В ряде стран для термического обезвреживания осадков сточных вод применяют циклонные, вихревые, распылительные печи, печи с псевдоожиженным слоем (рис. 46—48). Печи с псевдоожиженным слоем имеют ряд преимуществ перед печами других конструкций — в зоне горения отсутствуют механические и вращающиеся устройства, процессы подсушивания и горения отходов совмещены, сжигаются осадки любой влажности с любым содержанием минеральных веществ, процесс сгорания протекает очень быстро, не требуется остановок для чистки аппаратов.
Автоматические системы подавления взрывов (АСПВ). Взрывоподавление основано на торможении химических реакций, достигаемом подачей в зону горения огнетушащих составов, и наличии некоторого промежутка времени от момента возникновения взрыва до его максимального развития.
Этот промежуток времени, условно названный периодом индукции Тинд, находится в зависимости от физико-химических свойств горючей смеси, также от объема и конфигурации защищаемого аппарата. Давление в аппарате при взрыве в период индукции растет сравнительно медленно. Например, для большинства горючих углеводородных смесей время индукции составляет приблизительно 20% от общего времени взрыва.
Методом получения перспективных топлив с высокой теплотой сгорания и топлив, при сгорании которых происходит значительное повышение температуры в зоне горения, может быть использование металлов в качестве компонентов нефтяных или синтетических топлив. Одним из способов получения таких топлив является создание суспензий или коллоидных растворов металлов в углеводородных средах. Для получения коллоидных растворов в углеводородной среде должны быть диспергированы твердые частицы размером93
Принципиальной особенностью системы смазки газотурбинных двигателей будет то, что масло не соприкасается с зоной горения горючей смеси. В связи с этим расход масла в газотурбинных дви-
В связи с этим воздух, поступающий в камеру сгорания газотурбинного двигателя, обычно делят на три потока. Первый поток поступает в камеру сгорания, имеющую завихритель (рис.
3.27), через кольцевой зазор между корпусом форсунки и внутренним кольцом завихрителя, чем обеспечивается охлаждение форсунки. В этой зоне топливо распыляется, частично испаряется и воспламеняется а составляет 0,2—0,5 .
Второй поток воздуха вводят в зону горения через завихритель и через первые ряды отверстий диаметром 12—30 мм в жаровой трубе. Этот воздух обеспечивает сгорание смеси при температуре во фронте пламени, равной 0—0 К, и последующее снижение температуры газов до 0 К- Коэффициент избытка воздуха при всем этом возрастает до 1,2—1,7.
Роль завихрителя заключается в закручивании потока воздуха и создании воздушного вихря, вращающегося вокруг оси жаровой трубы. При этом в центральной части трубы создается зона пониженного давления, куда устремляется поток из средней части камеры сгорания.
Продукты сгорания, движущиеся противотоком к основному потоку распыленного топлива, ускоряют испарение и обеспечивают нагревание топливо-воздушной смеси до температуры воспламенения. Турбулизация газо-воздушного. потока приводит к увеличению скорости распространения пламени, а уменьшение осевой скорости воздуха вблизи границы зоны обратных токов удерживает факел в определенной области. Третий поток воздуха поступает через задние ряды боковых отверстий в зону смешения. Этот воздух снижает температуру газов до значения, допустимого по условию прочности лопаток турбины.
Для того чтобы проанализировать структуру детонационной волны, следует рассмотреть три области несжатые газы, сжатые, но не прореагировавшие газы и полностью сгоревшие газы позади реакционной зоны. Главное различие между первоначальными зонами горения и зонами позади ударного фронта состоит в том, что в последних поддерживается относительно высокая температура и плотность сжатых газов (см. рис. XIV.6 и XIV. ). Следовательно, изучение свойств ударных волн представляет интерес ради выяснения их возможного влияния на химические реакции.406
Дальнейший шаг в развитии представлений о механизме распространения пламени был сделан с появлением диффузионных теорий. В основе этих теорий лежит предположение, что скорость распространения пламени является функцией скорости диффузии активных центров из зоны горения в свежую смесь.
При этом считают, что по аналогии с самовоспламенением горение является цепным процессом, скорость которого должна существенно зависеть от концентрации активных центров. В диффузионных теориях, как и в тепловых, считается, что на скорость распространения пламени определяющее влияние оказывают физические свойства смеси. Роль химических факторов в этих теориях учитывается лишь введением члена с аррениусовской зависимостью скорости горения от температуры пламени.
Катализаторы конверсии природного газа с кислородом. В химической промышленности в свое время получили распространение процессы каталитической конверсии природного газа, осуществляемые в шахтных конверторах с применением двух окислителей — кислорода (воздуха, обогащенного кислородом) с водяным паром.
