Реакции горения и газификации

РЕАКЦИИ ГОРЕНИЯ И ГАЗИФИКАЦИИ [c.223]

В природе и в промышленных установках протекают процессы обмена различных объектов энергией и массой (иногда применяют вместо термина обмен — перенос). Самым распространенным явлением тепло-и массопереноса в природе является испарение воды в океанах, протекающее за счет солнечной энергии химическое вещество Н2О покидает жидкую фазу (воду океана) и поступает в газообразную (воздух). Процесс сушки сырых материалов является типичным примером тепло- и мас-сообмена в промышленных процессах. Удаление влаги осуществляют в сушильных установках в результате теплообмена материала с горячим воздухом или горячей газо-воздушной смесью и при этом тепло- и массообмен протекают совместно. Тепло- и массообмен может происходить не только в физических процессах, по часто сопровождается и химическими реакциями. Процесс горения и газификации твердого топлива в промышленных топках и газогенераторах является примером тепло-и массообмена в таких устройствах. Процессы тепло- и массообмена сложны по своей природе, они связаны с движением вещества — конвективной (молярной) и молекулярной диффузией и определяются законами аэродинамики и газодинамики, термодинамики, передачи энергии в форме тепла, передачи лучистой энергии и превращением ее в теплоту и наоборот. [c.133]

Повышение температуры нагрева дутья приводит к увеличению объема одной и той же его массы и возрастанию линейных скоростей. Но более сильное воздействие оказывает ускорение реакций полного горения и газификации. Суммарный эффект выражается в уменьшении размеров и протяженности окислительной зоны. [c.117]

При горении твердого топлива в первый момент прекращения теплоподвода к поверхности заряда температура его поверхностного слоя сопоставима с температурой газификации топлива. При прекратившемся теплоподводе газифицируемый слой на поверхности заряда не может существовать продолжительное время. Вследствие нестационарности изменения скорости протекания реакций разложения и газификации при резком спаде температуры и давления газифицируемый слой практически разрушается. Таким образом, в момент гашения реальная температура поверхности заряда оказывается меньше температуры газификации топлива. Возможный непосредственный контакт достигнувших уже не горящей поверхности заряда капель жидкого охладителя способствует дальнейшему снижению температуры поверхности заряда. [c.176]

В зоне 3 протекают так называемые пламенные реакции между продуктами газификации СТТ и продуктами неполного окисления, в результате чего температура продуктов реакций повышается до равновесной температуры горения Т/, которая составляет 2600—3000 К для типичных СТТ. [c.243]

В загруженном в газогенератор топливе в зависимости от степени нагревания устанавливаются по высоте три основные зоны зона подсушки топлива горячими газами, зона сухой перегонки, где выделяются газы, пары кислот, смол и оснований и образуется кокс, и активная зона газификации кокса, где происходят экзотермические реакции полного и неполного горения углерода [c.153]

Зона огневой газификации является одной, из важнейших и определяет общую скорость всего поточного процесса горения. Огневая газификация представляет собой стадию измельчения до полного молекулярного состояния и необходима для того, чтобы всю массу топлива подготовить к следующей стадии — стадии образования истинной горючей смеси. Наиболее сложные формы принимает процесс газификации твердого топлива, сопровождаясь явлениями возгонки, окислительных и восстановительных реакций. Газификация твердого топлива облегчается с увеличением содержания в нем летучих веществ. [c.40]

Горелки типа ГМП (горелки с предварительной газификацией мазута). Процесс сжигания жидкого топлива сводится к однофазному газовому горению, минуя предварительные стадии горения мазута (подогрев, испарение, разложение). Предварительная газификация мазута осуществляется за счет тепла, выделяющегося при сжигании части топлива. При этом в топочной камере уменьшаются локальные тепловые нагрузки экранов. Характерными для горелок этого типа являются ускорение реакции горения, уменьшение сажеобразования и расширение диапазона регулирования. Технические характеристики горелок приведены в табл. 8-29. Установка горелки ГМП-14 изображена на рис. 8-20. [c.113]

