Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Температура горения кокса

Горение - кокс - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Горение - кокс

Cтраница 3

При горении кокса в регенераторе от 20 до 90 % содержащегося в нем азота превращается в NOX и выбрасывается с дымовыми газами. В штате Калифорния ( США) допускается выброс NOX с дымовыми газами не более 0 005 % мае. [31]

При горении кокса вблизи фурм печи проплавляемые материалы постепенно опускаются навстречу потоку раскаленных газов, образующихся в горне и в заплечиках печи. Под действием потока раскаленных газов шихтовые материалы нагреваются и претерпевают ряд физических и химических изменений. На колошнике печи температура газов равна 300 - 550 С, а вблизи фурм она достигает 1900 С. [33]

При горении кокса в области фурм в вагранке образуется главным образом СО2 и некоторое количество СО. При этом выделяется большое количество тепла, температура газов быстро растет и на расстоянии - - 0 3 м от уровня фурм достигает 1500 - 1600 С. [35]

При горении кокса в этой области выделяется тепло, расходуемое на нагревание материалов, химическое восстановление элементов и другие процессы. Вследствие сгорания углерода кокса, плавления сульфата натрия и непрерывного отвода газовой и жидкой фаз обеспечивается сход шихты. [36]

При горении кокса IB нижней части печи образуется двуокись углерода, которая проходит через толщу раскаленного кокса. [38]

Необходимый для горения кокса воздух подают специальным вентилятором и печь снизу с избытком на 5 - 6 % от теоретически необходимого. [39]

Необходимый для горения кокса воздух подается в печи снизу-в количестве на 5 - 6 % больше теоретического. Сопротивление шихты воздуху, в зависимости от высоты печи и степени фор-сировки ее, обычно колеблется в пределах от 40 до 100 мм вод. ст. При обжиге мела, растрескивающегося в печи и требующего, в соответствии с большей нормой топлива, большего количества воздуха, сопротивление возрастает до 70 - 120 мм. [40]

В зоне горения кокса температура достигает 2000 С, газообразные продукты сгорания СО, СО2, азот воздуха нагреваются до высокой температуры и поднимаются вверх. Тепло газов передается твердым материалам. Степень нагрева проплавляемых материалов зависит от того, как далеко они расположены от горна и какой газопроницаемостью обладают. На каждом горизонте доменной печи, несмотря на неравномерное распределение температуры по сечению, слой материалов нагрет до какой-то постоянной средней температуры. [41]

Кинетика процесса горения кокса на окислах кремния, алюминия и магния имеет как количественное, так и качественное сходство с кинетикой горения чистого графита и свидетельствует о существовании основной, нека-тализируемой скорости сжигания на таких окислах. [42]

Максимальная температура горения кокса наблюдается в верхних слоях катализатора, где концентрация кислорода максимальна. Градиент температуры газового потока по реактору при газовоздушной регенерации достигает 40 - 50 С и при паровоздушной регенерации 55 - 65 С. [43]

В результате горения кокса в доменной печи выделяется теплота и образуется газовый поток, содержащий СО, С02 и другие газы. При этом в печи немного выше уровня фурм температура становится более 2000 С. Горячие газы, поднимаясь вверх, отдают свою теплоту шихтовым материалам и нагревают их, охлаждаясь до 400 - 300 С у колошника. [44]

Страницы: 1 2 3 4

www.ngpedia.ru

Температура горения угля в печи, горение древесного угля в мангале

Для домовладельцев, пользующихся для обогрева жилища различными видами твердого топлива, немалый интерес представляет такой параметр, как температура горения угля. Логически рассуждая, чем выше эта температура, тем больше тепла можно получить при сжигании топлива. Но это теория, а на практике все происходит несколько иначе. О реальном сжигании этого ценного ископаемого и пойдет речь в данном материале.

Виды углей и их свойства

Все угли, добываемые из наших недр и пригодные к сжиганию в топках котлов и печей, делятся на 3 группы:

бурые;
каменные;
антрацит.

Из всех перечисленных бурые угли считаются наиболее молодыми, включают в себя множество летучих примесей и отличаются бурым цветом, отсюда и возникло их название. Данное топливо содержит до 70% чистого углерода и до 40% влаги. По этой причине теплоотдача и температура горения бурого угля самые низкие среди прочих. Он легко загорается, поскольку низшая температура воспламенения составляет всего 250 ºС, но и теплота сгорания невысока – около 3600 ккал/кг, а температура сжигания – около 1900 ºС.

Из-за своих низких показателей теплотворной способности ископаемое в естественном виде очень редко используется в качестве энергоносителя для обогрева частных домов. Другое дело – брикетированный уголь, его теплоотдача составляет 5000 ккал/кг.

Следующими по возрасту идут каменные угли, они действительно старше и залегают еще глубже в недрах, чем бурые (до 3 км). Чистого углерода в них – до 95%, воды – 12%, а летучих примесей – до 30%. Благодаря этому теплоотдача каменного горючего составляет 7000 ккал/кг, хотя для его розжига потребуется температура 400 ºС. Данное топливо теоретически сгорает при 2100 ºС, хотя температура горения каменного угля в печи никогда не достигает таких значений. Максимум, что может быть – это 1000 ºС. На практике это самый распространенный вид топлива, применяющийся в качестве энергоносителя для обогрева зданий.

Самый древний и глубокозалегающий вид – это антрацит, на 95% и более состоящий из углерода. Примесей и влаги практически не имеет, отличается наивысшей удельной теплоотдачей (порядка 8500 ккал/кг). А вот разжечь такое топливо непросто: самый низкокалорийный сорт антрацита возгорается при температуре 600 ºС. Теоретическая температура горения – 2250 ºС. Антрацит – отличное во всех отношениях топливо с низкой зольностью и малодымное, но цена его высока.

Для справки. Каменный уголь определенного типа используется для переработки в кокс, применяемый в металлургии. И, хотя температура горения коксового угля не выше, чем у каменного, после обогащения и термической обработки при Т = 1000 ºС он превращается в кокс с наивысшей теплотой сгорания и температурой.

О сжигании угля в печах

Приведенные выше значения температур в градусах для каждого вида топлива являются теоретическими. То есть, они достижимы при идеальных условиях сгорания энергоносителя, чего в реальной жизни, да еще и в домашних условиях, не бывает. Более того, сильно перегревать кирпичную печку или металлический котел нет смысла. Они не рассчитаны на подобные режимы.

По большому счету, интенсивность горения угля в печке зависит от количества подаваемого воздуха. Угли лучше всего отдают тепло при стопроцентной подаче воздуха, но на практике этого не происходит, поскольку мы ограничиваем его количество заслонкой или задвижкой. Иначе температура в камере сжигания слишком возрастет, а так она находится в пределах 800—900 ºС.

Что касается твердотопливного котла, то чересчур интенсивный режим горения может вызвать быстрое вскипание теплоносителя и последующий взрыв. Поэтому данный вид твердого топлива сжигают в котлах двумя способами:

традиционный, с загрузкой в топку и ограничением количества воздуха.
с помощью дозированной подачи, реализованной в автоматических котлах.

Температура горения древесного угля

Обычный древесный уголь, получаемый выжиганием сухих дров, обладает на удивление высокими показателями. Его удельная теплотворная способность достигает 7400 ккал/кг, влажность – максимум 15% (зависит от условий хранения) а зольность настолько низка, что после сжигания почти ничего не остается. Что касается температуры горения березовых углей, то на практике ее достаточно, чтобы размягчать и ковать металл в кузнице. Это примерно 1200—1300 ºС.

Этот нехитрый вид горючего используется также для приготовления пищи на различных уличных печах. И, хотя условия горения древесного угля в мангале далеко не идеальны, его расход выходит гораздо меньше, чем обычных дров. Это обусловлено приличным выделением тепла и отсутствием зольных включений.

Заключение

Ископаемые угли – это особый вид твердого топлива, отличающийся повышенной температурой сжигания. Если планируется его постоянное применение, то оборудование должно быть адаптировано с учетом этой особенности. Топливник печи надо выкладывать из шамотного кирпича, а котел лучше приобретать с автоматической подачей.

cotlix.com

Температура горения дров и угля — что горит лучше. Жми!

Определение вида топлива, необходимого для печи, зависит от множества факторов.

Одним из них является количество тепла, выделяемого при сгорании.

В качестве горючего материала используются уголь, древесина, торф, топливные брикеты.

Особенности разных видов топлива

Рассмотрим два основных, наиболее распространенных, вида твердотопливного сырья — дрова и уголь.

Дрова содержат значительное количество влаги, поэтому сначала происходит испарение влаги, на что потребуется определенное количество энергии. После испарения влаги начинается интенсивное горение дров, но, к сожалению, процесс длится недолго.

Поэтому, чтобы его поддерживать, требуется регулярное подкладывание дров в топку. Температура возгорания древесины составляет около 300°С.

По количеству выделяемого тепла и длительности горения уголь превосходит древесину. В зависимости от возраста ископаемого материала минерал подразделяется на виды:

бурый;
каменный;
антрацит.

Состав топлива разных видов

Бурый уголь относится к молодым залежам, поэтому в нем содержится наибольшее количество влаги (от 20% до 40%), летучих веществ (до 50%) и небольшое количество углерода (от 50% до 70%). Температура горения у него выше, чем дерева, и составляет 350°С. Теплота сгорания — 3500 ккал/кг.

Наиболее распространенным видом топлива является каменный уголь. В нем содержится небольшое количество влаги (13-15%), а содержание горючего элемента углерода превышает 75%, в зависимости от сорта.

Средняя температура возгорания — 470°С. Летучих газов в каменном угле 40%. При сгорании выделяется 7000 ккал/кг.

К самым старым залежам твердотопливного ископаемого относится антрацит, залегающий на значительной глубине. В нем практически нет летучих газов (5-10%), а количество углерода варьируется в пределах 93-97%. Теплота сгорания находится в пределах от 8100 до 8350 ккал/кг.

Это интересно: температура горения берёзовых углей самая высокая — её достаточно для размягчения и ковки металла в кузнице. Её показатель — 1200-1300°С.

Отдельно необходимо отметить древесный уголь. Его получают из древесины путем пиролиза — сжигания при высокой температуре без доступа кислорода. Готовый продукт отличается высоким содержанием углерода (от 70% до 90%). При сжигании древесного топлива выделяется около 7000 ккал/кг.

Процесс горения

В зависимости от вида и сорта топливо делится на короткопламенное и длиннопламенное. К короткопламенным относится антрацит и кокс, древесный уголь.

При сжигании антрацит выделяет много тепла, но для его розжига требуется обеспечить высокую температуру более легко воспламеняемым топливом, например, дровами. Антрацит не выделяет дыма, горит без запаха, пламя у него низкое.

Длиннопламенные виды топлива сгорают за два этапа. Сначала выделяются летучие газы, которые сгорают над слоем угля в пространстве топки.

После выгорания газов начинает сгорать оставшееся топливо, превратившееся тем временем в кокс. Кокс горит на колосниках коротким пламенем. После выгорания углерода остается зола и шлаки.

Сжигание

Рассмотрим процесс сгорания топлива в обычной печке, которую используют для отопления частных домов. Она состоит из основных частей:

топки;
поддувала;
дымохода с трубой.

Топка соединяется с поддувалом через специальную решетку (колосники), расположенные внизу топки. На колосники укладывается топливо, а из поддувала через колосники воздух поступает в топку.

Формулы горения

Температуры воспламенения разных видов топлива (нажмите для увеличения)

При загорании топлива (дрова, уголь) идет химическая реакция с выделением тепла.

Двуокись углерода вступает в реакцию с углеродом топлива в верхних слоях, образуя окись углерода.

На этом процесс горения не заканчивается, ведь поднимаясь вверх в топочном пространстве, окись углерода вступает в реакцию с кислородом из воздуха, приток которого происходит через поддувало или открытую дверцу топки.

Ее сгорание сопровождается синим пламенем и выделением тепла. Образующийся угарный газ (двуокись углерода) поступает в дымоход и улетает через трубу.

Полезно знать: когда над топливом исчезают голубые язычки пламени, тогда можно закрыть заслонку дымохода, чтобы тепло не уходило через трубу на улицу.

Тление с минимальным притоком кислорода приведет к образованию неядовитой окиси углерода, давая равномерное тепло.

Применение

Основным использованием топлива является его сжигание для выделения тепла. Тепло используется не только для отопления частного дома и приготовления пищи, но и в промышленности для обеспечения технологических процессов, происходящих при высокой температуре.

В отличие от обычной печки, где процесс поступления кислорода и интенсивность горения слабо регулируется, в промышленных печах особое внимание уделяется контролю над подачей кислорода и поддержанием равномерной температуры горения.

Рассмотрим основную схему сгорания угля.

Идет нагревание топлива и испарение влаги.
С ростом температуры начинается процесс коксования с выделением летучих коксовых газов. Сгорая, он дает основное тепло.
Уголь превращается в кокс.
Процесс горения кокса сопровождается выделением тепла, достаточного для запуска коксования следующей порции топлива.

В промышленных котлах горение кокса разделяется по разным камерам от горения коксового газа. Это позволяет осуществлять приток кислорода для кокса и газа с разной интенсивностью, добиваясь необходимой скорости горения и поддержания необходимой температуры.

Использование древесного угля

Древесный уголь в быту используется для приготовления мяса на мангале.

Благодаря высокой температуре горения (около 700°С) и отсутствию пламени обеспечивается равномерный жар, достаточный для приготовления мяса без обугливания.

Также его применяют как топливо для каминов, приготовления пищи на небольших печах.

В промышленности его используют как восстановитель при производстве металла. Незаменим древесный уголь при производстве стекла, пластмасс, алюминия.

Использование бурого угля

Хотя температура горения и теплоотдача бурого ископаемого меньше, чем каменного, его также используют для отопления и приготовления пищи.

Это объясняется его низкой стоимостью.

Но более широко применяется бурый уголь для переработки и получения различных химических веществ: полукокса, горного воска, сажи, бензина.

О горении бурого угля смотрите следующее видео:

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

teplo.guru

Горение топлива

Горение топлива - это процесс окисления горючих компонентов, происходящий при высоких температурах и сопровождающийся выделением тепла. Характер горения определяется множеством факторов, в том числе способом сжигания, конструкцией топки, концентрацией кислорода и т. д. Но условия протекания, продолжительность и конечные результаты топочных процессов в значительной мере зависят от состава, физических и химических характеристик топлива.

Состав топлива

К твердому топливу относят каменный и бурый уголь, торф, горючие сланцы, древесину. Эти виды топлив представляют собой сложные органические соединения, образованные в основном пятью элементами - углеродом С, водородом Н, кислородом О, серой S и азотом N. В состав топлива также входит влага и негорючие минеральные вещества, которые после сгорания образуют золу. Влага и зола - это внешний балласт топлива, а кислород и азот - внутренний.

Основным элементом горючей части является углерод, он обуславливает выделение наибольшего количества тепла. Однако, чем больше доля углерода в составе твердого топлива, тем труднее оно воспламеняется. Водород при сгорании выделяет в 4,4 раза больше тепла, чем углерод, но его доля в составе твердых топлив невелика. Кислород, не будучи теплообразующим элементом и связывая водород и углерод, снижает теплоту сгорания, поэтому является элементом нежелательным. Особенно велико его содержание в торфе и древесине. Количество азота в твердом топливе небольшое, но он способен образовывать вредные для окружающей среды и человека оксиды. Также вредной примесью является сера, она выделяет мало теплоты, но образующиеся оксиды приводят к коррозии металла котлов и загрязнению атмосферы.

Технические характеристики топлива и их влияние на процесс горения

Важнейшими техническими характеристиками топлива являются: теплота сгорания, выход летучих веществ, свойства нелетучего остатка (кокса), зольность и влагосодержание.

Теплота сгорания топлива

Теплота сгорания - это количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы массы (кДж/кг) или объема топлива (кДж/м3). Различают высшую и низшую теплоту сгорания. В высшую входит тепло, выделяемое при конденсации паров, которые содержатся в продуктах сгорания. При сжигании топлива в топках котлов уходящие дымовые газы имеют температуру, при которой влага находится в парообразном состоянии. Поэтому в этом случае применяют низшую теплоту сгорания, которая не учитывает теплоту конденсации водяных паров.

Состав и низшая теплота сгорания всех известных месторождений угля определены и приводятся в расчетных характеристиках.

Выход летучих веществ

При нагревании твердого топлива без доступа воздуха под воздействием высокой температуры сначала выделяются водяные пары, а затем происходит термическое разложение молекул с выделением газообразных веществ, получивших название летучих веществ.

Выход летучих веществ может происходить в интервале температур от 160 до 1100 °С, но в среднем – в области температур 400-800 °С. Температура начала выхода летучих, количество и состав газообразных продуктов зависят от химического состава топлива. Чем топливо химически старше, тем меньше выход летучих и выше температура начала их выделения.

Летучие вещества обеспечивают более раннее воспламенение твердой частицы и оказывают значительное влияние на горение топлива. Молодые по возрасту топлива - торф, бурый уголь - легко загораются, сгорают быстро и практически полностью. Наоборот, топливо с низким выходом летучих, например, антрацит, загорается труднее, горит намного медленнее и сгорает не полностью (с повышенной потерей тепла).

Свойства нелетучего остатка (кокса)

Твердая часть топлива, оставшаяся после выхода летучих, состоящая в основном из углерода и минеральной части, называется коксом. Коксовый остаток может быть в зависимости от свойств органических соединений, входящих в горючую массу: спекшимся, слабоспекшимся (разрушающимся при воздействии), порошкообразным. Антрацит, торф, бурые угли дают порошкообразный нелетучий остаток. Большинство каменных углей спекается, но не всегда сильно. Слипшийся или порошкообразный нелетучий остаток дают каменные угли с очень большим выходом летучих (42-45%) и с очень малым выходом (менее 17%).

Структура коксового остатка важна при сжигании угля в топках на колосниковых решетках. При факельном сжигании в энергетических котлах характеристика кокса не имеет большого значения.

Зольность

Твердое топливо содержит наибольшее количество негорючих минеральных примесей. Это прежде всего глина, силикаты, железный колчедан, но также могут входить закись железа, сульфаты, карбонаты и силикаты железа, оксиды различных металлов, хлориды, щелочи и т.д. Большая часть их попадает при добыче в виде пород, между которыми залегают пласты угля, но присутствуют и минеральные вещества, перешедшие в топливо из углеобразователей или в процессе преобразования его исходной массы.

При сжигании топлива минеральные примеси претерпевают ряд реакций, в результате которых образуется твердый негорючий остаток, называемый золой. Вес и состав золы не идентичны весу и составу минеральных примесей топлива.

Свойства золы играют большую роль в организации работы котла и топки. Ее частички, уносимые продуктами сгорания, при высоких скоростях истирают поверхности нагрева, а при малых скоростях отлагаются на них, что ведет к ухудшению теплопередачи. Зола, уносимая в дымовую трубу, способна нанести вред окружающей среде, во избежание этого требуется установка золоуловителей.

Важным свойством золы является ее плавкость, различают тугоплавкую (выше 1425 °С), среднеплавкую (1200-1425 °С) и легкоплавкую (менее 1200 °С) золу. Зола, прошедшая стадию плавления и превратившаяся в спекшуюся или сплавленную массу, называется шлаком. Температурная характеристика плавкости золы имеет большое значение для обеспечения надежной работы топки и поверхностей котла, правильный выбор температуры газов около этих поверхностей позволит исключить шлакование.

Влагосодержание

Влага - нежелательная составляющая топлива, она наряду с минеральными примесями является балластом и уменьшает содержание горючей части. Помимо этого, она снижает тепловую ценность, так как дополнительно требуются затраты энергии на ее испарение.

Влага в топливе может быть внутренней и внешней. Внешняя влага содержится в капиллярах или удерживается на поверхности. С химическим возрастом количество капиллярной влаги сокращается. Поверхностной влаги тем больше, чем меньше куски топлива. Внутренняя влага входит в органическое вещество.

Содержание влаги в топливе снижает теплоту его сгорания, ведет к увеличению его расхода. При этом увеличиваются объемы продуктов сгорания, потери теплоты с уходящими газами и снижается КПД котлоагрегата. Повышенная влажность в зимнее время приводит к смерзанию угля, затруднениям при размоле и уменьшению сыпучести.

Способы сжигания топлива в зависимости от вида топки

Основные виды топочных устройств:

слоевые,
камерные.

Слоевые топки предназначены для сжигания крупнокускового твердого топлива. Они могут быть с плотным и кипящим слоем. При сжигании в плотном слое воздух для горения проходит через слой, не влияя на его устойчивость, то есть сила тяжести горящих частиц превышает динамический напор воздуха. При сжигании в кипящем слое благодаря повышенной скорости воздуха частицы переходят в состояние "кипения". При этом происходит активное перемешивание окислителя и топлива, благодаря чему интенсифицируется горение топлива.

В камерных топках сжигают твердое пылевидное топливо, а также жидкое и газообразное. Камерные топки подразделяются на циклонные и факельные. При факельном сжигании частицы угля должны быть не более 100 мкм, они сгорают в объеме топочной камеры. Циклонное сжигание допускает больший размер частиц, под влиянием центробежных сил они отбрасываются на стенки топки и полностью выгорают в закрученном потоке в зоне высоких температур.

Горение топлива. Основные стадии процесса

В процессе горения твердого топлива можно выделить определенные стадии: подогрев и испарение влаги, возгонка летучих и образование коксового остатка, горение летучих и кокса, образование шлака. Такое деление процесса горения относительно условно, так как хотя эти этапы протекают последовательно, частично они налагаются друг на друга. Так, возгонка летучих веществ начинается до окончательного испарения всей влаги, образование летучих идет одновременно с процессом их горения, так же как и начало окисления коксового остатка предшествует окончанию горения летучих, а дожигание кокса может идти и после образования шлака.

Время течения каждой стадии процесса горения в значительной мере определяется свойствами топлива. Дольше всего длится стадия горения кокса, даже у топлив с большим выходом летучих. Существенное влияние на продолжительность стадий процесса горения оказывают разнообразные режимные факторы и конструктивные особенности топки.

1. Подготовка топлива до воспламенения

Топливо, поступающее в топку, подвергается нагреванию, в результате чего при наличии влаги происходит ее испарение и подсушка топлива. Время, необходимое на подогрев и подсушку, зависит от количества влаги и температуры, с которой топливо подается в топочное устройство. Для топлив с большим содержанием влаги (торф, влажные бурые угли) стадия прогрева и подсушивания сравнительна продолжительна.

В слоевые топки топливо подают с температурой, приближенной к окружающей среде. Только в зимнее время в случае смерзания угля его температура ниже, чем в котельном помещении. Для сжигания в факельных и вихревых топках топливо подвергают дроблению и размолу, сопровождаемому сушкой горячим воздухом или дымовыми газами. Чем выше температура поступающего топлива, тем меньше времени и тепла необходимо на подогрев его до температуры воспламенения.

Подсушка топлива в топке происходит за счет двух источников тепла: конвективного тепла продуктов сгорания и лучистого тепла факела, обмуровки, шлака.

В камерных топках подогрев осуществляется преимущественно за счет первого источника, то есть подмешивания к топливу продуктов сгорания в месте его ввода. Поэтому одно из важных требований, предъявляемых к конструкции устройств для ввода топлива в топку, - обеспечение интенсивного подсоса продуктов сгорания. Уменьшению времени нагрева и подсушки также способствует более высокая температура в топке. С этой целью при сжигании топлив с началом выхода летучих при высоких температурах (более 400 °С) в камерных топках делают зажигательные пояса, то есть закрывают экранные трубы огнеупорным теплоизоляционным материалом, чтобы снизить их тепловосприятие.

При сжигании топлива в слое роль каждого вида источников тепла определяется конструкцией топки. В топках с цепными решетками нагревание и подсушка осуществляются преимущественно лучистым теплом факела. В топках с неподвижной решеткой и подачей топлива сверху подогрев и подсушивание происходят за счет движущихся через слой снизу вверх продуктов сгорания.

В процессе нагревания при температуре выше 110 °С начинается термическое разложение органических веществ, входящих в состав топлив. Наименее прочными являются те соединения, которые содержат значительное количество кислорода. Эти соединения распадаются при сравнительно невысоких температурах с образованием летучих веществ и твердого остатка, состоящего преимущественно из углерода.

Молодые по химическому составу топлива, содержащие много кислорода, имеют низкую температуру начала выхода газообразных веществ и дают их больший процент. Топлива с малым содержанием соединений кислорода имеют небольшой выход летучих и более высокую температуру их воспламенения.

Содержание в твердом топливе молекул, которые легко подвергаются разложению при нагревании, оказывает влияние и на реакционную способность нелетучего остатка. Сначала разложение горючей массы происходит преимущественно на наружной поверхности топлива. По мере дальнейшего прогревания пирогенетические реакции начинают происходить и внутри частиц топлива, в них повышается давление и внешняя оболочка разрывается. При сжигании топлив с большим выходом летучих коксовый остаток становится пористым и имеет большую поверхность по сравнению с плотным твердым остатком.

2. Процесс горения газообразных соединений и кокса

Собственно горение топлива начинается с воспламенения летучих веществ. В период подготовки топлива происходят разветвленные цепные реакции окисления газообразных веществ, сначала эти реакции протекают с малыми скоростями. Выделяющееся тепло воспринимается поверхностями топки и частично накапливается в виде энергии движущихся молекул. Последнее приводит к возрастанию скорости цепных реакций. При определенной температуре реакции окисления идут с такой скоростью, что выделяющееся тепло полностью покрывает теплопоглощение. Эта температура является температурой воспламенения.

Температура воспламенения не является константой, она зависит как от свойств топлива, так и от условий в зоне воспламенения, в среднем составляет 400-600 °С. После воспламенения газообразной смеси дальнейшее самоускорение реакций окисления вызывает повышение температуры. Для поддержания горения необходим непрерывный подвод окислителя и горючих веществ.

Воспламенение газообразных веществ приводит к окутыванию коксовой частицы огневой оболочкой. Горение кокса начинается, когда к концу подходит горение летучих. Твердая частица прогревается до высокой температуры, и по мере уменьшения количества летучих веществ снижается толщина пограничного горящего слоя, кислород достигает раскаленной поверхности углерода.

Горение кокса начинается при температуре 1000 °С и является самым длительным процессом. Причина в том, что, во-первых, снижается концентрация кислорода, во-вторых, гетерогенные реакции протекают более медленно, чем гомогенные. В итоге длительность горения частицы твердого топлива определяется в основном временем горения коксового остатка (около 2/3 общего времени). Для топлив с большим выходом летучих, твердый остаток составляет менее ½ начальной массы частицы, поэтому их сжигание происходит быстро и возможность недожога невысока. Химически старые топлива имеют плотную частицу, горение которой занимает почти все время нахождения в топке.

Коксовый остаток большинства твердых топлив в основном, а для некоторых видов - целиком состоит из углерода. Горение твердого углерода происходит с образованием окиси углерода и углекислого газа.

Оптимальные условия для тепловыделения

Создание оптимальных условий для процесса горения углерода - основа правильного построения технологического метода сжигания твердых топлив в котельных агрегатах. На достижение наибольшего тепловыделения в топке могут оказывать влияние следующие факторы: температура, избыток воздуха, первичное и вторичное смесеобразование.

Температура. Тепловыделение при сжигании топлива существенно зависит от температурного режима топки. При относительно низких температурах в ядре факела имеет место неполнота сгорания горючих веществ, в продуктах сгорания остаются окись углерода, водород, углеводороды. При температурах от 1000 до 1800-2000 °С достижимо полное сгорание топлива.

Избыток воздуха. Удельное тепловыделение достигает максимального значения при полном сгорании и коэффициенте избытка воздуха, равном единице. С уменьшением коэффициента избытка воздуха выделение тепла падает, так как недостаток кислорода приводит к окислению меньшего количества топлива. Понижается температурный уровень, снижаются скорости реакций, что приводит к резкому уменьшению тепловыделения.

Повышение коэффициента избытка воздуха больше единицы снижает тепловыделение еще сильнее, чем недостаток воздуха. В реальных условиях сжигания топлива в топках котлов предельные значения тепловыделения не достигаются, так как присутствует неполнота сгорания. Она во многом зависит от того, как организованы процессы смесеобразования.

Процессы смесеобразования. В камерных топках первичное смесеобразование достигается подсушкой и перемешиванием топлива с воздухом, подачей в зону подготовки части воздуха (первичного), созданием широко раскрытого факела с широкой поверхностью и высокой турбулизацией, применением подогретого воздуха.

В слоевых топках задача первичного смесеобразования состоит в том, чтобы подавать необходимое количество воздуха в разные зоны горения на решетке.

С целью обеспечения догорания газообразных продуктов неполного горения и кокса организуют процессы вторичного смесеобразования. Этим процессам способствуют: подача вторичного воздуха с высокой скоростью, создание такой аэродинамики, при которой достигается равномерное заполнение факелом всей топки и, следовательно, вырастает время пребывания газов и коксовых частичек в топке.

3. Образование шлака

В процессе окисления горючей массы твердого топлива происходят значительные изменения и минеральных примесей. Легкоплавкие вещества и сплавы с низкой температурой плавления растворяют тугоплавкие соединения.

Обязательным условием нормальной работы котлоагрегатов является бесперебойный отвод продуктов сгорания и образующегося шлака.

При слоевом сжигании шлакообразование может приводить к механическому недожогу - минеральные примеси обволакивают недогоревшие частиц кокса либо вязкий шлак может перекрывать воздушные проходы, преграждая доступ кислорода к горящему коксу. Для снижения недожога применяют различные мероприятия - в топках с цепными решетками увеличивают время нахождения шлака на решетке, производят частую шуровку.

В слоевых топках вывод шлака производится в сухом виде. В камерных топках шлакоудаление может быть сухим и жидким.

Таким образом, горение топлива является сложным физико-химическим процессом, на который оказывает воздействие большое количество различных факторов, но все они должны быть учтены при проектировании котлов и топочных устройств.

topky.ru

Горение - кокс - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Горение - кокс

Cтраница 1

Горение кокса начинается самопроизвольно и распространяется на закоксованные участки пирозмеевика. Требуется внимательно наблюдать за передвижением фронта сгорания кокса и в случае обнаружения перегретых участков стенки труб выше 1000 С снижать расход воздуха или уменьшать интенсивность работы горелок в районе перегрева пирозмеевика. [1]

Горение кокса на алюмоплатиновых катализаторах происходит при равных условиях со скоростью до двух порядков больше, чем при регенерации алюмосиликат-ных катализаторов крекинга, так как платина является активным катализатором окисления. При высоком содержании платины в катализаторе кокс полимеризуется в меньшей степени из-за гидрирования его предшественников, образующихся в ходе реакции, катализируемой платиной. Менее полимеризованные отложения окисляются при меньшей температуре. [2]

Горение кокса толстым слоем происходит в нижней части газогенератора при недостатке воздуха, в результате чего одним из основных продуктов его сгорания получается тоже горючий газ - окись углерода. [3]

Горение кокса поддерживается воздухом, который вентиляторы подают под давлением в фурменный пояс 6, а оттуда через фурмы 7 внутрь шахты вагранки. [4]

Горение кокса происходит у фурм, через которые в доменную печь поступает воздух, нагретый до 1000 - 1200 С с избыточным давлением 304 кН / м2 и линейной скоростью 140 - 200 м / с. Окислительная зона простирается от фурм примерно на 1200 мм к оси лечи и на 600 - 1000 мм вверх. [5]

Горение кокса происходит по зонам - сверху вниз по реактору. Количество подаваемого воздуха регулируется в зависимости от температуры. При повышении температуры до 500 - 550 С подачу воздуха уменьшают или даже прекращают. Окончание выжигания определяется снижением температуры. Для сохранения трубных решеток теплообменников температура решеток не должна быть выше 475 С, поэтому в газ, выходящий из реакторов, подают холодный инертный газ из нагнетательной лини циркуляционных компрессоров. Для нейтрализации образующихся при этом кислот в скруббер-промыватель подводится 10 % - ный раствор щелочи. [6]

Горение кокса и необходимая для выплавки чугуна температура поддерживается вдуванием в горн предварительно нагретого воздуха или кислорода. В горне уголь сгорает, образуя смесь СО и ССЬ, которая, поднимаясь вверх и проходя сквозь слои раскаленного кокса, полностью превращается в СО. Процесс восстановления руды происходит и заканчивается в основном в верхней части шахты. [7]

Горение кокса происходит в нижней части печи, к которой подается подогретый воздух через специальные трубы, называемые фурмами. [9]

Горение натурального кокса зависит также от способа шлакоудаления. По мере выгорания углерода на поверхности частиц топлива образуется золовая корочка, затрудняющая доступ окислителя к поверхности углерода. Слой зашлаковывается, и горение топлива сильно затрудняется. [10]

Для горения кокса ( зона / / /) и выжига шлака ( зона V) при этом остается мало места и времени, что, особенно при сжигании высокозольных топлив, всегда вызывает увеличение потери тепла от механической неполноты сгорания ( в шлаке) или вызывает необходимость уменьшения теплового напряжения решетки. [11]

Режим горения кокса в трубах регулируют изменением соотношения подаваемых количеств пара и воздуха. [12]

Процесс горения кокса на катализаторе может сопровождаться пирогенизацией и образованием водорода, легких углеводородных газов и дальнейшим уплотнением кокса до чистого углерода либо до образования сажевых частиц. [14]

Скорость горения кокса по реакции С СОр 2 СО складывается из скорости реакции на поверхности взаимодействия и скорости диффузии: углекислый газ диффундирует к активной поверхности через газовый ламинарный слой вокруг углеродной частицы. [15]

Страницы: 1 2 3 4

www.ngpedia.ru

Температура горения угля | Оракал

Для владельцев дома, пользующихся для обогревания дома разными видами твёрдого топлива, большой интерес представляет этот параметр, как температура горения угля. Логически подумывая, чем выше эта температура, тем больше тепла можно получить во время сжигания топлива. Однако это доктрина, а как показала практика все происходит двери гладкиенемного по другому. О настоящем сжигании этого ценного ископаемого и пойдёт речь в этом материале.

Виды углей и их свойства

Все угли, добываемые из наших недр и пригодные к сжиганию в камерах сгорания котлов и печей, разделяют на 3 группы:

бурые;
каменные;
уголь.

Из всех указанных бурые угли считаются намного более молодыми, в себя включают много летучих примесей и выделяются бурым цветом, отсюда и появилось их наименование. Данное горючее имеет до 70% чистого углерода и до 40% влаги. Из-за этой причины отдача тепла и температура горения бурого угля очень низкие среди других. Он легко воспламеняется, так как невысокая температура возгорания составляет всего 250 ?С, но и теплота сгорания не большая – около 3600 ккал/кг, а температура сжигания – около 1900 ?С.

Из-за собственных невысоких показателей теплотворной способности ископаемое в натуральном виде довольно не часто применяется в качестве энергоносителя для обогревания приватных домов. Иное дело – брикетированный уголь, его отдача тепла составляет 5000 ккал/кг.

Следующими по возрасту идут каменные угли, они на самом деле старше и залегают еще глубже в недрах, чем бурые (до трех километров). Чистого углерода в них – до 95%, воды – 12%, а летучих примесей – до 30%. Вследствие этого отдача тепла каменного горючего составляет 7000 ккал/кг, хотя для его розжига понадобится температура 400 ?С. Данное горючее в теории горит при 2100 ?С, хотя температура горения каменного угля в печи никогда не может достигать таких значений. Максимум, что может быть – это 1000 ?С. Как показала практика это самый популярный вид топлива, применяющийся в качестве энергоносителя для обогревания строений.

Очень древний и глубокозалегающий вид – это уголь, на 95% и более который состоит из углерода. Примесей и влаги почти что не имеет, различается самой высокой удельной отдачей тепла (порядка 8500 ккал/кг). А вот распалить такое горючее сложно: самый низкокалорийный сорт угля воспламеняется при температуре 600 ?С. Теоретическая температура горения – 2250 ?С. Уголь – замечательное во всех отношениях горючее с невысокой зольностью и малодымное, однако стоимость его высока.

Для справки. Каменный уголь конкретного типа применяется для переработки в древесный уголь, используемый в металлургической сфере. И, хотя температура горения коксового угля не больше, чем у каменного, после обогащения и обработки термическим способом при Т = 1000 ?С он преобразуется в древесный уголь с самой высокой теплотой сгорания и температурой.

О сжигании угля в печах

Вышеприведенные значения температур в градусах для любого вида топлива являются теоретическими. Другими словами, они достижимы при замечательных условиях сгорания энергоносителя, чего в реальности, да еще и дома, не бывает. Кроме того, сильно нагревать кирпичную печку или металлический котел нет смысла. Они не рассчитаны на аналогичные режимы.

По большому счёту, интенсивность горения угля в печке зависит от численности подаваемого воздуха. Угли прекраснее всего отдают тепло при стопроцентной подаче воздуха, но как показала практика этого не случается, так как мы ограничиваем его кол-во заслонкой или задвижкой. Иначе температура в камере сжигания чрезмерно возрастет, а так она находится в границах 800—900 ?С.

Что же касается котла работающего на твёрдом топливе, то слишком активный режим горения может вызвать быстрое вскипание теплового носителя и дальнейший взрыв. Благодаря этому этот вид твёрдого топлива сжигают в котлах двумя вариантами:

обычный, с загрузкой в топочную камеру и ограничением количества воздуха.
при помощи дозированной подачи, реализованной в автоматизированных котлах.

Температура горения кокса

Традиционный деревянный уголь, получаемый выжиганием сухих дров, владеет на изумление большими показателями. Его удельная теплотворная способность может достигать 7400 ккал/кг, влажность – максимум 15% (зависит от вариантов сбережения) а зольность настолько низка, что после сжигания практически ничего не остается. Что же касается температуры горения березовых углей, то как показала практика ее достаточно, чтобы размягчать и ковать металл в кузнице. Это приблизительно 1200—1300 ?С.

Этот нехитрый вид горючего применяется также для готовки пищи на самых разных уличных печах. И, хотя условия горения кокса в мангале далеко не безупречны, его расход выходит намного меньше, чем обыкновенных дров. Это вызвано приличным выделением тепла и отсутствием зольных включений.

Заключение

Ископаемые угли – это специальный вид твёрдого топлива, выделяющийся очень высокой температурой сжигания. Если предполагается его постоянное использование, то оборудование должно быть приспособлено с учетом этой специфики. Топливник печи нужно вылаживать из огнеупорного кирпича, а котел лучше всего покупать с автоподачей.

Твердотопливный угольный котел длительного горения Энергия ТТ часть 1 котел на дровах

oracal.net

Процесс - горение - кокс

Cтраница 3

Тепловая волна, образующаяся при горении, характеризуется температурной кривой, имеющей два ниспадающих крыла с максимальной точкой между ними, соответствующей температуре очага горения. По лабораторным данным ее величина достигает 550 - 600 С. Фронтальное крыло температурной кривой возникает в процессе горения кокса и частично нефти вследствие распространения тепла конвективным его переносом продуктами горения и конденсации паров углеводородов и воды и за счет теплопроводности. После движущегося очага горения остается нагретая порода, охлаждающаяся постепенно движущимся здесь окислителем. Так возникает тыловая ниспадающая кривая температур. По данным лабораторных экспериментов длина тепловой волны достигает нескольких десятков сантиметров. Скорость движения волны зависит от плотности потока окислителя и концентрации в нем кислорода и может изменяться от единиц до десятков метров в сутки. С увеличением содержания кислорода в окислителе скорость перемещения очага горения возрастает. [31]

Исследования проводили на двух образцах катализатора в оксидной и сульфидной формах, содержащих 8 5 - 12 3 % ( масс.) кокса. По мнению авторов, при окислении кокса на образце в оксидной форме сохраняются все закономерности, присущие некаталитическому окислению кокса на непромотированных катализаторах крекинга. Механизм катализирующего действия сульфидов кобальта и молибдена на процесс горения кокса в настоящее время не установлен. [33]

В таких установках используют обычно безградиентные реакторы разной конструкции в сочетании с газовым хроматографом для анализа продуктов окисления кокса. Использование хроматографического метода анализа на потоке кинетической установки обусловливает дискретный характер получения данных. Время одного анализа составляет 2 0 - 2 5 мин, что в случае быстротекущего процесса окисления затрудняет получение информации о начальных временах реакции. Кроме того, нестационарность процесса горения кокса на катализаторе требует регистрации большого числа хроматограмм в течение одного эксперимента, обработка которых вручную длительна во времени. [34]

Как известно, в горне доменной печи на воздушном и тем более на обогащенном кислородом дутье развиваются очень высокие температуры, порядка 1550 - 1800 С. Это обусловливает высокие значения констант скоростей реакции окисления, порядка k 600 - 1100 см / сек. Но, несмотря па большие числа Re, благодаря высоким температурам реакции процесс горения кокса в горне протекает все же со значительным диффузионным торможением. Увеличение скорости дутья Т0 способствует расширению объема зоны горения. [35]

Схема циркуляции кокса у фурм доменной печи приведена на рис. 40, а. В обозначенной зоне происходит уменьшение размеров кусков горящего кокса до полного их превращения в газообразные продукты и золу, поступающую в состав горнового шлака. На освобождающееся место опускаются вышележащие материалы, и поэтому над зоной циркуляции образуется так называемая воронка более быстрого схода шихтовых материалов, в которую устремляются более тяжелые руда или агломерат. Количество материалов, опускающихся в воронке, непосредственно связано с размерами зоны горения и циркуляции, и управляя процессами горения кокса, можно регулировать движение и обработку используемых в печи исходных материалов. [36]

Равномерный отвод тепла из всех точек реакционной зоны достигается тем, что реактор сконструирован как теплообменник. По трубкам циркулирует охлаждающая жидкость, а межтрубное пространство заполнено катализатором. На первых установках каталитического крекинга охлаждающей средой была кипящая вода, однако местное переохлаждение в отдельных точках массы катализатора вело к неполному выжигу кокса. Поэтому вынуждены были перейти на более сложную и опасную, но легче регулируемую систему соляного охлаждения. Соль циркулирует в реакторе при 425 - 455, поэтому процесс горения кокса нигде заглохнуть не может. [37]

Горение натурального ( технического) топлива зависит также от способа шлакоудаления. По мере выгорания-углерода на поверхности частиц топлива образуется золовая корочка, затрудняющая доступ окислителя к поверхности углерода. Слой, как говорят в таких случаях, зашлакуется, а горение топлива будет сильно затруднено в связи с прекращением доступа воздуха не только к топливу, лежащему на решетке, но и к горючим летучим в топочном пространстве. Удаление золы в жидком виде ( что возможно в условиях высоких температур) позволяет интенсифицировать процесс горения кокса. [39]

Выжиг кокса сопровождается выделением значительного количества тепла. Прохождение воздуха через реактор сопровождается падением давления его примерно до 3 0 ати. Расширяясь в газовой турбине до атмосферного давления, газы развивают на валу турбины мощность, с избытком достаточную для вращения ротационной воздуходувки. Таким образом, сжатый воздух подается в реакторы без всякого расхода энергии извне. Тепло горения кокса превращается в механическую работу сжатия воздуха, подаваемого в реактор. Такое положение возможно лишь постольку, поскольку температура и давление газов на входе в турбину достаточно высоки. При запуске установки, когда процесс горения кокса еще не налажен, газовая турбина, получая холодный газ, не может вращать воздуходувки; в этот период пускают в работу паровую турбину или электромотор МЗ. [40]

Платина и ее металлические сплавы являются активными катализаторами окисления углеводородов и кокса. Горение кокса на АПК и полиметаллических катализаторах протекает со скоростью на два порядка выше, чем на АСК и АДОз. Процесс идет в диффузионной области с большим тепловыделением, особенно при выгорании алкиль-ных цепочек кокса. На первом этапе выжиг ведется при температуре 250 - 350 С и концентрации кислорода 0 5 %, на втором этапе при 350 - 450 С и % и на третьем, заключительном этапе при 450 - 510 С и 3 - 5 % соответственно. Благодаря ступенчатому выжигу кокса, по длине слоя и диаметру зерна катализатора наблюдается перемещение горячего пятна зоны горения. Вначале окисляются непредельные углеводороды, адсорбированные на металлических центрах, а затем - углеводороды, оставшиеся в системе. Длительность этого мокрого этапа зависит от тщательности подготовки системы и может колебаться от нескольких часов до нескольких дней. Второй этап обусловлен горением коксогенов и кокса, находящихся вблизи металлических центров за счет спилловера ароматизированного кислорода. В продуктах горения этих соединений образуется много воды и меньше СОз - На завершающейся сухой стадии регенерации выгорает высококарбонизированный кокс, так называемый остаточный, глубинный, бедный водородом, расположенный на наибольшем расстоянии от металлических центров и источника подачи кислорода. Уменьшить неравномерность температур в слое и одновременно интенсифицировать процесс горения кокса можно уменьшая концентрацию кислорода при одновременном повышении давления в системе и увеличивая кратность циркуляции газовой смеси. [41]

Страницы: 1 2 3