Наряду с этим известны процессы, в которых используют один из окислителей — кислород или воздух, обогащенный кислородом (см. табл. 15). В данном случае процесс обычно проводят с применением двухслойной засыпки катализатора в шахтный реактор.
В зоне горения ( в лобовой части слоя катализатора) размещают, например, никелевый катализатор, а в зоне конверсии — железный катализатор. С целью обогащения конечного газа водородом и окисью углерода производят рециркуляцию части продуцируемого газа, предварительно освобожденного от водяного пара и двуокиси углерода.
Рециркулирующая часть газа подается не в лобовые слои катализатора в реакторе, а в зону конверсии. С помощью такого приема удается получить газ с относительно малым содержанием водяного пара и двуокиси углерода. Кроме того, в данном случае не отмечено образования сажи на катализаторе.36
Наибольшая температура горения наблюдается в верхних зонах катализатора, где процесс осуществляется при максимальной концентрации кислорода. По мере выгорания кокса зона наибольшей температуры перемещается сверху вниз.
Необходимо тщательно контролировать перемещения горения по зонам с помощью зональных термопар. Недопустимо превышение температуры в зоне горения выше рекомендуемого максимального значения 510 °С. При повышении температуры подача воздуха сокращается или прекращается совсем.
Основные узлы трения авиационных поршневых двигателей являются самыми напряженными из всех типов двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, в поршневом двигателе масло выполняет функцию уплотнителя между камерой сгорания и картером двигателя, следовательно, оно соприкасается с зоной горения горючей смеси. Это делает условия работы масла в двигателе весьма тяжелыми.Для поддержания нормального процесса горения температура в зоне горения не должна быть ниже 850° С. Скорость горения зависит от количественного соотношения горючего и воздуха. Она возрастает до достижения избытка воздуха порядка 50%, после чего начинает понижаться.
| Рис. XI .7. Профиль давления одномерной ударной волны. Гц — скорость ударного фронта относительно несгоревших газов уь (< %) — скорость сгоревших газов относительно несгоревших газов tf — толщина зоны горения. |
Определим величину х, т. е. количество водяного пара, разложенного на колосниках. Для этого воспользуемся уравнением теплового баланса зоны горения (нижней части генератора), имея в виду, что температура здесь 1000° С и что приход тепла составится из а) теплового эффекта реакций нижней части генератора (верхней части генератора Qt). Расход тепла в нижней части генератора в) тепло, уносимое газами в верхнюю часть генератора при 1000° С (i/з) и г) потери тепла в окружающее пространство величину которых мы приняли равной 20% от всего прихода тепла.
Сбросные газы через молекулярный затвор поступали к факельному наконечнику, где были расположены две пилотные горелки и сопла для подачи пара в зону горения с целью обеспечения бездымного горения.
Начальный период считается закоцченным, когда температура катализатора во всех зонах горения достигает 500 °С, при постоянной температуре на выходе из печи. Установившийся режим горения кокса характеризуется стабильным расходом воздуха. Концептрацпя кислорода на входе в реактор, как правило, достигает 0,8—1,8% (об.). В этот период практически не приходится регулировать процесс выжига ввиду стабильности всех параметров.
Концентрация кислорода на входе в реактор постепенно, при соответствующем контроле за температурой в зоне горения, повы-
При достижении температуры в слое катализатора 400—420 С в поток пара подается воздух, и начинается выжиг кокса. В начальный период выжига кокса необходимо тонкое регулирование подачи воздуха на смешение с водяным паром, расход воздуха должен быть минимальным, н его концентрация в общем потоке не должна превышать 1% (об.).
Как только начнет гореть кокс и температура установится, постепенно увеличивают подачу воздуха. При этом температуру в реакторе поддерживают постоянной и процесс регулируется исключительно путем изменения подачи воздуха. Необходимо иметь в виду, что в начальный период температура повышается послойно. Начальный период считается оконченным, когда температура во всех зонах горения возрастет до 530 С. При этом стабилизирует-ля н расход воздуха, количество которого, как правило, составляет
От плотности зависит количество заправленного топлива при определенном объеме, степень распыления топлива, подаваемого в зону горения.29
Количество подаваемого воздуха регулируется с таким расчетом, чтобы температура в зоне выжига медленно повышалась до 500 °С, достигая максимума 510 °С. Следует избегать температуру 550 °С в зоне горения, проходящей через катализатор, так как не каждый локальный очаг горения может быть проконтролирован с помощью зональной термопары.
В процессе нагарообразования различают фазу роста и фазу равновесного состояния. Нагар интенсивно откладывается в начальный период работы двигателя, а по мере достижения равновесного состояния рост нагара прекращается. Аэродинамическое качество камер сгорания зависит от особенностей конструкции, влияющей на создание оптимальной структуры в зоне горения, и увеличения турбулизации первичного воздуха. Можно создать такую конструкцию комеры сгорания, которая сведет к минимуму интенсивность нагарообразования данного жидкого топлива.42
Выше мы определили, что при вдувании в генератор 0,5 кг-моль Ог + 1,88 кг-моль Ыг, т. е. 2,38 кг-моль воздуха (на 1 кг-атом углерода) в зоне горения выделится 33 440 ккал тепла. Принимая температуру отходящих газов (СО и N2) равной 1000° С, находим, что теплосодержание их прц этой температуре равно (см. табл. 16)
Пример 4. При газификации угля чистым воздухом в зоне горения развивается температура до 0° С, что затрудняет процесс. В целях снижения температуры в генератор вместе с воздухом вдувают водяной пар. Практикой установлено, что оптимальная температура газис)икации равна 1000—0° С. Подсчитать, сколько нужно водяного пара на 1 воздуха, чтобы температура при газификации была 1000°С.
Решение. Подсчитаем температуру, которая достигает в зоне горения при газификации угля, приняв нри этом, что генератор теряет в окружающую среду 10% тепла. Температура горения определится из уравнения
В форсунках (рис. 25) нагар откладывается на распылителе со стороны зоны горения. Иногда нагар перекрывает отверстия или щели форсунки для выхода охлаждающего воздуха.
Отложения нагара на форсунках приводят к уменьшению подачи топлива, нарушению рабочего процесса двигателя и обгоранию лопаток турбин (рис. 26) 92, прогару в месте соединения головок, короблению и трещинам головок, возникновению трещин соплового аппарата.41
Процесс термического окисления H S осуществляют в основ — Hof топке, смонтированной в одном агрегате с котлом — утилизато — ром. Объем воздуха, поступающего в зону горения, должен быть строго дозирован, чтобы обеспечить для второй стадии требуемое соотношение SO и H S (по стехиометрии реакции 2 оно должно быть 1 2). Температура продуктов сгорания при этом достигает 0 — 0 °С в зависимости от концентрации H S и углеводородов в газе.
Кокс в генераторе к зоне горения подходит с температурой 1000°С. Средняя теплоемкость его (см. табл. 13) при 1000° С составит
Отсюда температура зоны горения определится из уравнения
Таким образом, для обеспечения в генераторе температуры 1000° С вдуваем паро-воздушную смесь в отношении пар воздух = 0, 1,0. Прн этом в зоне горения протекают следующие реакции
Первоначально в теориях стационарного распространения пламени детонационная волна рассматривалась в виде плоской волны. Фотографические исследования показали, что зона горения в детонационной волне не является плоской.
В силу различных возмущений она теряет устойчивость и изгибается, появляются изломы. Соответственно нарушается устойчивость фронта ударной волны. Взаимодействие возмущений, возникающих в детонационной волне, приводит к неравномерному распределению температуры, образованию очагов очень высокой температуры, появлению пульсаций (пульсирующая детонация).
Для контроля работы горелок в зону горения помещают плати-но-платинородиевую термопару, рассчитанную на температуру до 0 °С. Температура регулируется поступающим в горелку воздухом. Все задвижки на факельных газопроводах в рабочем положении должны быть опломбированы и-закрыты на замок.
При гореши и взрывном распаде происходит послом ный процесс — горение первой порции горючей смес влечет за собой поджигание следующего слоя и так да лее, до сгорания смеси во всем объеме. Зона горени перемещается в пространстве в основном вследстви теплопроводности газа.20
Частицы железа, разогревающиеся до высокой температуры за счет тепла реакции, являются источниками поджигания метано-кислородной смеси. При этом смесь воспламеняется еще до поступления ее в зону горения.54
Идеальным ацетиленовым реактором является аппарат, в котором смеситель непосредственно соединен с горелкой, чтобы время нахождения метано-кисло-родной смеси между смесителем и зоной горения было минимальным. Большое значение для безопасной работы смесителя имеет соотношение скоростей смешиваемых потоков. Известно, что лучшее смешение достигается при определенном соотношении скоростей.55
Отставание между ударной зоной и зоной химической реакции в общем случае должно быть порядка времени цолупревращения для химической реакции. Период полупревращения химической реакции должен быть порядка величины б//Усз, где 8f — толщина зоны горения, и а примерно равно скорости звука в сжатых, но ие сгоревших газах.406
В газотурбинных (ГТД) и воздушно-реактивных (ВРД) двигателях нагар откладывается на деталях проточной части на огневой стороне жаровых труб, на распылителях форсунок, лопатках завихрителей камер сгорания, а также в отверстиях жаровых труб, через которые вторичный воздух подводится в зоны горения и смешения. Как и в поршневых компрессорах, нагары в двигателях внутреннего сгорания вызывают ряд нежелательных последствий.38
Поскольку при сгорании топлива в камере развивается высокая температура (0—0 °С), а материалы камеры, лопаток газовой турбины и реактивного сопла не выдерживают столь высоких температур, горячие газы разбавляют вторичным воздухом непосредственно после зоны горения топлива. При смешении газового потока с вторич — ным воздухом температура смеси снижается до 850 — 900 °С.
В зоне горения топлива необходимо создавать условия для обеспечения стабильности процесса горения без срывов пламени. Скорость распространения фроггта гламени составляет около 40 м/с. Для снижения скорости газо воздушного потока до величин менее скорости распространения фронта пламени в камерах сгорания устанавливают различ — ные завихрители, стабилизаторы, обтекатели, экраны и т.д. Эти устройства, кроме того, повышают турбулентность движения горючей смеси и тем самым ув 1личивают скорость ее сгорания.
Из табл. 6 и 7 видно также, что температура стенки камеры сгорания ТВД (в зоне горения) в зависимости от нагрузки двигателя почти в 2 раза превышает температуру днища поршня из алюминиевого сплава.
Между тем, толщина нагара на поверхностях камеры сгорания ГТД в зоне горения достигает 20 мм и иногда нагарный пояс перекрывает до 60% площади поперечного сечения жаровой трубы (см. рис. 24), тогда как толщина нагара на днище поршней не превышает 2—3 мм, причем большая толщина нагара в центре днища поршня, где температура значительно выше, чем на его кромках (рис. 28). На кромках поршней со стороны входа горючей смеси в четырехтактных бензиновых двигателях или продувочного воздуха в двухтактных двигателях толщина нагара меньше или его вообще не бывает.45
Реакционная способность углерода сильно зависит от его структуры и наличия в его составе примесей. Как показали эксперименты, проведенные в работе 3.49 с катализаторами крекинга, наибольшее влияние на выжиг коксовых отложений в диффузионной области горения оказывает добавление железа.
На образце катализатора, содержащем 0.8% железа, отложенный кокс сгорал в два раза быстрее, чем на исходном катализаторе. В кинетической области присутствие железа мало влияет на скорость регенерации катализатора каталитического крекинга. Сгорание кокеа на образце, содержащем железо, обусловлено характером распределения кокса по сечению частицы катализатора. На таком катализаторе кокс в основном откладывается в периферийных областях частицы, а если учесть, что у используемого нами железоокисного катализатора объем пор и поверхность значительно меньше, чем у катализаторов крекинга, то необходимая глубина проникновения кислорода в зону горения уменьшается, в результате должно происходить ускорение выгорания отложений.76
Подсчитать температуру газификации кокса, если в генпратор вдувают воздух, обогащенный кислородом, с содержанием 40% О2. Припять, что,, весь углерод сгорает до СО, а содержание С в коксе равно 100%. При расчете принять также, что уголь подходит к зоне горения с температурой 0°С, а потери тепла составляют 42%.318
Рассмотрение процесса с чисто физической точки зрения приводит к выводам, что скорость турбулентного пламени Ут определяется не масштабом турбулентности и значением числа Рейнольдса, а величиной пульсационной составляющей скорости потока. Существенно то, что при большой степени турбулентности потока Ут не зависит от горючих свойств газовой смеси, которые определяют нормальную скорость распространения пламени Этот результат является следствием рассмотрения процесса только с чисто физической точки зрения. При больших а выброс языков фронта пламени настолько значителен, а поверхность пламени так велика, что сгорание газа, попавшего в зону горения, должно происходить очень быстро и практически не должно зависеть от нормальной скорости горения и , а следовательно, и не тормозить выброс новых языков пламени. При экспериментальной оценке От зависит от
Кислые отходы и низкокалорийное топливо можно применять в производстве цемента в связи с наличием большого объема зоны горения топлива и пепосредствеииого контакта продуктов сгорания топлива и обжигаемого материала, имеющего щелочную среду. Поэтому цементная промышленность может быть потребителем кислого гудрона и практически всех других углеводородных отходов нефтепереработки и нефтехимии.
Следовательно, чтобы обеспечить в зоне горения генераторз
В вихревые форкамеры установлены центробежные форсунки д для впрыска топлива. Процесс смесеобразования и сгорания рабочей смеси происходит в форка-мере. В зоне горения коэффициент избытка воздуха на расчетном режиме а 1,8.
Часть вторичного воздуха подводится через перфорированные стенки форкамер. В зоне смешения общий коэффициент избытка воздуха за счет вторичного воздуха увеличивается до а=3- -4,
| Таблица 16. Катализаторы ко ЗОНЫ горения и конверсии периодически меняют на обратное, чем устраняют необходимость в самостоятельной стадии подогрева нверсии природного газа с водя1 1ЫМ паром и кислородом |
>
Ремонт холодильника Gorenje. Замена датчика в запененной зоне.
Содержание статьи
Похожие статьи
Обратите внимание: