Презентация на тему Элементы теории горения

и окислителя характеризующийся:
интенсивным выделении тепла
скачкообразным ростом температуры и концентрации

продуктов горения
снижении концентрации окислителя
преобразованием химической энергии топлива в тепловую энергию, идущую на нагрев продуктов сгорания

ЧТО ТАКОЕ ГОРЕНИЕ?

= k· С nА· СmВ
массовое количество вещества
Ед. объёма
Ед. времени
=
закон

действующих
масс

m и n – число молей реагирующего вещества

ИНТЕНСИВНОСТЬ(СКОРОСТЬ) ГОРЕНИЯ
ГАЗОВОГО ТОПЛИВА

в однородной среде при постоянной температуре в каждый момент времени скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ с учетом числа молей

газа:

ω=Kp· PnA· PmB
ИНТЕНСИВНОСТЬ(СКОРОСТЬ) ГОРЕНИЯ
ГАЗОВОГО ТОПЛИВА

подвод топлива и окислителя в зону горения) скорость реакции

зависит от константы скорости реакции


Kp =Ko·e –E/RT закон Аррениуса

E – энергия активации;
R – газовая постоянная;
T–температура процесса в градусах °К.

ИНТЕНСИВНОСТЬ(СКОРОСТЬ) ГОРЕНИЯ
ГАЗОВОГО ТОПЛИВА

Kp показывает долю молекул, участвующих в процессе горения.
k0 – характеристика полного числа столкновений молекул реагирующих веществ

внутримолекулярных связей исходных веществ

Энергия активации зависит от:
величины внутриатомных связей

в молекулах
состояния вступающих в реакцию веществ
от температуры в зоне реакции

При высоких температурах в зоне реакции за счет диссоциации молекул с более слабыми внутренними связями накапливается определенное количество заряженных частиц (радикалов) типа OH-, H+, O2- которые легко вступают в промежуточные реакции с исходными молекулами (такие реакции имеют низкие значения Е) и способствуют ускорению реакций горения.

ИНТЕНСИВНОСТЬ(СКОРОСТЬ) ГОРЕНИЯ
ГАЗОВОГО ТОПЛИВА

от температуры
Изменение скорости реакции ωр от энергии E
Изменение скорости

реакции при повышении концентрации горючего вещества СГОР в смеси с воздухом;
НП, ВП – нижний и верхний предел концентрации

постоянной концентрации реагирующих веществ) определяется скоростью реакции в данных

условиях и теплотой горения топлива:

- температура смеси, начиная с которой система способна к самоускорению реакции до устойчивого горения

имеет место отвод теплоты из зоны реакции к поверхностям

нагрева. С повышением температуры в зоне основного горения увеличивается и отвод теплоты, далее по мере выгорания топлива тепловыделение снижается, а вместе с ним происходит спад температуры продуктов сгорания

частицы;
2 - температура частицы; 3 - воспламенение коксового

остатка;
4 - завершение горения коксового остатка;

I - зона термической подготовки;
II - зона горения летучих веществ;
III - зона прогрева коксового остатка;
IV - зона горения коксового остатка

и происходит при температуре 400-600 оС.

Горение кокса (рис.

3.5, зона IV) начинается при температуре около 1000 °С и является наиболее длительным процессом 1,0-2,5 с. (около 2/3 общего времени горения)

При большом выходе летучих (бурые и молодые каменные угли, сланцы, торф) выделяющейся теплоты их горения достаточно для воспламенения коксовой частицы, а при малом выходе летучих возникает необходимость дополнительного прогрева коксовой частицы от окружающих раскаленных газов

У молодых топлив, имеющих большой выход летучих веществ, коксовый остаток составляет менее половины начальной массы частицы, поэтому их сжигание (при равных начальных размерах) происходит достаточно быстро и возможность недожога снижается. Старые по возрасту топлива имеют плотную коксовую частицу, горение которой занимает почти все время пребывания в топочной камере.

массопереноса, имеющего достаточно высокую интенсивность,
У поверхности частицы сохраняется

тонкий газовый слой (пограничный. Этот слой в значительной мере тормозит подвод кислорода к поверхности

ГОРЕНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

скорости подвода кислорода к поверхности реагирования и от кинетики

химической реакции.

Количество O2 , подведенное в единицу времени:

Поверхность ламинарного слоя

G = A·(Cпот – Слам)

А – коэф. турбулентной диффузии

Поверхность частиц:
G = D/δ·(Слам – Cпот),

ГОРЕНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

диффузии
подвод кислорода к реагирующей поверхности твердого топлива определяется константой

скорости диффузии и разностью концентраций кислорода в потоке и на реагирующей поверхности

ГОРЕНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

процесса горения
Диффузионная=f(G)
скорость реакции горения ограничивается скоростью подвода кислорода
Промежуточная=f(t;G)
ГОРЕНИЕ ТВЕРДОГО

ТОПЛИВА

ядра факела, отличающегося наиболее высокой температурой горения, и зоны

догорания, где концентрации реагирующих веществ уже малы и их взаимодействие определяется законами диффузии.

Воспламенение любого топлива начинается при относительно низких температурах, в условиях достаточного количества кислорода, т. е. в кинетической области. В этой области горения определяющую роль играет скорость химической реакции, зависящая от таких факторов, как реакционная способность топлива и уровень температуры. Влияние аэродинамических факторов в этой области горения незначительно.

ГОРЕНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

капля мазута вначале испаряется с поверхности за счет подводимой

теплоты

пары топлива смешиваются с воздухом, поступающим из окружающей среды, подогреваются до температуры воспламенения и горят в газообразном состоянии

На расстоянии от капли r достигается стехиометрическое соотношение между массой горючих газов и кислорода, и устанавливается фронт горения (зона реакции)

и прогрев капель;
II – кинетическая зона горения мелких

капель; III – диффузионное горение крупных капель;
IV – зона догорания и охлаждения продуктов сгорания;

ТГ.В, ТВ – температуры горячего воздуха и воспламенения паров мазута;
ТМ, Т”Ф – максимальна температура горящего факела и продуктов сгорания на выходе из камеры)

в процессе которых один активный центр порождает два или

большее число новых актив­ных центров - Теория цепных реакций академика Н. Н. Семенова.

Периодом индукции - накопления активных центров реакции в виде

заряженных частиц за счет разрушения части исходных молекул другими, обладающими большими энергиями движения, выше энергии связи атомов в молекуле (при высокой температуре вступающих в реакцию веществ период индукции занимает от долей секунды до 1-2 секунд)


Зарождение цепей - процесс, при котором одна активная частица, реагируя с исходными, вызывает образование двух или нескольких новых активных частиц


Замедление реакции по мере убывания горючих компонентов


Обрыв цепей и реакция вырождается - горение прекращается.

с воздухом за короткий промежуток времени связан с большим

различием объемных расходов газа и воздуха — на сжигание 1 м3 газа требуется 10 м3 воздуха.
Для полноты перемешивания приходится вводить газ в поток воздуха внутри горелки большим количеством мелких струй малого диаметра и с большой скоростью. Воздушный поток также сильно турбулизуется в специальных завихривающих устройствах.

который требуется для полного сгорания единицы топлива [нм3/кг] или

[нм3/м3]

ТЕОРЕТИЧЕСКИ НЕОБХОДИМОЕ
КОЛИЧЕСТВО ВОЗДУХА

CO2
H2 + O2 = 2H2O
S + O2 = SO2

Неполное
+CO,

H2, СH4
Продукты
неполного
окисления

ТЕОРЕТИЧЕСКИ НЕОБХОДИМОЕ КОЛИЧЕСТВО
ВОЗДУХА для твердого и жидкого топлив

44кг
1кг+32/12кг = 44/12кг
4H + O2 = 2H2O
4кг+32кг=36кг
1кг + 8кг

= 9кг

S + O2 = SO2
32кг + 32кг = 64кг
1кг + 1кг = 2кг

Cтехиометрических уравнений горения для твердого и жидкого топлив:

ТЕОРЕТИЧЕСКИ НЕОБХОДИМОЕ КОЛИЧЕСТВО
ВОЗДУХА для твердого и жидкого топлив

– вес О2 для окисления 1 кг топлива (кг

O2 / кг топл.)
ρO2= μO2/VμO2 = 32 / 22,41 = 1,428 кг/нм3 – плотность кислорода при нормальных условиях
μO2 – молекулярный вес О2,
VμO2 – объём 1 кмоля идеального газа при н.у.

воздух содержит 21% O2

V0O2 = 21/100·V0

ТЕОРЕТИЧЕСКИ НЕОБХОДИМОЕ КОЛИЧЕСТВО
ВОЗДУХА для твердого и жидкого топлив

OР) [нм3/кг]
V0 = 100/21·(GO2/ ρO2)
C + O2 =

CO2
1кг + 32/12кг = 44/12кг
4H + O2 = 2H2O
1кг + 8кг = 9кг
S + O2 = SO2
1кг + 1кг = 2к

ТЕОРЕТИЧЕСКИ НЕОБХОДИМОЕ КОЛИЧЕСТВО
ВОЗДУХА для твердого и жидкого топлив

[нм3/кг]

ТЕОРЕТИЧЕСКИ НЕОБХОДИМОЕ КОЛИЧЕСТВО
ВОЗДУХА для твердого и жидкого топлив

процентах объёма
1 кмоль любого газа при нормальных условиях занимает

один и тот же объем (22,41 нм3/кмоль)

2H2 + O2 = 2H2O
2м3 1м3 2м3
1м3 0.5м3 1м3

2CO + O2 = 2CO2
2м3 1м3 2м3
1м3 0.5м3 1м3

CH4+2O2 = CO2 +2H2O
1м3 2м3 1м3 2м3

2H2S+3O2=2H2O+2SO2
2м3 3м3 2м3 2м3
1м3 1.5м3 1м3 1м3

ТЕОРЕТИЧЕСКИ НЕОБХОДИМОЕ КОЛИЧЕСТВО
ВОЗДУХА для газообразного топлива

НЕОБХОДИМОЕ КОЛИЧЕСТВО
ВОЗДУХА для газообразного топлива

воздухом неидеален, то для обеспечения полного сгорания топлива, необходимо

подавать воздуха в топку больше V0.

Коэффициентом избытка воздуха (α) называется отношение действительного количества воздуха (Vд) к теоретически необходимому (V0 ):

α = Vд/V0

αт =1,2 – 1,25 – для твердого топлива;

αт =1,05 – 1,1 – для газа и мазута (топка под разрежением);

αт =1,02 – 1,05 – для газа и мазута (топка “под наддувом”).

КОЭФФИЦИЕНТ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА

VSO2 + V0N2 + V0H2 O = V 0С.Г

+ V0H2O

VRO2 – трёхатомные газы

V 0С.Г – сухие газы

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМОВ ПРОДУКТОВ
СГОРАНИЯ для твердого топлива

твердого топлива

+ 0,0161·V0 + 0,0124·WP + 124·Gф

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМОВ ПРОДУКТОВ
СГОРАНИЯ для

твердого топлива

(1 + 0,0161)·(α – 1)·V0

При химически неполном горении и

α>1 :

VГ=VRO2 + VN2 +VH2O +VO2 +VCO + VCO4 +…

Объем водяных паров:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМОВ ПРОДУКТОВ
СГОРАНИЯ для твердого топлива

∑(n·CnHm)) [нм3/нм3]


V0N2 = 0,79·V0 + 0,01·N2 [нм3/нм3]


V0H2O

= 0,01·(H2 + H2S + ∑(m/2· (CnHm)) + + 0,124 · dгаза + 0,124 · dвоздуха·V0) [нм3/нм3]

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМОВ ПРОДУКТОВ
СГОРАНИЯ для газообразного топлива

RO2
Точная углекислотная формула:
α = (79 / RO2 + ρ)

/ (79 / RO2макс + ρ)

продуктов сгорания. В простейшем случае, если содержанием азота в

топке пренебречь и считать, что концентрация азота в продуктах сгорания равна 79 %, при наличии в продуктах сгорания свободного кислорода коэффициент избытка воздуха можно определить по приближенной кислородной формуле:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА
ИЗБЫТКА ВОЗДУХА

α = 21 / (21 – O2)

Точная кислородная формула:

α = 1 / [1 – 79 / 21·(O2 / N2)]

малозольного твердого топлива Н, кДж/кг или кДж/м3, является суммой

физической теплоты трехатомных газов (RO2), двухатомных газов (N2) и водяных паров (H2O).

ЭНТАЛЬПИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Нг0 = (VRO2·CRO2 + VN20·CN2 + VH2O0·CH2O)

При α = 1

При α > 1

Нг = Нг0 + (α – 1)·Нв0

расчета энтальпии продуктов сгорания сначала определяют значение приведенной зольности

топлива, %/(кДж/кг):

ЭНТАЛЬПИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Апр = 1000·Ар·аун / Qнр

где аун – доля золы, уносимой через газоходы котла;
Qнр – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.

Если Апр больше 1,4, то при определении энтальпии продуктов сгорания учитывают величину физической теплоты золы Нз, кДж/кг:

Нз = (Ар·аун·Сз·tз) / 100