Горючие сланцы занимают среди энергетических топлив особое место, являясь типичным местным топливом. Зольность их чрезвычайно велика и достигает 60—70% на сухую массу. Как было указано выше, зола сланцев под воздействием высоких температур разлагается с выделением значительных количеств углекислоты (так называемой карбонатной), не являющейся продуктом реакций горения. Влажность сланцев, а также содержание в них серы значительны ( У == 15- 20%, З до 4%). Высокий балласт сланцев обусловливает их низкую теплоту сгорания Qн = = 1500 2000 ккал/кг). Вместе с тем характерным для сланцев является весьма высокий выход летучих веществ (У 80- -90 о), что наряду с использованием их как энергетического топлива делает их весьма пригодными для газификации и химической переработки с целью получения различных химических продуктов, масел, моторного топлива и горючего газа. [c.33]

Процесс горения твердого топлива может рассматриваться как двухстадийный с нерезко очерченными границами между двумя стадиями первичной неполной газификации в гетерогенном процессе, скорость которого зависит главным образом от скорости и условий подвода воздуха, и вторичной — сгорания выделившегося газа в гомогенном процессе, скорость которого зависит главным образом от кинетики химических реакций. Чем больше в топливе летучих, тем в большей степени скорость сгорания его зависит от скорости протекающих химических реакций. Что касается сжигания топлива в виде пыли, как это имеет место в некоторых пламенных печах большой мощности, то в них процесс горения приближается к гомогенному, поскольку сильно развитая поверхность горящего топлива обусловливает характер горения пыли, больше зависящий от скорости химических реакций, чем от условий подвода воздуха для горения, хотя и в этом случае требование интенсивного 72 [c.72]

Применение повышенного давления при высоких температурах невыгодно и по другой причине. Реакции газификации, протекающие при горении, связаны с увеличением объема продуктов горения. Однако повышенное давление препятствует протеканию таких реакций. Таким образом, при повышенном давлении воздуха, с одной стороны, увеличивается скорость горения, с другой — происходит торможение реакции газификации, что замедляет горение. Несмотря иа это, делаются попытки применить газовую турбину в комбинации с топкой с жидким шлакоудалением, в которой сжигались бы угли при повышенном давлении воздуха. Преимуществами такого решения являются улавливание большей части золы в виде шлака непосредственно в топке и получение чистых продуктов горения с высокой температурой, необходимых для приведения в движение турбины. [c.87]

В зоне газификации (над линией О3Г) происходят восстановительные реакции раскаленного углерода кокса с поднимающимися снизу продуктами полного сгорания — углекислотой СО2 и водяным паром Н2О, за счет чего получаются окись углерода СО и водород Нг- Наличие этой зоны обусловливается тем, что кислород воздуха практически пол юстью расходуется в первых трех-четырех рядах коксовых частиц, а выше процесс горения идет уже при отсутствии свободного кислорода [Л. 4, 94]. Чем толще слой, тем больше будет развита зона газификации. Как уже говорилось, толщина слоя на решетке составляет 100— 200 мм. [c.176]

В связи С ограниченными запасами натурального газа и нефти за последнее время привлекли внимание установки для газификации угля. При нормальном процессе горения, когда в зоне горения имеется избыток воздуха, углерод угля сгорает, образуя углекислый газ в соответствии с реакцией С + Ог— -СОг. Азот воздуха переходит из зоны горения в получающийся газ без изменений, не вступая в реакцию. При этой реакции 1 фунт углерода выделяет 14700 БТЕ (1,55-10 Дж). При ограничении подачи воздуха и обеспечении таких условий, когда на колосниковой решетке поддерживается сравнительно глубокий слой угля, углерод может быть окислен до окисла углерода в соответствии с реакцией 2С- -+О2— 2С0. И в этом случае азот проходит через слой топлива, не вступая в реакцию. При реакции образования СО выделяется 4400 БТЕ (4,6-10 Дж) на каждый фунт газифицированного угля при этом остаточная по сравнению с полным сгоранием теплота сгорания газа равна 14700—4400=10300 БТЕ (1,09-10 Дж). [c.192]

