5. Теоретические и практические основы сжигания различных видов топлива во вращающейся печи.

Регулирование факела

Основным процессом, которым управляет машинист печи заключается в регулировании сжигания топлива. При этом он должен обеспечить решение следующих задач:

1. полное сжигание топлива;

2. поддержание высокой температуры и теплообмен в пламенном пространстве;

3. не допустить концентрацию t-ры на коротком участке с тем, чтобы не перегревать футеровку и обеспечить высокую стойкость ее.

Теория сжигания топлива

В факельном пространстве теплообмен на 90-95% осуществляется излучением, которое выражается законом Стефана-Больцмана и уравнением Блоха:

Вт/м² (Дж/см²)

где 5,67 – излучение абсолютно черного тела;

є_м – степень черноты материала;

є_ф – степень черноты факела, є_ф=0,3-0,8;

Т_ф, Т_м – t-ра факела, м-ла, К;

а_г – поглощающая способность газа; F – поверхность теплообмена

Степень черноты материала зависит от гранулометрического состава м-ла. Чем больше гранулирован м-л, тем больше его степень черноты: для пылевидного – 0,6-0,7, для гранулированного м-ла -0,8-0,9.

Степень черноты факела выражается уравнением Бугера:

Е_ф = 1-e^-кЅр, где :

e – основание натурального логарифма; Ѕ – толщина газового слоя, Ѕ = 0,75-0,80 от Ø печи; Р – давление газа печи, Р = 1атм.;

К = f (СО₂, Н₂О, т.ч.) – функция от содержания 3^х атомных газов и твердых частиц. СН₄ + 2СО₂ + 7,52Ņ₂ = СО₂ + 2Н₂О + 7,52Ņ₂

Назначение твердых частиц

1. Обеспечить умеренный коптящий факел. В 1мл продуктов горения при коптящем факеле м/т содержаться до 1млн. твердых частиц, которые обеспечивают свечение факела и => его є_ф. В прозрачном факеле є_ф=0,3, а у коптящего факела є_ф=0,8.

2. Можно увеличить Q_Λ (теплообмен) путем увеличения є_м и є_ф. Причем выгоднее обеспечить за счет Т_ф. Если t-ра факела повысится на 5% (Н-р, с 1710-1800⁰С), то теплообмен увеличится на 16%. Но при прозрачном факеле, чтобы обеспечить нужный приходится разогревать футеровку до более высокой t-ры, что может привести к её прожогу, поэтому необходимо находить «золотую середину», т.е. иметь необходимую t-ру и повышенную є_ф.

Температура горения и теплота сгорания

Температура горения: t_гор=(q_топл-q_возд-Q_л)/(V_п.г.·С_п.г.),

где q_топл – теплота сгорания топлива; q_воз – энтальпия вторичного воздуха; Q_л – теплоотдача факела; V – объем продуктов горения;

С – теплоемкость продуктов горения.

С + О2 = СО2 Q = 36 мДж/кг t = 2200^0С

2С + О2 = СО Q = 12 МДж t = 1360^0С

Когда недожог топлива в следствии пониженной теплоты сгорания, понижается t-ра горения. Чем больше избыточного воздуха, тем больше объем воздуха и при том же теплообмене, меньше t-ра.

Скорость горения

Чем выше скорость горения, тем длиннее факел. Скорость горения зависит от скорости хим. взаимодействия и от скорости смешения воздуха с топливом.

Скорость хим. взаимодействия определяется урав-ем Аррениусса:

1.; 2. К ~ f (Д)

А – предэкспоненциальный множитель; Е – энергия активации;

Д – коэф-т турбулентной диффузии.

Учитывая, что t-ра факела всегда выше 1600⁰С (~1650-1800⁰С), то можно сказать, что горение протекает в диффузионной области, и поэтому скорость горения в основном будет зависеть от интенсивности смешения топлива с воздухом.

Практические основы горения топлива

Найдена общая зависимость, что чем дальше идет воспламенение топлива от форсунки, тем короче факел.

1. Скорость вылета из форсунки. Чем выше скорость вылета, тем дальше точка воспламенения, будет больше создавать турбулентность, тем короче факел.

2. Объем воздуха на горение или коэф-т избытка. Чем больше α, тем больше разряжение за обрезом печи, больше воздуха в пламенном пространстве, => увеличивается L₀ и понижается L_ф, и наоборот.

3. Температура вторичного воздуха. Чем ниже t-ра вторичного воздуха, тем требуется более длительный участок печи для нагрева этого воздуха до t-ры воспламенения. Чем дальше воспламенение, тем короче факел.

4. Положение горелки. Чем ближе прижат м-л (угол β), тем больше поднимаем форсунку, тем дальше от м-ла отдаляется факел, тем больше к нему доступ О₂, тем короче факел.

5. Зависит от состава твердого топлива и его подготовки. В твердом топливе важное значение имеет: а) содержание летучих веществ (газов) V^Λ = 20-25%. Чем больше летучих веществ, тем более ранее воспламенение, тем больше длина факела; б) остаток на сите 008 R₀₀₈~0,5 V^Λ. При уменьшении тонкости помола происходит более ранее воспламенение и удлиняется факела.

На угле: ω_у = 60 м/с; ω_г = 200-400 м/с

6.Использование различных завихряющих элементов в форсунках

Горелки для сжигания топлива

1) Прямая труба	2) Горелка с дросселем
3) Горелка с дросселем и завихрителем	4) Горелка с радиальным и аксиальным газами

1. Прямая труба. В основном используется диффузионные газовые горелки, когда смешение газов с воздухом происходит в газовом пространстве (топочном);

4. Горелка с радиальным и аксиальным газами.

Скорость вылета 200-400м/с.

3 и4 горелки позволяют, помимо изменения скорости, дополнительно обеспечить интенсивность смешения газов с воздухом путем завихрения газовых потоков или направление струи газа под углом оси печи.

2^ой способ регулирования является наиболее рациональным, который позволяет изменять длину факела в достаточно широких пределах, т.к. при этом можно обеспечить низкую скорость вылета и => ранее воспламенение топлива, что удлиняет факел. А с другой стороны, направление газовых струй под углом к оси струи – интенсифицирует смешение и т.о. укорачивается факел. Следовательно можно добиться желаемой формы факела.

3^ий тип горелки был разработан Ташкентским институтом.

I_гор.- интенсивность горения.

Угольные горелки

Требуется много первичного воздуха (20-30%), Скорость вылета ~70 м/с.

Недостаток: большое количество воздуха, холодный воздух.

Горелка для печи сухого способа производства