Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Тепловой взрыв, ламинарное пламя, диффузионное пламя, горение жидкого и твердого топлива




Горение. Виды горения.

Горение – это химический процесс соединения горючего вещества с окислителем, сопровождающийся интенсивным выделением теплоты и излучением света. Условием возникновения горения является превышение скорости выделения теплоты химической реакцией над скоростью отвода теплоты в окружающую среду. Горение подразделяется на тепловое и цепное. В основе теплового горения лежит химическая реакция, способная протекать с прогрессирующим самоускорением вследствие накопления выделяющегося тепла. Цепное горение встречается в случаях некоторых газофазных реакций при низких давлениях. Горение может начаться самопроизвольно в результате самовоспламенения, либо быть инициированным зажиганием. При фиксированных внешних условиях непрерывное горение может протекать в стационарном режиме, когда основные характеристики процесса — скорость реакции, мощность тепловыделения, температура и состав продуктов — не изменяются во времени, либо в периодическом режиме, когда эти характеристики колеблются около своих средних значений. Вследствие сильной нелинейной зависимости скорости реакции от температуры, горение отличается высокой чувствительностью к внешним условиям.

Различают несколько видов горения:
• Вспышка – быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов.
• Возгорание – возникновения горения от источника зажигания.
• Воспламенение – возгорание, сопровождающееся появлением пламени.
• Самовозгорание – горение, возникающее при отсутствии внешнего источника зажигания.
• Самовоспламенение – самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.

• Взрыв – чрезвычайно быстрое горение, при котором происходит выделение энергии и образование сжатых газов, способных производить механические разрушения.

1) Тепловой взрыв – явление быстрого нарастания скорости хим. реакции, приводящее при определенных внешних условиях к воспламенению горючей смеси без соприкосновения с пламенем или раскаленным телом. Hарушение механич. равновесия вследствие быстрого выделения энергии в ограниченном пространстве, воспринимаемое как взрыв, порождает в окружающей среде взрывные волны. Расширение области энерговыделения происходит co скоростями, как правило, превышающими скорость звука в невозмущённой среде. Механизм действия взрыва охватывает процессы передачи и диссипации энергии взрыва в окружающей среде. Hаибольшее значение имеют процессы в ударных волнах: нагрев, ионизация и свечение газов, разрушение и фазовые переходы в конденсир. средах, необратимые изменения в веществе. Hеустановившееся механич. движение окружающей среды при взрыве обычно осложнено её неоднородностью и многофазностью, разнообразием текстуры и структуры. При больших масштабах взрыва ощущается влияние действия силы тяжести и тектонич. напряжений.

2) Ламинарное “кинетическое” пламя – имеет место при ламинарном движении горючей смеси. За счет регулирования состава газовоздушной смеси, вытекающей из горелки при ламинарном режиме движения, можно добиться появления устойчивого и резко очерченного конуса горения. Боковая поверхность конуса (фронт пламени), неподвижная относительно огневой кромки канала горелки, движется по направлению к вытекающей газовоздушной смеси, а пламя в этом случае распространяется по нормали к поверхности воспламенения в каждой ее точке.

В вершине конуса скорость увеличивается благодаря прогреву газовоздушной смеси близко расположенными участками конусной поверхности фронта пламени, а у основания конуса — снижается за счет охлаждающего воздействия торцевой части огневого канала горелки. Усредненная нормальная скорость распространения пламени равна
ин = Vсм /S (8.27)
где Vсм — объем проходящей через горелку газовоздушной смеси, S — площадь поверхности конусного фронта пламени. Время, необходимое для распространения пламени от периметра горелки до центра струи.
,где R – радиус горелки. За это время центральные струи, двигаясь со скоростью W, проходят расстояние . При данном диаметре горелки форма факела и его размеры зависят от скорости распространения пламени и скорости потока в отдельных точках струи. Чем больше скорость распространения пламени и меньше скорость потока, тем короче факел, и, наоборот, чем меньше Un и больше W, тем длиннее факел.

Диффузионное пламя

Диффузионное пламя образуется при диффузионном горении, которое осуществляется при раздельной подаче горючего и окислителя. Фронт диффузионного пламени разделяет потоки топлива и окислителя. Положение фронта пламени и скорость сгорания в нем (и соответственно длина факела) определяются интенсивностью диффузии горючего и окислителя и продуктов сгорания.

Диффузионный факел длиннее, чем факел подготовленной смеси. Примером диффузионного пламени может служить пламя спички, свечи. При диффузионном горении углеводородосодержащих топлив, их пламя характеризуется образованием продуктов неполного сгорания, в частности сажи. Поскольку частицы сажи обусловливают сильное свечение пламени, диффузионные пламена использовались в старину для освещения. Типичным примером диффузионного пламени является пламя свечи или керосиновой осветительной лампы, пламя, возникающее при горении дров или каменного угля.

Горение жидкого и твердого топлива: Жидкое топливо, как правило, сжигается в распыленном состоянии, в виде капель в потоке воздуха. Горение жидких топлив всегда происходит в паровой фазе, поэтому процессу горения капли всегда предшествует процесс испарения. Скорость хим реакции смеси паров жидкого топлива с окислителем достаточно велика, так что толщина зоны вокруг капли топлива зависит от t в зоне горения и от параметров испарения топлива: чем выше t горения, тем выше тодщина паровой зоны. Для производства тепловой энергии из нефтяных топлив применяют лишьмазут и печное бытовое топливо. При нагреве капель мазута до высокой температуры образуется твердая углеродная фаза – сажа и кокс. Раскаленные частицы сажи и кокса в пламени обусловливают светимость факела. Твердое топливо Сжигание натурального твердого топлива не сводится к простым процессам окисления его горючих элементов в исходном состоянии, а проходит в несколько стадий.

Процессу горения твердого топлива предшествует тепловая подготовка его частиц, включающая подогрев топлива, испарение влаги и выделение летучих веществ. Все эти процессы эндотермические, т.е. требующие подвода теплоты. Для некоторых топлив эти затраты достигают 20...30% всей теплоты сгорания.

Влага испаряется из топлива при температуре 1000С. При дальнейшем повышении температуры из частиц топлива выделяются летучие вещества. Температура максимального выделения летучих веществ зависит от химического возраста топлива и составляет 200...4500С. Летучие вещества топлива загораются при температуре воспламенения, а выделяющаяся теплота способствует прогреву частиц и дальнейшему выделению из них летучих.

Большую часть общего объема горения занимает гетерогенное горение твердого топлива коксового остатка, который в основном состоит из углерода. На полноту и скорость его горения влияет химический состав золы. В процессе горения коксового остатка фронт реакции перемещается к центру частиц. Поэтому увеличивающийся слой золы ухудшает условия подвода окислителя к месту реакции и отвода продуктов сгорания.

 

 

54. Механизмы распространения пламени:

Существует 2 механизма распространения пламени: цепной и тепловой.Тепловой механизм распространения пламени:

Искра Область теплового воспламенения Нагрев близлежащих слоев Воспла- менение Нагрев следующих окружающих областей
                 

В основе теплового механизма лежит явление теплопроводности.

1) Цепной механизм распространения пламени:

Искра → Область цепного воспламенения → Активация близлежащих слоев → Цепное воспла- менение → Активация следующих окружающих областей.

В основе цепного механизма лежит – диффузия активных центров.

55. Конверсия топлива:

Конверсия топлива – изменение химического состава и агрегатного состояния топлива. Используется в переработке отходов на получение тепловой и электрической энергии. Происходит конферсия органических компонентов с синтез-газ. Высокие температуры утилизируемых материалов, получаемые при плазменном горении составляют 1300–2000°С, по сравнению с 850°С при обычном сжигании, что являются ключевым преимуществом плазменной технологии переработки опасных отходов. Важное преимущество этой технологии состоит в том, что процесс разложения проводится в изолированном от атмосферы объеме и получаемый конверторный газ подвергается многостадийной очистке перед его использованием.

56. Пиролиз:

Пиролиз термическое разложение органических соединений без доступа воздуха. Сырье загружается в сосуд и нагревается посредством теплопередачи через стенки и подвергается термическому разложению с образованием парогазовой смеси и углеродистого остатка. Эта смесь выводится по трубопроводу, охлаждается, пары конденсируются и полученная жидкость отделяется от неконденсирующихся газов. Выделяемые в процессе пиролиза летучие компоненты, в том числе и водяной пар, превращаются в пиролизный газ. Получаемый газ проходит через значительный слой активного углерода и на выходе он является почти абсолютно чистым без вредных примесей.

57. Газификация угля:

Газифика́ция — преобразование органической части твёрдого или жидкого топлива в горючие газы при высокотемпературном (1000—2000 °C)нагреве с окислителем (кислород, воздух, водяной пар, CO2 или, чаще, их смесь). Полученный газ называют генераторным по названию аппаратов, в которых проводится процесс — газогенераторов. Совокупность процессов, протекающих в ходе газификации твёрдых горючих ископаемых — пиролиз, неполное горение, полное окисление — называют конверсией. Газификация угля -- процесс переработки угля в другие виды топлива. Среди процессов газификации различают автотермические, при которых тепло, необходимое для эндотермического процесса газификации, получают путем сжигания части введенного топлива кислородсодержащими газифицирующими агентами, и аллотермические, когда требуемое тепло подводится извне, с помощью твердого или газообразного теплоносителя.

58. Производство синтез-газа, производство метанола из синтез-газа, реакция Фишера-Тропша:

Синтез-газ — смесь монооксида углерода и водорода. В промышленности синтез-газ получают паровой конверсией метана, парциальным окислением метана, газификацией угля. (методы описаны в вопросах выше!) Каталитические превращения смеси оксида (или диоксида) угле­рода с водородом, лежащие в основе производства метанола, протекают по уравнениям:

Реакции (1) и (2) экзотермичны и протекают с уменьшением V. Из этого следует, что максимальные выход метанола и степень превращения синтез-газа будут достигаться при низких t-ах и высоких давлениях. При промышленном осуществлении синтеза метанола для до­стижения max-ых выходов и оптимальной экономичности совершенно необходимо поддерживать определенные температуры, давление, концентрацию и активность катализатора. До­стигаемые выходы метанола помимо времени контакта и активно­сти катализатора определяются главным образом фактическим пе­репадом концентраций реагентов по слою катализатора. При синтезе метанола возможно образование метана и высших углеводородов:

Процесс Фишера – Тропша описывается следующим химическим уравнением CO + 2 H2 → −CH2− + H2O 2 CO + H2 → −CH2− + CO2. Получаемые углеводороды очищают для получения целевого продукта — синтетической нефти. Углекислый газ и монооксид углерода образуются при частичном окислении угля и древесного топлива. Польза от этого процесса в его роли в производстве жидких углеводородов или водорода из твёрдого сырья, такого как уголь или твёрдые углеродсодержащие отходы различных видов. Неокислительный пиролиз твёрдого сырья производит син-газ, который может быть напрямую использован в качестве топлива, без преобразования по процессу Фишера – Тропша. Если требуется жидкое, похожее на нефтяное топливо (смазка), может быть применён процесс Фишера – Тропша. Если требуется увеличить произ-во водорода, водяной пар сдвигает равновесие реакции, в результате чего образуются только углекислый газ и водород. Таким образом появилась возможность получать жидкое топливо из газового.

59. Газогенератор Лурги:

В газогенераторе Лурги осуществляется газификация кускового топлива в плотном слое при повышенном давлении. Газогенератор представляет собой колонный аппарат с рубашкой водяного охлаждения. Туда загружается уголь. Уголь преобразуется в горючий газ, этот газ очищается от угольной пыли и смолы. Газогенератор Лурги представляет собой колонный аппарат с рубашкой водяного охлаждения. При помощи охлаждаемого вращающегося распределителя угля (5) и перемешивающего устройства (6) топливо равномерно распределяется по сечению аппарата. Парокислородное дутье подают под вращающуюся колосниковую решетку (11), на которой находится слой золы. Этот слой способствует равномерному распределению газифицирующего агента.

 

60. Конверсия жидкого топлива:

Конверсия есть процесс получения жидкого топлива из твердого, в данном случае будет получение сингаза из угля и воды, за которым следует изменение отношения монооксид углерода/водород в соответствующих реакторах и удалениесеры; каталитическая конверсия очищенного сингаза в синтетические жидкое топливо.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-12-24; Просмотров: 1764; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.019 сек.