ВИКИДИ, ОСВІТНІ ПІД ГОРІННЯ ПАЛИВА
Найбільше забруднення атмосферного повітря надходять від установок, що працюють на вуглеводневому паливі (бензин, гас, дизельне паливо, мазут, вугілля, природний газ та ін.). Кількість забруднень визначається складом, об'єктом палива, що спалюється, і організацією процесу згоряння. Останніми роками кількість викидів від транспорту становить близько 70% від усіх викидів в атмосферу.
Горюча речовина палив складається в основному з 3-х елементів: C, , S. Горіння - швидке з'єднання кисню з цими горючими елементами, що супроводжується виділенням тепла.
При горінні протікають такі основні реакції.
Вуглець до діоксиду вуглецю С+О2СО2 + тепло
Вуглець до оксиду вуглецю 2С+О22СО+ тепло
Оксид вуглецю до діоксиду 2СО + О22СО2 + тепло
Водень до водяної пари 2Н2+О22Н2О+ тепло
Сірка до діоксиду сірки S+О2SО2+ тепло
Теплота згоряння - кількість тепла, що виділяється при згорянні одиниці палива, залежить від з'єднання, яке спалюється.
Існує три види палива: тверде, рідке, газоподібне.
Основне тверде паливо – вугілля. Характеристики вугілля змінюються від родовища до родовища. Вугілля поділяється на класи та групи за встановленим вмістом вуглецю та теплотою згоряння, віднесеною до маси без мінеральних домішок. До твердих палив відносяться горючі сланці, антрацитовий штиб, деревина, продукти її переробки, тверді відходи.
До рідких палив відносять продукти переробки нафти, вугільний дьоготь, сланцеві олії та промислові відходи різного складу. Рідкі палива розпорошують на дрібні краплі збільшення поверхні, доступної взаємодії з киснем.Ці краплі легко випаровуються при температурі топки і перебувають у газоподібному стані у процесі горіння.
Газоподібне паливо легко поєднуються з повітрям, не вимагає підготовки. Природний газ, переважно метан - переважає газоподібним паливом, що використовується нині.
Інші газоподібні палива - нафтові гази, доменний газ, ацетилен, водень та супутникові гази, склад яких залежить від типу виробництва.
На машинобудівних заводах агрегатами де спалюється паливо є: промислові котли для виробництва пари, гарячої води, електроенергії; технологічне обладнання - плавильні та термічні печі, печі для сушіння та переробки дисперсних матеріалів.
Забруднення від рухомих джерел викидів
Склад викидів під час спалювання твердого палива: пил (зола), газоподібні складові. Пил складається в основному з сажі (вуглецю), діоксиду кремнію, оксиду алюмінію, оксидів заліза, сірки та органічних забруднювачів. У вигляді слідів є інші елементи. Газоподібні викиди включають SO2, СО, вуглеводні, NOx.
При спалюванні рідкого палива застосовують мазут, сланцеве масло, дизельне паливо.
Викиди: аерозолі, SO2, SO3, CO, вуглеводні CH, NO2. До складу золи мазуту входить оксид ванадію (V2O5), MgO, сполуки свинцю.
При спалюванні газоподібного палива гази, що відходять, містять SO2, СО, вуглеводні, NOx, у значно меншій кількості, ніж при спалюванні твердих м рідких палив, виключаючи NOх.
Природний газ розглядається як відносно чисте паливо, але при поганому спалюванні, нестачі повітря тощо. можуть виникнути багато диму, СО і вуглеводнів т.к. для виявлення витоку газу до нього додають невелику кількість оксидів сірки.
При горінні газу в основному утворюються оксиди азоту. Їх вихід залежить від температури в камері згоряння та швидкості охолодження продуктів реакції. шкідливий викид паливо забруднення
Чинники, що впливають вихід забруднення. Умови експлуатації, що впливають на процес горіння, впливають на утворення забруднюючих речовин. Наприклад, кількість надлишку повітря. Якщо повітря подається в кількості, меншій за оптимальне, то паливо згоряє не повністю і збільшують вихід дисперсних забруднень, так як зростає кількість (відсоткове) незгорілого вуглецю.
Нетрадиційні види палива
Сюди відносять усі горючі матеріали (палива), за винятком вугілля та нафти: деякі види копалин палив (торф, буре вугілля, промислові та сільськогосподарські відходи та ряд синтетичних палив (спирти), що погано запалюються), які можуть бути виготовлені з різних видів традиційного та нетрадиційного виду сировини).
Значення нетрадиційної сировини - можливість у майбутньому замінювати нафту та газ та ефективно позбавлятися відходів.
Джерела нетрадиційних видів палива.
Тверді міські відходи – необроблене сміття для масового спалювання або сміття оброблене – після вилучення з нього корисних матеріалів (металів та скла).
Відходи комерційних та медичних підприємств. Складаються із целюлозних матеріалів (папір, картон), пластики.
Сільгосппродукти та відходи. Ліс, відходи обробки деревини, відходи лісового господарства, целюлозно-паперової промисловості.
Водорості та відходи морепродуктів. До них належать відходи рибообробної промисловості.
Водоочисні споруди. Їх відходами є олії, шлами та тверді відходи.
Горючі промислові відходи та відходи добувної промисловості.Це тверді речовини, рідини, гази шкідливі та нешкідливі, відпрацьовані пально-мастильні матеріали та розчинники.
Природні мінеральні джерела вуглецевих сполук (торф, буре вугілля, гудрон тощо).
Синтетика. Палива, отримані шляхом хімічних перетворень різної сировини із зазначених вище джерел.
3. В останні десятиліття у зв'язку зі швидким розвитком автотранспорту та авіації суттєво збільшилася частка викидів, що надходять в атмосферу від рухомих джерел: вантажних та легкових автомобілів, тракторів, тепловозів та літаків. У містах частку автотранспорту припадає (залежно від розвитку промисловості та числа автомобілів) від 30 до 70% загальної маси викидів.
Основний внесок у забруднення атмосфери роблять автомобілі, що працюють на бензині, потім літаки, автомобілі з дизельними двигунами, трактори та інша сільськогосподарська техніка, залізничний і водний транспорт.
Основні забруднюючі атмосферу речовини, які викидають рухомі джерела (загальне число близько 40): оксид вуглецю – 70% у загальній масі, вуглеводню – 19%, оксиди азоту (NOx) – близько 9%.
Неповністю згорілі вуглеводні (СН) надходять в атмосферу з вихлопними газами – 60%, з картера – 20%, паливного бака – 10% (пари) та карбюратора; тверді домішки (сажа) надходять в основному з вихлопними газами (90%) та з картера. СО і NOх надходять у повітря лише з вихлопними газами.
Найбільша кількість забруднюючих речовин викидається при розгоні автомобіля, під час руху з малою швидкістю. Частка СН і З більш висока при гальмуванні і на холостому ходу, частка NOx - при розгоні. Отже, автомобілі особливо забруднюють повітряне середовище при частих зупинках і під час руху з малою швидкістю.
Великий вплив на кількість та якість викидів надає режими роботи двигуна, зокрема співвідношення між масами палива та повітря, кількість палива. При збільшенні відносної маси повітря та палива, що надходять у камеру згоряння, скорочуються викиди ЗІ, але зростає викид NOx. Приблизний склад відпрацьованих газів автомобілів наведено у таблиці 2.1.
Таблиць 2.1 - Склад відпрацьованих газів автомобілів
Особливості спалювання твердих палив
Горючі гази та пари смол (так звані леткі), що виділяються при термічному розкладанні натурального твердого палива в процесі його нагрівання, змішуючись з окислювачем (повітрям), за високої температури згоряють досить інтенсивно, як звичайне газоподібне паливо. Тому спалювання палив з великим виходом летких (дрова, торф, сланець) не викликає труднощів, якщо, звичайно, вміст баласту в них (вологість плюс зольність) не настільки велике, щоб стати перешкодою для отримання потрібної для горіння температури.
Час згоряння палив із середнім (буре та кам'яне вугілля) і невеликим (худі вугілля та антрацити) виходом летких практично визначається швидкістю реакції на поверхні коксового залишку, що утворюється після виділення летких. Згоряння цього залишку забезпечує виділення основної кількості теплоти.
Реакція, що протікає на поверхні розділу двох фаз (В даному випадку на поверхні коксового шматочка) називається гетерогенної. Вона складається принаймні з двох послідовних процесів: дифузії кисню до поверхні та її хімічної реакції з паливом (майже чистим вуглецем, що залишилося після виходу летких) на поверхні.Збільшуючись за законом Арреніуса, швидкість хімічної реакції при високій температурі стає настільки великою, що весь кисень, що підводиться до поверхні, негайно входить у реакцію. В результаті швидкість горіння виявляється залежною тільки від інтенсивності доставки кисню до поверхні частки, що горить, шляхом масообміну і дифузії. На неї фактично перестають проводити як температура процесу, і реакційні характеристики коксового залишку. Такий режим гетерогенної реакції називається дифузійним. Інтенсифікувати горіння у цьому режимі можна лише шляхом інтенсифікації підведення реагенту до поверхні паливної частки. У різних топках це досягається різними способами.
Шарові топки. Тверде паливо, завантажене шаром певної товщини на розподільні грати, підпалюється і продувається (найчастіше знизу вгору) повітрям (рис. 28, а). Фільтруючись між шматочками палива, він втрачає кисень і збагачується оксидами (СО2, СО) вуглецю внаслідок горіння вугілля, відновлення вугіллям водяної пари та діоксиду вуглецю.
Мал. 28. Схеми організації топкових процесів:
а - у щільному шарі; б - у пилоподібному стані; _в - у циклонній топці;
г - у киплячому шарі; У - Повітря; Т, В - паливо, повітря; ЖШ - Рідкий шлак
Зона, у межах якої практично повністю зникає кисень, називається кисневою; її висота становить два-три діаметри шматків палива. У газах, що виходять з неї, містяться не тільки СО2, Н2Про і N2, а й горючі гази СО та Н2, що утворилися як відновлення СО2 та Н2Про вугілля, так і з летких, що виділяються з вугілля.Якщо висота шару більше, ніж кисневої зони, то за кисневою слідує відновна зона, в якій йдуть тільки реакції СО2 + С = 2СО та Н2О + С = СО + Н2. В результаті концентрація горючих газів, що виходять з шару, збільшується в міру збільшення його висоти.
У шарових топках висоту шару намагаються тримати рівною висотою кисневої зони або більшою за неї. Для допалювання продуктів неповного згоряння (Н2, СО), що виходять з шару, а також для допалювання пилу, що виноситься з нього, в топковий об'єм над шаром подають додаткове повітря.
Кількість згорілого палива пропорційно кількості поданого повітря, проте збільшення швидкості повітря понад певну межу порушує стійкість щільного шару, оскільки повітря, що проривається через шар в окремих місцях, утворює кратери. Оскільки шар завжди завантажується полидисперсное паливо, збільшується винос дрібниці. Чим більші частки, тим із більшою швидкістю можна продувати повітря через шар без порушення його стійкості. Якщо прийняти для грубих оцінок теплоту згоряння 1 м 3 повітря в нормальних умовах при αв=1 дорівнює 3,8 МДж і розуміти під wн приведений до нормальних умов витрата повітря на одиницю площі решітки (м/с), то теплонапруження дзеркала горіння (МВт/м 2 )
Топкові пристрої для шарового спалювання класифікують залежно від способу подачі, переміщення та шуровки шару палива на колосниковій решітці. У немеханізованих топках, у яких три операції здійснюють вручну, можна спалювати трохи більше 300 - 400 кг/год вугілля. Найбільшого поширення у промисловості набули повністю механізовані шарові топки з пневмомеханічними закидувачами та ланцюговими ґратами зворотного ходу (рис.29). Їх особливість - горіння палива на колосникових гратах, що безперервно рухається зі швидкістю 1 -15 м / год, сконструйованої у вигляді полотна транспортерної стрічки, що має, привід від електродвигуна. Полотно решітки складається з окремих колосникових елементів, закріплених на нескінченних шарнірних ланцюгах, що рухаються «зірочками». Необхідне для горіння повітря підводиться під ґрати через проміжки між елементами колосників.
Мал. 29. Схема топки з пневмомеханічним закидувачем та ланцюговими гратами зворотного ходу:
1 - полотно колосникових грат; 2 - Привідні «зірочки»; 3 - шар палива та шлаку; 4 – підведення повітря до закидувача; 5 - Ротор закидувача; 6 - Стрічковий живильник; 7 - паливний бункер; 8 - топковий обсяг; 9 - Екранні труби; 10 - гостре дуття та повернення винесення; 11 - обмуровування топки; 12 - заднє ущільнення; 13 - вікна для підведення повітря під шар
Факельні топки. У минулому столітті для спалювання в шарових топках (а інших тоді не було) використовували тільки вугілля, яке не містить дрібниці (зазвичай фракцію 6 - 25 мм). Фракція дрібніша за 6 мм - штиб (від німецького staub - пил) була відходом. На початку цього століття для її спалювання був розроблений пилоподібний спосіб, при якому вугілля подрібнювали до 0,1 мм, а антрацити, що важко спалюються - ще дрібніше. Такі порошинки захоплюються потоком газу, відносна швидкість між ними дуже мала. Але й час їх згоряння надзвичайно мало – секунди та частки секунд. Тому при вертикальній швидкості газу менше 10 м/с та достатній висоті топки (десятки метрів у сучасних котлах) пил встигає повністю згоріти на льоту в процесі руху разом із газом від пальника до виходу з топки.
Цей принцип і покладено в основу смолоскипних (камерних) топок, в які тонко розмелений горючий пил вдується через пальники разом з необхідним для горіння повітрям (див. рис. 28, б ) аналогічно тому, як спалюються газоподібні чи рідкі палива. Таким чином, камерні топки придатні для спалювання будь-яких палив, що є великою їх перевагою перед шаровими. Друга перевага - можливість створення топки на будь-яку практично скільки завгодно велику потужність. Тому камерні топки зараз займають в енергетиці домінуюче становище. У той же час пил не вдається стійко спалювати в маленьких топках, особливо при змінних режимах роботи, тому топки з пилу з тепловою потужністю менше 20 МВт не роблять.
Паливо подрібнюється в млинових пристроях і вдується в топку через пиловугільні пальники. Транспортуючий повітря, що вдмухується разом з пилом, називається первинним.
При камерному спалюванні твердих палив у вигляді пилу леткі речовини, виділяючись у процесі її прогріву, згоряють у факелі як газоподібне паливо, що сприяє розігріву твердих частинок до температури займання і полегшує стабілізацію факелу. Кількість первинного повітря має бути достатньою для спалювання летких. Воно становить від 15 - 25% всієї кількості повітря для вугілля з малим виходом летких (наприклад, антрацитів) до 20 - 55% для палив з великим їх виходом (бурого вугілля). Решту необхідного для горіння повітря (його називають вторинним) подають у топку окремо і перемішують з пилом вже в процесі горіння.
Для того щоб пил зайнявся, його потрібно спочатку нагріти до досить високої температури. Разом з нею, природно, доводиться нагрівати і транспортує її (тобто.первинне) повітря. Це вдається зробити тільки шляхом підмішування до потоку пилу суспензії розпечених продуктів згоряння.
Хорошу організацію спалювання твердих палив (особливо важко спалюваних, з малим виходом летких) забезпечує використання так званих равликових пальників (рис. 30).
Мал. 30. Прямоточно-равликовий пальник для твердого пилоподібного палива: У - Повітря; Т, В - паливо, повітря
Вугільний пил з первинним повітрям подається в них через центральну трубу і завдяки наявності розсікача виходить у топку у вигляді тонкого кільцевого струменя. Вторинний повітря подається через «равлик», сильно закручується в ньому і, виходячи в топку, створює потужний турбулентний закручений факел, який забезпечує підсмоктування великих кількостей розпечених газів з ядра факела до гирла пальника. Це прискорює прогрів суміші палива з первинним повітрям та її займання, тобто створює хорошу стабілізацію факела. Вторинний повітря добре перемішується з вже запаленим пилом завдяки сильній його турбулізації. Найбільші порошинки догоряють у процесі їхнього польоту в потоці газів у межах топкового об'єму.
При факельному спалюванні вугільного пилу в кожний момент часу в топці знаходиться мізерний запас палива - не більше кількох десятків кілограмів. Це робить смолоскипний процес дуже чутливим до змін витрат палива та повітря і дозволяє при необхідності практично миттєво змінювати продуктивність топки, як при спалюванні мазуту чи газу. Одночасно це підвищує вимоги до надійності постачання топки пилом, бо найменша (у кілька секунд!) перерва призведе до згасання смолоскипа, що пов'язано з небезпекою вибуху під час відновлення подачі пилу.Тому в пиловугільних топках встановлюють, як правило, кілька пальників.
При пилоподібному спалюванні палив в ядрі факела, розташованому неподалік гирла пальника, розвиваються високі температури (до 1400-1500 ° С), при яких зола стає рідкою або тістоподібною. Налипання цієї золи на стінки топки може призвести до заростання шлаком. Тому спалювання пилоподібного палива найчастіше застосовують у котлах, де стіни топки закриті водоохолоджуваними трубами (екранами), біля яких газ охолоджується і зважені в ньому частинки золи встигають затвердіти до зіткнення зі стінкою. Пилоподібне спалювання може застосовуватися також у топках з рідким шлаковидаленням, у яких стіни покриті тонкою плівкою рідкого шлаку і розплавлені частинки золи стікають у цій плівці.
Теплонапруження обсягу в пиловугільних топках зазвичай становить 150-175 кВт/м 3 , збільшуючись у невеликих топках до 250 кВт/м 3 . При хорошому перемішуванні повітря з паливом приймається αв =1,2÷1,25; qхутро = 0,5÷6 % (великі цифри – при спалюванні антрацитів у невеликих топках); qхім = 0 ÷1%.
У камерних топках вдається після додаткового розмелювання спалювати відходи вугілля, що утворюються при їх збагаченні на коксохімічних заводах (пром-продукт), коксові відсіви і ще дрібніший коксовий шлам.
Циклонні топки. Специфічний спосіб спалювання здійснено у циклонних топках. У них використовують досить дрібні частинки вугілля (зазвичай дрібніші за 5 мм), а необхідне для горіння повітря подають з величезними швидкостями (до 100м/с) по дотичній до утворює циклону. У топці створюється потужний вихор, що залучає частки в циркуляційний рух, в якому вони інтенсивно обдуваються потоком.Внаслідок інтенсивного горіння в топці розвиваються температури, близькі до адіабатних (до 2000 °С). Зола вугілля плавиться, рідкий шлак стікає по стінах. Через деякі причини від застосування таких топок в енергетиці відмовилися, і зараз вони використовуються як технологічні — для спалювання сірки з метою отримання SO2 у виробництві H2SO4, випалювання руд і т. д. Іноді в циклонних топках здійснюють вогневе знешкодження стічних вод, тобто випалювання шкідливостей, що містяться в них за рахунок подачі додаткового (звичайно газоподібного або рідкого) палива.
Топки із киплячим шаром. Стійке горіння пиловугільного факела можливе лише за високої температури у його ядрі - не нижче 1300—1500 °З. При цих температурах починає помітно окислюватись азот повітря за реакцією N2 + O2= 2NO. Певна кількість NO утворюється з азоту, що міститься в паливі. Оксид азоту, викинутий разом із димовими газами в атмосферу, доокислюється в ній до високотоксичного діоксиду NO2. У СРСР гранично допустима концентрація NO2 (ГДК), безпечна для здоров'я людей, у повітрі населених пунктів становить 0,085 мг/м 3 . Щоб забезпечити її, на великих теплових електростанціях доводиться будувати високі димові труби, що розкидають димові гази на велику площу. Однак при зосередженні великої кількості станцій недалеко одна від одної і це не рятує.
У низці країн регламентується не ГДК, а кількість шкідливих викидів на одиницю теплоти, виділеної при згорянні палива. Наприклад, США для великих підприємств допускається викид 28 мг оксидів азоту на 1 МДж теплоти згоряння. У СРСР норми викидів становлять різних палив від 125 до 480 мг/м 3 .
При спалюванні палив, що містять сірку, утворюється токсичний SO2, дія якого на людину до того ж підсумовується з дією NO2.
Ці викиди спричиняють утворення фотохімічного смогу та кислотних дощів, що шкідливо впливають не тільки на людей та тварин, але й на рослинність. У Західній Європі, наприклад, від таких дощів гине значна частина хвойних лісів.
Якщо в золі палива оксидів кальцію та магнію недостатньо для зв'язування всього SO2 (зазвичай потрібен дво- або триразовий його надлишок порівняно зі стехіометрією реакції), до палива підмішують вапняк СаСО3. Вапняк при температурах 850-950 ° С інтенсивно розкладається на СаО та СО2, а гіпс CaSO4 не розкладається, тобто реакція справа наліво не йде. Таким чином, токсичний SO2 зв'язується до нешкідливого практично нерозчинного у воді гіпсу, який видаляється разом із золою.
З іншого боку, у процесі діяльності людини утворюється велика кількість горючих відходів, які не вважаються паливом у загальноприйнятому значенні: «хвости» вуглезбагачення, відвали при видобутку вугілля, численні відходи целюлозно-паперової промисловості та інших галузей народного господарства. Парадоксально, наприклад, що «порода», яку біля вугільних шахт складають у величезні терикони, найчастіше самозаймається і тривалий час забруднює димом і пилом навколишній простір, але ні в шарових, ні в камерних топках її не вдається спалити через великий вміст золи.У шарових топках зола, спекаючись при горінні, перешкоджає проникненню кисню до частин пального, в камерних не вдається отримати потрібну для стійкого горіння в них високу температуру.
Настійна необхідність розробки безвідходних технологій, що виникла перед людством, поставила питання про створення топкових пристроїв для спалювання таких матеріалів. Ними стали топки з киплячим шаром.
Псевдозрідженим (або киплячим) називається шар дрібнозернистого матеріалу, що продувається знизу вгору газом зі швидкістю, що перевищує межу стійкості щільного шару, але недостатньою для винесення частинок з шару. Інтенсивна циркуляція частинок в обмеженому обсязі камери створює враження бурхливо киплячої рідини, що пояснює походження назви.
Фізично продувається знизу щільний шар частинок втрачає стійкість тому, що опір фільтрується через нього газу стає рівним ваги стовпа матеріалу на одиницю площі решітки, що підтримує. Оскільки аеродинамічний опір є сила, з якою газ діє частинки (і відповідно за третім законом Ньютона — частки газ), то за рівності опору і ваги шару частинки (якщо розглядати ідеальний випадок) спираються не так на ґрати, але в газ.
Середній розмір часток у топках із киплячим шаром зазвичай становить 2-3 мм. Їм відповідає робоча швидкість псевдозрідження (її беруть у 2-3 рази більше, ніж wдо) 1,5 ÷ 4 м/с. Це визначає відповідно площу газорозподільних грат при заданій тепловій потужності топки. Теплонапруга обсягу qv приймають приблизно таким самим, як і для шарових топок.
Найпростіша топка з киплячим шаром (мал. 31) багато в чому нагадує шарову та має з нею багато загальних конструктивних елементів.Принципова відмінність між ними полягає в тому, що інтенсивне перемішування частинок забезпечує сталість температури по всьому об'єму киплячого шару.
Мал. 31. Схема топки з киплячим шаром: 1 - Вивантаження золи; 2 - підведення повітря під шар; 3 - киплячий шар золи та палива; 4 - підведення повітря до закидувача; 5 - Ротор закидувача; 6 - Стрічковий живильник; 7 - паливний бункер; 8 - топковий обсяг; 9 - Екранні труби; 10 - гостре дуття та повернення винесення; 11- обмуровування топки; 12 - тепло-сприймаючі труби в киплячому шарі; У - вода; П - Пар.
Підтримка температури киплячого шару в необхідних межах (850 - 950 ° С) забезпечується двома різними способами. У невеликих промислових топках, що спалюють відходи або дешеве паливо, шар подають значно більше повітря, ніж це необхідно для повного спалювання, встановлюючи αв ≥ 2.
За тієї ж кількості виділеної теплоти температура газів зменшується в міру збільшення αв, бо та сама теплота витрачається на нагрівання великої кількості газів.
У великих енергетичних агрегатах такий метод зниження температури горіння неекономічний, бо «зайве» повітря, йдучи з агрегату, забирає і теплоту, витрачену на його нагрівання (зростають втрати з газами, що йдуть — див. далі). Тому в топках з киплячим шаром великих котлоагрегатів розміщують труби 9 та 12 с що циркулює в них робочим тілом (водою або парою), що сприймає необхідну кількість теплоти. Інтенсивне «омивання» цих труб частинками забезпечує високий коефіцієнт тепловіддачі від шару до труб, що в деяких випадках дозволяє зменшити металоємність котла порівняно з традиційним.Паливо стійко горить при його вмісті в киплячому шарі, що становить 1% і менше; решта 99 % з зайвим - попел. Навіть за таких несприятливих умов інтенсивне перемішування не дозволяє зольним частинкам блокувати горючі від доступу до них кисню (на відміну від щільного шару). Концентрація горючих при цьому виявляється однаковою по всьому об'єму киплячого шару. Для видалення золи, що вводиться з паливом, частина матеріалу шару безперервно виводиться з нього у вигляді дрібнозернистого шлаку — найчастіше просто «зливається» через отвори в подіні, оскільки киплячий шар здатний текти як рідина.
Топки з циркуляційним киплячим шаром. Останнім часом з'явилися топки другого покоління із так званим циркуляційним киплячим шаром. За цими топками встановлюють циклон, у якому вловлюються всі недогорілі частинки і повертаються назад у топку. Таким чином, частки виявляються «замкненими» в системі топка - циклон-топка доти, доки не згорять повністю. Ці топки мають високу економічність, яка не поступається камерному способу спалювання, при збереженні всіх екологічних переваг.
Топки з киплячим шаром широко використовуються не тільки в енергетиці, але і в інших галузях промисловості, наприклад для спалювання колчеданів з метою отримання SО2, випалу різних руд та їх концентратів (цинкових, мідних, нікелевих, золотовмісних) і т. д. (З точки зору теорії горіння випал, наприклад, цинкової руди за реакцією2 = 2ZnO + 2SO2 є згоряння цього специфічного «палива», що протікає, як і всі реакції горіння, з виділенням великих кількостей теплоти. твердих, рідких та газоподібних) - шламів освітлення стічних вод, сміття і т.д.
Тема 12. Печі хімічної промисловості. Принципова схема паливної печі. Класифікація печей хімічної промисловості Основні типи печей, особливості їхньої конструкції. Тепловий баланс печей
Печі хімічної промисловості. Принципова схема паливної печі
Промислова піч є енерготехнологічним агрегатом, призначеним для термічної обробки матеріалів з метою надання їм необхідних властивостей. Джерелом теплоти в паливних (полум'яних) печах є різні види вуглецевого палива (газ, мазут та ін). Сучасні пічні установки часто являють собою великі механізовані та автоматизовані агрегати високої продуктивності.
Найбільше значення вибору технологічного режиму процесу має оптимальна температура технологічного процесу, що визначається термодинамическим і кінетичним розрахунками процесів. Оптимальним температурним режимом процесу називають температурні умови, за яких забезпечується максимальна продуктивність цільового продукту в даній печі.
Зазвичай робоча температура в печі трохи нижче оптимальної, вона залежить від умов спалювання палива, умов теплообміну, ізоляційних властивостей та стійкості футерування печі, теплофізичних властивостей матеріалу, що переробляється та ін. факторів.Наприклад, для випалювальних печей робоча температура знаходиться в інтервалі між температурою активного перебігу окислювальних процесів та температурою спікання продуктів випалу. Під тепловим режимом печі розуміють сукупність процесів інерції теплоти, теплоти масообміну та механіки середовищ, що забезпечують розподіл теплоти в зоні технологічного процесу. Тепловий режим зони технологічного процесу визначає тепловий режим усієї печі.
На режим роботи печей дуже впливає склад газової атмосфери в печі, необхідний для правильного протікання технологічного процесу. Для окислювальних процесів газове середовище в печі має містити кисень, кількість якого коливається від 3 до 15% і більше. Для відновного середовища характерний низький вміст кисню (до 1-2%) та присутність відновлювальних газів (СО, Н2 та ін) 10-20% і більше. Склад газової фази визначає умови спалювання палива в печі та залежить від кількості повітря, що надходить на горіння.
Рух газів у печі істотно впливає на технологічний процес, на горіння і теплопередачу, а в печах, «киплячого шару» або вихрових печах рух газів є основним фактором сталої роботи. Примусовий рух газів здійснюється димососами та вентиляторами.
На швидкість технологічного процесу впливає рух матеріалу, що піддається термообробці.
Схема пічної установки включає такі елементи: топковий пристрій для спалювання палива та організації теплообміну; робочий простір печі для виконання цільового технологічного режиму; теплообмінні пристрої для регенерації теплоти димових газів (підігрів газу, повітря); утилізаційні установки (запічні котли-утилізатори) для використання теплоти газів, що йдуть; тяговий та дутевий пристрій (димососи, вентилятори) для видалення згоряння палива та газоподібних продуктів термічної обробки матеріалів та подачі повітря до пальників, форсунок під колосники; очисні пристрої (фільтри тощо).
Сподобалася стаття? Додай її в закладку (CTRL+D) і не забудь поділитися з друзями:
