponenter påverkar karaktären av förbränningsprocessen i skiktet.
Befuktning av bränslet har en negativ effekt på förbränningen, eftersom en del av bränslets specifika förbränningsvärme måste användas på avdunstning av fukt. Som ett resultat minskar temperaturerna i eldstaden, förbränningsförhållandena förvärras och själva förbränningscykeln försenas.
Den negativa rollen för bränslets askinnehåll manifesteras i det faktum att askmassan omsluter de brännbara komponenterna i bränslet och förhindrar tillgången av luftsyre till dem. Som ett resultat brinner inte den brännbara massan av bränsle ut, den så kallade mekaniska underbränningen bildas.
Forskare från forskare har fastställt att förhållandet mellan innehållet av flyktiga gasformiga ämnen och fast kol i fast bränsle har stor inverkan på karaktären av utvecklingen av förbränningsprocesser. Flyktiga brännbara ämnen börjar frigöras från fasta bränslen vid relativt låga temperaturer, från 150-200 ° C och uppåt. Flyktiga ämnen är olika i sammansättning och skiljer sig i olika utloppstemperaturer, så processen för deras frisättning förlängs i tiden och dess slutskede kombineras vanligtvis med förbränningen av den fasta bränsledelen av bädden.
Flyktiga ämnen har en relativt låg antändningstemperatur, eftersom de innehåller många vätehaltiga komponenter, deras förbränning sker i gasvolymen ovanför skiktet i eldstaden. Den fasta delen av bränslet som finns kvar efter utsläpp av flyktiga ämnen består huvudsakligen av kol, som har den högsta antändningstemperaturen (650-700°C). Förbränningen av kolresterna börjar sist. Det flyter direkt i det tunna lagret av gallret, och på grund av intensiv värmeavgivning utvecklas höga temperaturer i det.
Ett typiskt mönster av temperaturförändringar i ugnen och gaskanalerna under förbränningscykeln för fast bränsle visas i fig. 1. Som du kan se, i början av ugnen, sker en snabb ökning av temperaturen i eldstaden och skorstenarna. Vid efterbränningsstadiet, en kraftig nedgång temperatur inuti ugnen, särskilt i eldstaden. Vart och ett av stegen kräver tillförsel av en viss mängd förbränningsluft till ugnen. Men på grund av det faktum att en konstant mängd luft kommer in i ugnen, vid intensiv förbränning, är överskottskoefficienten för luft vid = 1,5-2, och vid efterförbränningsstadiet, vars varaktighet når 25-30% av ugnstiden når överskottsluftskoefficienten vid = 8-10. På fig. Figur 2 visar hur överskottsluftskoefficienten förändras under en förbränningscykel på ett galler för tre typer av fasta bränslen: ved, torv och kol i en typisk batchuppvärmningsugn.
Ris. 1. Rökgastemperaturförändring i olika sektioner av värmeugnen vid förbränning med fast bränsle 1 - temperatur i eldstaden (på ett avstånd av 0,23 m från gallret); 1 - temperatur i den första horisontella skorstenen; '3 - temperatur i den tredje horisontella skorstenen; 4 - temperatur i den sjätte horisontella skorstenen (före ugnsspjället)
Från fig. 2 kan man se att koefficienten för överskottsluft i ugnar som arbetar med periodisk laddning av fast bränsle kontinuerligt förändras.
Samtidigt, i skedet av intensiv frisättning av flyktiga ämnen, är mängden luft som kommer in i ugnen vanligtvis inte tillräckligt för deras fullständiga förbränning, och i stadierna av förvärmning och efterförbränning av brännbara ämnen är mängden luft flera gånger högre än vad som teoretiskt krävs.
Som ett resultat, vid det intensiva utsläppet av flyktiga ämnen, uppstår kemisk underförbränning av de frigjorda brännbara gaserna, och under efterförbränning av rester uppstår ökade värmeförluster med avgaserna på grund av en ökning av volymen av förbränningsprodukter. Värmeförlust med kemisk underbränning är 3-5%, och med avgaser - 20-35%. Men den negativa effekten av kemisk underbränning manifesteras inte bara i ytterligare värmeförluster och en minskning av effektiviteten. Operativ erfarenhet ett stort antal uppvärmning spisar visar; att till följd av kemisk underbränning av intensivt frigjorda flyktiga ämnen avsätts amorft kol i form av sot på ugnens och skorstenarnas innerväggar.
Ris. 2. Förändring i överskottsluftförhållandet under förbränningscykeln för fast bränsle
Eftersom sot har en låg värmeledningsförmåga ökar dess avlagringar värmemotståndet hos ugnens väggar och minskar därigenom ugnarnas användbara värmeeffekt. Sotavlagringar i skorstenar smalnar av tvärsnittet för passage av gaser, försämrar draget och skapar slutligen en ökad brandrisk, eftersom sot är brännbart.
Av det som har sagts är det tydligt att de otillfredsställande indikatorerna för den skiktade processen till stor del beror på ojämn utsläpp av flyktiga ämnen över tiden.
Vid skiktad förbränning av bränslen med hög kolhalt koncentreras förbränningsprocessen i ett ganska tunt bränsleskikt, där höga temperaturer utvecklas. Förbränningsprocessen av rent kol i skiktet har egenskapen att självreglera. Det betyder att mängden reagerat (bränt) kol kommer att motsvara mängden oxidationsmedel (luft) som tillförs. Därför, när konstant kostnad luft kommer också mängden bränsle som förbränns att vara konstant. Ändringen av värmebelastningen ska göras genom att reglera lufttillförseln VB. Till exempel, med en ökning av VB, ökar mängden bränt bränsle, och en minskning av HC kommer att orsaka en minskning av skiktets värmeeffekt, medan värdet på överskottsluftskoefficienten förblir stabil.
Emellertid är förbränning av antracit och koks förknippad med följande svårigheter. För att kunna skapa höga temperaturer hålls skikttjockleken vid förbränning av antracit och koks tillräckligt stor. I detta fall är skiktets arbetszon dess relativt tunna nedre del, i vilken exoterma reaktioner av koloxidation med atmosfäriskt syre äger rum, d.v.s. själva förbränningen sker. Hela det överliggande skiktet fungerar som en värmeisolator för den brinnande delen av skiktet, vilket skyddar förbränningszonen från kylning på grund av värmestrålning till eldstadens väggar.
Som ett resultat av oxidativa reaktioner frigörs nyttig värme i förbränningszonen enligt reaktionen
c+o2->co.
Men vid höga temperaturer i skiktet i dess övre zon fortgår omvända restaurerande endotermiska reaktioner med absorption av värme, enligt ekvationen
CO2+C2CO.
Som ett resultat av dessa reaktioner bildas kolmonoxid CO, som är en brännbar gas med ett ganska högt specifikt förbränningsvärme, så dess närvaro i rökgaserna indikerar ofullständig förbränning av bränslet och en minskning av ugnens effektivitet. För att säkerställa höga temperaturer i förbränningszonen måste således bränsleskiktet ha en tillräcklig tjocklek, men detta leder till skadliga reduktionsreaktioner i den övre delen av skiktet, vilket leder till kemisk underbränning av det fasta bränslet.
Av det föregående är det tydligt att i varje satsugn som arbetar på fast bränsle äger en ostadig förbränningsprocess rum, vilket oundvikligen minskar effektiviteten hos ugnarna i drift.
Stor betydelse för ekonomisk drift av ugnen har kvaliteten på fast bränsle.
Enligt standarderna för inhemska behov särskiljs främst svarta kol (klasser D, G, Zh, K, T, etc.), såväl som brunt kol och antracit. Av bitarnas storlek bör kol levereras i följande klasser: 6-13, 13-25, 25-50 och 50-100 mm. Askhalten i kol på torr basis varierar från 14-35% för bituminöst kol och upp till 20% för antracit, fukthalten är 6-15% för bituminöst kol och 20-45% för brunkol.
Hushållskaminers ugnar har inga medel för att mekanisera förbränningsprocessen (reglering av tillförseln av sprängluft, skiktavskumning etc.), därför måste ganska höga krav ställas på kolets kvalitet för effektiv förbränning i ugnar. En betydande del av kolet tillförs dock osorterat, ordinärt, med kvalitetsegenskaper (i termer av fukthalt, askhalt, halt av fina partiklar) som är betydligt lägre än vad som föreskrivs av standarderna.
Förbränningen av undermåligt bränsle är ofullkomlig, med ökade förluster från kemisk och mekanisk underbränning. Academy of Public Utilities. K. D. Pamfilov, fastställdes den årliga materiella skadan som orsakades till följd av tillförseln av kol av låg kvalitet. Beräkningar visade att den materiella skadan orsakad av ofullständig användning av bränsle är cirka 60 % av kostnaden för kolbrytning. Det är ekonomiskt och tekniskt ändamålsenligt att berika bränslet på de platser där det produceras till standardtillståndet, eftersom ytterligare utgifter för anrikning kommer att uppgå till ungefär hälften av det angivna beloppet för materiell skada.
En viktig kvalitativ egenskap hos kol, som påverkar effektiviteten av dess förbränning, är dess fraktionella sammansättning.
På förhöjt innehåll i bränslet av fina partiklar stänger det, när det komprimeras, luckorna i det brinnande bränsleskiktet, vilket leder till kraterförbränning, som har en ojämn karaktär över skiktets yta. Av samma anledning brinner brunkol sämre än andra typer av bränsle, som tenderar att spricka när det upphettas för att bildas betydande mängd små saker.
Å andra sidan, användningen av överdriven stora bitar kol (mer än 100 mm) leder också till kraterförbränning.
Fuktighet i kol, generellt sett, försämrar inte förbränningsprocessen; det minskar dock specifik värme förbränning, förbränningstemperatur, och komplicerar också lagringen av kol, eftersom det vid minusgrader fryser. För att förhindra frysning bör fukthalten i kol inte överstiga 8 %.
Skadlig komponent i fast bränsle är svavel, eftersom produkterna från dess förbränning är svaveldioxid S02 och svaveldioxid S03, som har starka korrosiva egenskaper och är också mycket giftiga.
Det bör noteras att i satsugnar kan vanligt kol, även om det är mindre effektivt, fortfarande förbrännas på ett tillfredsställande sätt; för långbrännande ugnar måste dessa krav kategoriskt uppfyllas till fullo.
I ugnar kontinuerlig åtgärd, där flytande eller gasformiga bränslen förbränns, är förbränningsprocessen inte cyklisk utan kontinuerlig. Bränsleflödet in i ugnen sker jämnt, på grund av vilket ett stationärt förbränningsläge observeras. Om under förbränning av fast bränsle temperaturen i ugnens eldstad fluktuerar över ett brett intervall, vilket negativt påverkar förbränningsprocessen, då under förbränning naturgas strax efter påslagning av brännaren når temperaturen i ugnsutrymmet 650-700 °C. Vidare ökar den konstant med tiden och når 850-1100 °C i slutet av ugnen. Temperaturökningshastigheten i detta fall bestäms av ugnsutrymmets termiska spänning och tiden för ugnsbränning (fig. 25). Gasförbränning är relativt lätt att hålla vid ett konstant luftöverskottsförhållande, vilket sker med hjälp av ett luftspjäll. På grund av detta, när gas förbränns i ugnen, skapas ett stationärt förbränningsläge, vilket gör det möjligt att minimera värmeförluster med avgaser och uppnå ugnsdrift med hög effektivitet, som når 80-90%. Verkningsgraden hos en gasolkamin är stabil över tid och är betydligt högre än för fastbränslekaminer.
Inverkan av bränsleförbränningsläget och storleken på området för den värmemottagande ytan av rökkretsarna på ugnens effektivitet. Teoretiska beräkningar visar att värmeugnens termiska verkningsgrad, d.v.s. värdet termisk effektivitet, beror på de så kallade externa och interna faktorerna. Externa faktorer inkluderar arean av den värmeavgivande yttre ytan S av ugnen i området för eldstaden och rökcirkulationen, väggtjocklek 6, värmeledningskoefficient K för materialet i ugnens väggar och värmekapacitet C. Ju större värde. S, X och mindre än 6, desto bättre värmeöverföring från ugnens väggar till den omgivande luften, kyls gaserna mer fullständigt och desto högre effektivitet har ugnen.
Ris. Fig. 3. Förändring av temperaturen på förbränningsprodukter i eldstaden i en gasvärmeugn, beroende på ugnsutrymmets intensitet och förbränningstiden
De interna faktorerna inkluderar i första hand värdet av eldstadens effektivitet, vilket främst beror på fullständigheten av bränsleförbränning. I uppvärmningsugnar med periodisk verkan sker nästan alltid värmeförluster från kemisk ofullständig förbränning och mekanisk underbränning. Dessa förluster beror på perfektion av organisationen av förbränningsprocessen, bestäms av den specifika termiska spänningen hos ugnens volym Q/V. Värdet på QIV för en eldstad av en given design beror på förbrukningen av det bränsle som förbränns.
Forskning och driftserfarenhet har visat att det finns ett optimalt Q/V-värde för varje typ av bränsle- och eldstadsdesign. Vid lågt Q/V värms eldstadens innerväggar upp svagt, temperaturerna i förbränningszonen är otillräckliga för effektiv bränsleförbränning. Med en ökning av Q / V ökar temperaturerna i ugnsvolymen, och när ett visst värde på Q / V uppnås, optimala förhållanden brinnande. Med en ytterligare ökning av bränsleförbrukningen fortsätter temperaturnivån att stiga, men förbränningsprocessen hinner inte slutföras i eldstaden. Gasformiga brännbara komponenter förs bort in i gaskanalerna, processen för deras förbränning stoppas och kemisk underbränning av bränslet uppstår. På samma sätt, med överdriven bränsleförbrukning, hinner inte en del av den brinna ut och förblir på gallret, vilket leder till mekanisk underbränning. För att uppvärmningsugnen ska ha maximal effektivitet är det således nödvändigt att dess eldstad arbetar med optimal termisk spänning.
Värmeförluster till miljön från eldstadens väggar minskar inte ugnens effektivitet, eftersom värmen går åt till användbar uppvärmning av rummet.
Den andra viktiga interna faktorn är rökgasflödet Vr. Även om ugnen arbetar med det optimala värdet av den termiska spänningen i eldstaden, kan volymen av gaser som passerar genom skorstenarna variera avsevärt på grund av en förändring i överskottsluftskoefficienten am, vilket är förhållandet mellan det faktiska luftflödet som kommer in i skorstenen. ugnen till dess teoretiskt erforderliga mängd. För ett givet värde på QIV kan värdet på am variera över ett mycket brett intervall. I konventionella satsuppvärmningsugnar kan värdet av a under perioden med maximal förbränning vara nära 1, d.v.s. motsvara den minsta möjliga teoretiska gränsen. Men under perioden för bränsleberedning och vid efterbränning av rester ökar värdet av am i satsugnar vanligtvis kraftigt och når ofta extremt höga värden - cirka 8-10. Med en ökning av at ökar volymen av gaser, tiden för deras vistelse i rökcirkulationssystemet minskar och som ett resultat ökar värmeförlusterna med avgaserna.
På fig. 4 visar grafer över beroendet av effektiviteten hos uppvärmningsugnen på olika parametrar. På fig. 4 visar a värdena för värmeugnens effektivitet beroende på värdena för am, från vilket det är tydligt att med en ökning av am från 1,5 till 4,5 minskar effektiviteten från 80 till 48%. På fig. 4b visar beroendet av uppvärmningsugnens effektivitet på området för den inre ytan av rökkretsarna S, från vilken det kan ses att med en ökning av S från 1 till 4 m2 ökar effektiviteten från 65 till 90 %.
Utöver ovanstående faktorer beror effektiviteten på ugnsugnen ts varaktighet (fig. 4, c). När x ökar värms ugnens innerväggar upp till en högre temperatur och gaserna respektive kyls mindre. Därför, med en ökning av ugnens varaktighet, minskar effektiviteten hos varje uppvärmningsugn och närmar sig ett visst minimivärde som är karakteristiskt för en ugn av denna design.
Ris. Fig. 4. Beroende av effektiviteten hos en gasvärmeugn på olika parametrar a - på koefficienten för överskottsluft vid området för den inre ytan av rökkretsarna, m2; b - från området för den inre ytan av rökkretsarna vid olika koefficienter för överskottsluft; c - från ugnens varaktighet vid olika områden på den inre ytan av rökkretsarna, m2
Värmeöverföring av värmeugnar och deras lagringskapacitet. I värmeugnar måste värmen som måste överföras av rökgaser till det uppvärmda rummet passera genom ugnsväggarnas tjocklek. Med en förändring i tjockleken på väggarna i eldstaden och skorstenarna ändras det termiska motståndet och murverkets massivitet (dess lagringskapacitet) i enlighet med detta. Till exempel, med en minskning av tjockleken på väggarna, minskar deras termiska motstånd, värmeflödet ökar och samtidigt minskar ugnens dimensioner. En minskning av tjockleken på väggarna i satsugnar som arbetar på fast bränsle är dock oacceptabel av följande skäl: under periodisk kortvarig förbränning värms eldstadens och skorstenarnas inre ytor upp till höga temperaturer och ugnens temperatur ytterytan under perioder med maximal förbränning kommer att vara över de tillåtna gränserna; efter att förbränningen upphört på grund av ytterväggarnas intensiva värmeöverföring till omgivningen kommer ugnen att svalna snabbt.
Vid stora värden på M kommer rumstemperaturen att variera över tiden över ett brett intervall och överskrida de tillåtna gränserna. Å andra sidan, om kaminen är utlagd för tjockväggig, kommer dess stora uppsättning inte att hinna värmas upp under en kort period av förbränning och dessutom, med förtjockningen av väggarna, kommer skillnaden mellan området på skorstenarnas inre yta, som tar emot värme från gaser, och området på kaminens yttre yta, som överför värme, ökar. den omgivande luften, vilket gör att ugnens utetemperatur blir för låg för att effektivt värma upp rummet. Därför finns det en sådan optimal väggtjocklek (1/2-1 tegelsten), vid vilken uppsättningen av en satsugn ackumulerar en tillräcklig mängd värme under ugnen och samtidigt en tillräckligt hög temperatur på de yttre ytorna på ugnen. ugnen nås för normal uppvärmning av rummet.
När man använder flytande eller gasformiga bränslen i uppvärmningsugnar är det ganska uppnåeligt kontinuerligt läge förbränning, därför, med kontinuerlig förbränning, finns det inget behov av värmeackumulering på grund av en ökning av murverket. Processen för värmeöverföring från gaser till ett uppvärmt rum är stationär i tiden. Under dessa förhållanden kan tjockleken på väggarna och ugnens massivitet väljas inte på grundval av att tillhandahålla ett visst lagringsvärde, utan på grundval av murverkets styrka och säkerställa korrekt hållbarhet.
Effekten av att byta ugnen från batch till kontinuerlig ses tydligt i fig. 5, som visar förändringen i temperaturen på den inre ytan av eldstadens vägg i fallet med periodisk och kontinuerlig förbränning. Med periodisk eldning, efter 0,5-1 timme, värms den inre ytan av eldstadens vägg upp till 800-900 °C.
En sådan skarp uppvärmning efter 1-2 års drift av ugnen orsakar ofta sprickbildning av tegelstenar och deras förstörelse. Detta läge är emellertid påtvingat, eftersom en minskning av värmebelastningen leder till en överdriven ökning av ugnens varaktighet.
Med kontinuerlig förbränning minskar bränsleförbrukningen kraftigt och uppvärmningstemperaturen på eldstadens väggar minskar. Som framgår av fig. 27, med kontinuerlig förbränning för de flesta kolkvaliteter, stiger väggtemperaturen från 200 till endast 450-500 ° C, medan den med periodisk förbränning är mycket högre - 800-900 ° C. Därför är eldlådorna i batchugnar vanligtvis fodrade med eldfasta tegelstenar, medan eldlådorna i kontinuerliga ugnar inte behöver foder, eftersom temperaturen på deras yta inte når den eldfasta gränsen för vanligt rött tegel (700-750 ° C).
Följaktligen, med kontinuerlig eldning, används murverk mer effektivt, kaminernas livslängd ökar kraftigt, och för de flesta kolsorter (exklusive antracit och magert kol) är det möjligt att lägga ut alla delar av kaminen från rött tegel.
Sätt in i ugnar. För att tvinga rökgaserna att passera från eldstaden genom ugnsskorstenarna till skorstenen och övervinna alla lokala motstånd som möter i deras väg, är det nödvändigt att lägga ner en viss ansträngning, som måste överskrida dessa motstånd, annars kommer ugnen att röka . Denna ansträngning kallas ugnens tryckkraft.
Uppkomsten av dragkraft illustreras i diagrammet (fig. 6). De rökgaser som genereras i eldstaden, är lättare än den omgivande luften, stiger upp och fyller skorstenen. Kolonnen av utomhusluft motsätter sig kolumnen av gaser i skorstenen, men eftersom den är kall är den mycket tyngre än gaspelaren. Om ett konventionellt vertikalplan dras genom ugnsdörren, kommer det på höger sida att påverkas (pressas) av en kolonn av heta gaser med en höjd från mitten av ugnsdörren till toppen av skorstenen, och på vänster - en kolumn av utomhus kall luft av samma höjd. Massan av den vänstra kolumnen är större än den högra, eftersom densiteten av kall luft är större än varm luft, så den vänstra kolumnen kommer att förskjuta rökgaserna som fyller skorstenen, och gaser kommer att röra sig i systemet i riktning från mer press till en mindre, d.v.s. mot skorstenen.
Ris. 5. Temperaturförändring på insidan av eldstadens vägg a - termostaten är inställd på den nedre gränsen; b - termostaten är inställd på den övre gränsen
Ris. 6. Schema för drift av skorstenen 1-ugnsdörr; 2- eldstad; 3 - utomhusluftpelare; 4 - skorsten
Dragkraftens verkan består därför i att den å ena sidan får heta gaser att stiga uppåt och å andra sidan tvingar den utomhusluft passera in i eldstaden för förbränning.
Medeltemperaturen för gaserna i skorstenen kan tas lika med det aritmetiska medelvärdet mellan temperaturen på gaserna vid skorstenens inlopp och utlopp.
- Huvuddragen i bränsleförbränningsprocesser
Sida 1
Förbränningsprocessen av fast bränsle består också av ett antal på varandra följande steg. Först och främst sker blandningsbildning och termisk beredning av bränslet, inklusive torkning och utsläpp av flyktiga ämnen. De resulterande brännbara gaserna och koksrester, i närvaro av ett oxidationsmedel, förbränns ytterligare för att bilda rökgaser och en fast icke brännbar rest - aska. Det längsta steget är förbränning av koks - kol, som är den huvudsakliga brännbara komponenten i något fast bränsle. Därför bestäms förbränningsmekanismen för fast bränsle till stor del av förbränningen av kol.
Förbränningsprocessen av fasta bränslen kan villkorligt delas in i följande steg: uppvärmning och förångning av fukt, sublimering av flyktiga ämnen och bildning av koks, förbränning av flyktiga ämnen och koks och slaggbildning. Vid förbränning av flytande bränslen bildas inte koks och slagg; vid förbränning av gasformiga bränslen finns det bara två steg - uppvärmning och förbränning.
Förbränningsprocessen för fast bränsle kan delas in i två perioder: perioden för bränsleberedning för förbränning och förbränningsperioden.
Förbränningsprocessen för fast bränsle kan delas in i flera steg: uppvärmning och förångning av fukt, sublimering av flyktiga ämnen och bildning av koks, förbränning av flyktiga ämnen och förbränning av koks.
Processen för förbränning av fast bränsle i en ström vid förhöjda tryck leder till en minskning av dimensionerna på förbränningskamrarna och till en betydande ökning av värmespänningar. Ugnar i drift kl högt blodtryck har inte antagits allmänt.
Förbränningsprocessen av fast bränsle har inte studerats tillräckligt teoretiskt. Det första steget av förbränningsprocessen, som leder till bildandet av en mellanliggande förening, bestäms av förloppet av dissociationsprocessen av oxidationsmedlet i det adsorberade tillståndet. Därefter kommer bildandet av ett kol-syrekomplex och dissociationen av molekylärt syre till ett atomärt tillstånd. Mekanismerna för heterogen katalys som tillämpas på oxidationsreaktioner av kolhaltiga ämnen är också baserade på dissociationen av oxidanten.
Förbränningsprocessen av fast bränsle kan villkorligt delas upp i tre steg, som successivt överlappar varandra.
Förbränningsprocessen av fast bränsle kan betraktas som en tvåstegsprocess med suddiga gränser mellan två steg: primär ofullständig förgasning i en heterogen process, vars hastighet beror huvudsakligen på hastigheten och förhållandena för lufttillförseln, och sekundär - förbränning av den utvecklade gasen i en homogen process, vars hastighet beror huvudsakligen på kinetiken för kemiska reaktioner. Ju fler flyktiga ämnen i bränslet, desto mer beror dess förbränningshastighet på hastigheten av pågående kemiska reaktioner.
Intensifieringen av förbränningsprocessen av fast bränsle och en betydande ökning av graden av askuppfångning uppnås i cyklonugnar. C, vid vilken askan smälter och den flytande slaggen avlägsnas genom tapphål i den nedre delen av förbränningsanordningen.
Grunden för förbränningsprocessen av fast bränsle är oxidationen av kol, som är huvudkomponenten i dess brännbara massa.
För processen för förbränning av fasta bränslen är förbränningsreaktionerna av kolmonoxid och väte av otvivelaktigt intresse. För fasta bränslen rika på flyktiga ämnen, i ett antal processer och tekniska system, är det nödvändigt att känna till förbränningsegenskaperna hos kolvätegaser. Mekanismen och kinetiken för homogena förbränningsreaktioner diskuteras i kap. Förutom ovanstående sekundära reaktioner bör listan över dem fortsätta med heterogena reaktioner av sönderdelning av koldioxid och vattenånga, reaktionen av omvandling av kolmonoxid med vattenånga och en familj av metanbildningsreaktioner som fortgår med märkbara hastigheter under högtrycksförgasning.
Förbränning av fast bränsle (koldamm) omfattar två perioder: termisk förberedelse och faktisk förbränning (Fig. 4.5).
I processen för termisk beredning (Fig. 4.5, zon I), värms partikeln, torkas, och vid en temperatur över 110 ° C börjar termisk sönderdelning av det ursprungliga bränsleämnet med frisättning av gasformiga flyktiga ämnen. Varaktigheten av denna period beror huvudsakligen på bränslets fukthalt, storleken på dess partiklar, värmeväxlingsförhållanden och är vanligtvis tiondels sekund. Processförloppet under perioden för termisk beredning är förknippat med absorptionen av värme, främst för uppvärmning, torkning av bränslet och termisk nedbrytning av komplexa molekylära föreningar, så att partikeln värms upp i denna tiden går långsamt.
Själva förbränningen börjar med antändning av flyktiga ämnen (Fig. 4.5, zon II) vid en temperatur på 400 ... 600 ° C, och värmen som frigörs under deras förbränning säkerställer accelererad uppvärmning och antändning av den fasta koksresten. Förbränningen av flyktiga ämnen tar 0,2 ... 0,5 s. Med ett högt utbyte av flyktiga ämnen (bruna och unga stenkol, skiffer, torv) är den frigjorda värmen från deras förbränning tillräcklig för att antända kokspartikeln, och med ett lågt utbyte av flyktiga ämnen blir det nödvändigt att ytterligare värma kokspartikeln från de omgivande heta gaserna (zon III).
Förbränningen av koks (Fig. 4.5, zon IV) börjar vid en temperatur på cirka 1000 ° C och är den längsta processen. Detta bestäms av det faktum att en del av syret i zonen nära ytan av partikeln används för förbränning av brännbara flyktiga ämnen och dess återstående koncentration har minskat, dessutom är heterogena reaktioner alltid sämre i hastighet än homogena reaktioner för ämnen som är homogena i kemisk aktivitet.
Som ett resultat bestäms den totala brinntiden för en fast partikel (1,0 ... 2,5 s) huvudsakligen av förbränningen av koksresten (ca 2/3 av den totala brinntiden). För bränslen med högt utbyte av flyktiga ämnen är koksresten mindre än hälften av partikelns initiala massa, därför sker deras förbränning vid olika initiala storlekar ganska snabbt och möjligheten för underbränning minskar. Äldrebränslen har en tät kokspartikel, vars förbränning tar nästan hela tiden i förbränningskammaren.
Koksresterna från de flesta fasta bränslen består huvudsakligen av, och för ett antal fasta bränslen helt och hållet, av kol (från 60 till 97 % av partikelns massa). Med tanke på att kol tillhandahåller den huvudsakliga värmeavgivningen under bränsleförbränning, låt oss överväga dynamiken för förbränning av en kolpartikel från ytan. Syre tillförs från omgivningen till kolpartikeln på grund av turbulent diffusion - turbulent massöverföring, som har en tillräckligt hög intensitet, dock stannar ett tunt gasskikt (gränsskikt) direkt vid ytan av partikeln, överföringen av oxidationsmedlet genom vilken utförs enligt lagarna för molekylär diffusion (Fig. 4.6). Detta lager hämmar avsevärt tillförseln av syre till ytan. I den sker efterförbränning av brännbara gaskomponenter som frigörs från partikeln under termisk nedbrytning. Mängden syre som tillförs per tidsenhet till en enhetsyta av en partikel med hjälp av turbulent diffusion bestäms av formeln
I (4.16) och (4.17) är С POT syrekoncentrationen i flödet som omger partikeln; Med SL - samma på gränsskiktets yttre gräns; Med POV - samma på bränsleytan; δ är tjockleken på gränsskiktet; D är koefficienten för molekylär diffusion genom gränsskiktet; A är koefficienten för turbulent massöverföring.
Den gemensamma lösningen av ekvationerna (4.16) och (4.17) leder till uttrycket
 | 4.18a |
| 4.18b |
i vilken
 | 4.19 |
Generaliserad diffusionshastighetskonstant.
Av formel (4.18) följer att tillförseln av syre till den reagerande ytan av fast bränsle bestäms av diffusionshastighetskonstanten och skillnaden mellan syrekoncentrationerna i flödet och på den reagerande ytan.
I en stadig förbränningsprocess är mängden syre som tillförs genom diffusion till reaktionsytan lika med den mängd som har reagerat på ytan som ett resultat av en kemisk reaktion. Därför hittas reaktionshastigheten för kolförbränning från ytan K s från likheten mellan masshastigheterna för två processer - diffusionstillförsel och syreförbrukning på ytan som ett resultat av en kemisk reaktion
I enlighet med Arrhenius lag är den avgörande parametern för hastigheten för en kemisk reaktion processtemperaturen. Diffusionshastighetskonstanten k D ändras något med stigande temperatur (se fig. 4.1, a), medan reaktionshastighetskonstanten k p har ett exponentiellt temperaturberoende.
Vid en relativt låg temperatur (800 ... 1000 ° C) fortskrider den kemiska reaktionen långsamt, trots överskottet av syre nära den fasta ytan, eftersom k D \u003e k R. I detta fall fördröjs förbränningen av kinetiken hos den kemiska reaktionen, därför kallas denna temperaturzon regionen för kinetisk förbränning.
Tvärtom, vid höga förbränningstemperaturer (över 1500°C) och förbränning av koldamm, fördröjs värdet av k P >> k D och förbränningsprocessen av förhållandena för tillförsel (diffusion) av syre till ytan av partikel. Dessa förhållanden motsvarar området för diffusionsförbränning. Skapandet av ytterligare förhållanden för att blanda den brinnande blandningen i denna flamtemperaturzon (en ökning av värdet på kD) bidrar till accelerationen och fördjupningen av bränsleutbränningen.
En liknande effekt när det gäller förbränningsförstärkning uppnås genom att minska partikelstorleken hos pulveriserat bränsle. Partiklar av liten storlek har ett mer utvecklat värmeväxling med omgivningen och därmed ett högre värde på kD. En ökning av temperaturen leder till en förskjutning av oxidationsprocessen till området för diffusionsförbränning.
Området för ren diffusionsförbränning av pulveriserat bränsle är karakteristiskt för flamkärnan, som har den högsta förbränningstemperaturen, och efterförbränningszonen, där koncentrationerna av reaktanter redan är låga och deras interaktion bestäms av diffusionslagarna. Tändningen av något bränsle börjar vid relativt låga temperaturer, under förhållanden med tillräcklig mängd syre, d.v.s. i det kinetiska området. I detta förbränningsområde spelar den kemiska reaktionshastigheten en avgörande roll, beroende på faktorer som bränslets reaktivitet och temperaturnivån. Inverkan av aerodynamiska faktorer i denna förbränningsregion är obetydlig.