Газификация является одним из методов переработки твердого топлива, при котором вся горючая масса переходит в горючий газ. Для этого используются специальные установки, называемые газогенераторами. Твердое топливо, загруженное в шахту газогенератора, поджигают и снизу продувают воздух. При горении идет реакция окисления, в результате чего образуются углекислый газ и вода с выделением теплоты, которая нагревает топливо, [c.169]

Обращенный процесс газификации (рис. 49, б) осуществляется пз тем отбора газа из газогенератора ниже места подвода воздуха. При этом поток горящих газов направлен вниз и зона П1 восстановления образуется под зоной IV горения. Химические реакции в газогенераторах с обращенным процессом протекают так же, как и при прямом процессе, но обращенный процесс имеет существенные преимущества, заключающиеся в том, что смолы [c.88]

Закономерности изменения состава газа по пути движения дутья являются характерными для процесса горения в слое и выражаются в последовательном переходе от продуктов полного горения СОа к продуктам реакции газификации углерода СО. [c.114]

Сжигание топлива в теплотехнических установках преследует цель выделить тепло за счет экзотермических химических реакций и получить раскаленные продукты полного сгорания (дымовые газы) или продукты газификации. Например, в топках паровых котлов, в промышленных печах (кроме шахтных печей), в двигателях внутреннего сгорания, в камерах сгорания газовых турбин горение ведут с наибольшей полнотой и получают продукты полного сгорания. [c.262]

При анализе первой зоны также учитывается корка расплавленного связующего материала на поверхности окислителя и, следовательно, встречная газификация и реакция конденсированной фазы, покрытой коркой окислителя в зависимости от давления горения. [c.66]

Главной отличительной особенностью процесса обжига в шахтных печах является постоянный тесный контакт внутри каждой гранулы пли брикета между частицами сырья и топлива (антрацита или кокса). Здесь процессы горения и технологические реакции взаимосвязаны, поскольку свободному доступу окислителя (воздуха) к отдельно взятой топливной частички препятствуют окружающие ее зерна сырья, кроме того, окислитель в момент контакта с горючим значительно забалластирован углекислым газом технологического происхождения. Установлено, что при работе на черных гранулах (брикетах) сырья — при запрессованном в них тонкоизмолотом топливе, примерно половина технологической двуокиси углерода в результате взаимодействия с топливом восстанавливается до окиси углерода, которая затем сгорает в углекислоту после диффундирования из гранул брикетов, находясь в потоке печных газов и взаимодействуя с кислородом. Определенная часть топлива непосредственно реагирует с кислородом воздуха и сгорает сразу в СОг. Следовательно, в шахтных печах технологические процессы переплетаются с процессами горения и газификации углерода топлива. [c.519]

Скорость химической реакции окисления углерода очень быстро растет с повышением температуры. Поэтому область температур, в которой скорости химической реакции и диффузии примерно одинаковы и нужно учитывать сопротивление диффузии и ооиротивление химической реакции (промежуточная область), мала. Для процессов, связанных с горением (и газификацией) при температуре вьипе 900—1000° С, обычных для промышленных установок, суммарная скорость процесса определяется преимущественно диффузионными факторами, но не скоростью химической реакции. [c.68]

Реакции, протекающие в таких устройствах, едины по своей природе с реакциями горения, и в результате получают горючие газообразные продукты газификации. Встречаются в теплотехнике случаи двух-стадийного сжигания топлива сначала топливо газифицируется, а затем (в том же устройстве) продукты газификации полностью дожигаются. Условия сгорания топлива в разных теплотехнических устройствах различны, как различны сами топлива и подготовка их к сжиганию. Например, в топках паровых котлов и в промышленных печах топливо сгорает при атмосферном давлении, в то время как в камерах сгорания газовых турбин и в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания топливо гсфит при давлении, во много раз превышающем атмосферное. Несмотря на указанное выше различие, в процессах сгорания много общего. Общие главные вопросы вкратце излагаются ниже. [c.262]

В газогенераторах осуществляют газификационные процессы, в которых в качестве окислителей используют кислород, воздух, водяной пар и углекислый газ. Реакции, протекающие в таких устройствах, едины по своей природе с реакциями горения, но в результате получают горючие газообразные продукты газификации. [c.223]

Исследования процессов сжигания, пиролиза и газификации топливоводяных эмульсий показали, что вода в количестве 15—50% играет активную роль в процессах горения и термической переработке жидких топлив улучшает состав газа, уменьшает выделение сажи, повышает полноту реагирования и к.п.д. процесса. Вместе с тем механизм взаимодействия воды с жидкими углеводородами пока неясен. Не исключено, что вода непосредственно взаимодействует с топливом, несмотря на относительно низкие температуры процесса. Возможно, что вода вступает в реакцию с топливом после своего испарения, т. е. в паровой фазе. Этот вопрос требует специального изучения и прежде всего в связи с индивидуальными углеводородами. [c.141]

Стационарное и нестационарное горение пороха было рассмотрено Я. Б. Зельдовичем (1942). Теория стационарного горения основывается на вышеупомянутых экспериментальных результатах А. Ф. Беляева, но вместо испарения фигурируют разложение и газификация пороха под воздействием потока тепла из газовой фазы, т. е. из пламени сгорающих продуктов газификации. Применение к распространению лламепи в продуктах газификации изложенной выше теории нормального горения газов с учетом того, что волна прогрева перед фронтом пламени распространяется также и в порохе, позволило получить выражения для стационарной скорости горения пороха и размеров и времен релаксации характерных слоев тепловых слоев пороха. и газа и слоя релаксации в газе. Новым по сравнению с теорией скорости нормального горения газов здесь является наличие теплового слоя пороха с размером и временем релаксации, превышающими газовые. Зависимость скорости горения пороха отражает зависимость скорости газовых реакций от давления и температуры газов. [c.363]

Процесс горения. В виду того что главными составными частями во всех технически важных горючих материалах являются С и Н, то в результате полного сгорания получается углекислота и водяной пар. Следовательно, процесс горения представляет собой в чистом виде газовую реакцию, а потому твердые и жидкие тела должны быть предварительно переведены в газообразное состояние. В твердых телах началу процесса горения соответствует газификация. По мере того как полученные продукты возгонки окисляются, появляется пламя. Жирные угли с большим количеством летучих составных частей дают длинное пламя. При обыкновенных топках нужно различать сгорание над колосниковой решеткой, получаемое благодаря сгоранию газов, выделившихся из горючего материала, и сгорание на самой колосниковой решетке, получаемое благодаря высокой температуре дестиллята. [c.642]

Восстановительные процессы, повндимому, начинаются еще в зоне горения. Точно установить границу между зоной горения и зоной восстановления практически невозможно. Поэтому обе эти зоны обычно объединяют под общим наименованием активной зоны газификации или активного слоя топлива, подразумевая под этим ту часть слоя, в которой происходят все указанные выше реакции. Выхо- дящий из зоны газификации сухой > газ (т. е. за вычетом водяного пара) ] состоит из углекислого газа СО2, окиси углерода СО, водорода Нг, а также азота воздуха N2. [c.25]

Сопоставление схем горения баллиститного и смесевого топлнз выявляет ряд объединяющих их черт экзотермичность газификации твердой фазы, наличие переходной реакционной либо реакционнодиффузионной зоны между поверхностью горения и зоной, где достигается в результате газофазных реакций некоторая предельная температура Т1 для баллиститных, и Го — Для смесевых. Это позволяет использовать в первом приближении для описания процесса горения обоих типов топлив обобщающую математическую модель. Разумеется, такая модель становится неправомочной в тех случаях, когда гетерогенные свойства смесевых топлив начинают выступать на первый план, как, например, при рассмотрении вопросов воспламенения ТРТ. В таких случаях приходится для каждого типа ТРТ создавать свою модель процесса. Ниже описание процесса горения дается на основе обобщенной модели горения ТРТ. [c.237]

Рассматривая процесс горения в КС ЖРД, следует отметить, что в ней нет фронта горения, как это наблюдается при горении гомогенной, т.е. заранее перемешанной гааообрааной горючей смеси. Здесь горение происходит в объеме. Причем в каждом сечении начального участка КС протекают одновременно как подготовительные процессы, так и химические реакции горения часть топлива уже выгорела, часть только перемешалась и горит, а часть еще проходит процесс газификации. Схематически зону горения можно представить, как показано на рис. 2.5. [c.39]

Газификаторы устанавливаются непосредственно на печах и позволяют осуществлять двухступенчатое сжигание мазута. Устройства состоят из камер (предтопок), оборудованных форсунками, и называются часто для простоты горелками. В предтопках получается полугаз, состав которого зависит от способа газификации (подачи окислителя и ее глубины). Конструктивные особенности устройства позволяют обеспечить регулируемое управление протеканием реакции крекинга и окисления. Преимуществами двухступенчатого сжигания мазута являются интенсификация его горения, что позволяет уменьшить размеры топочного пространства, бессажевое сжигание (даже при ос < 1), высокий импульс пламени при выходе в рабочее пространство. В газификаторах может быть получен не только горючий низкокалорийный газ с высокой температурой, но и защитный газ определенного состава. Тепло, получаемое при неполном сжигании мазута в газификаторе, используется для испарения жидкого топлива и газификации. [c.213]

У графитоподобных материалов доля газификации практически постоянна и близка к единице. Однако суммарный тепловой эффект поверхностных процессов меняется от отрицательных значений при горении согласно реакции -f02= 02 или при неполном окислении С+ +0 = С0 до положительной теплоты сублимации AQh h, которая у графита выше, чем у любого другого материала (рис. 5-7). Если AQw= = 0, то при Г =1 эффективная энтальпия линейно возрастает от минимального значения, равного количеству тепла, поглощенного за счет теплоемкости при нагреве до температуры начала разрушения с(Тр—Го). [c.128]

Суммарная кинетика горения полимера весьма сложна и включает такие разные типы реакций, как газофазные, поверхностные и подповерхностные реакции в конденсированной фазе. Химический механизм газофазных реакций при горении полимера подобен механизму реакций в диффузионных пламенах углеводородов, поэтому горение полимера можно интерпретировать как реакцию на твердой поверхности, приводящую к формированию углеводородного пламени. Реакции в конденсированной фазе включают поверхностные и подповерхностные реакции. Подповерхностные реакции представлены реакциями разложения твердой фазы, которые протекают по той причине, что разложение начинается раньше газификации. Для поверхностных реакций возможны две ситуации когда поверхность жидкая и когда она твердая и обугленная. В работе [26] проведено исследование поверхностного пиролиза ПБККГ, ПБКГГ, ПБАН, полиуретана и других связующих и обнаружено, что в широком диапазоне изменения тепловых потоков и давлений на их поверхности образуется кипящий расплавленный слой и происходит обугливание материала. [c.68]

Оба приведенных примера относятся к распространению тепловых волн в твердых телах, когда с хорошей точностью можно пренебрегать влиянием деформации и движения среды на поведение экзотермических волн. Экзотермические волны в твердых телах без их газификации в настоящее время наиболее полно исследованы экспериментально и теоретически при так называемом безгазовом горении конденсированных систем. Эти исследования начались после того, как в 1967г. удалось осуществить горение в безвизовой системе, в которой исходным материалом была спрессованная смесь порошков титана и бора, а продуктом реакции — диборид титана [9]. При этом волна горения распространялась по цилиндрическому образцу со скоростью в несколько см/с температура в волне горения вследствие сильной экзо-термичности реакции соединения титана с бором превышала 3000 К. Подобные процессы получили название самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и в настоящее время нашли интересные и важные приложения в технологии. Сейчас известны многие реакции подобного типа, в которых реагентами являются металлы (титан, цирконий, гафний, молибден и др.), неметаллы (бор, углерод, кремний и др.), соединения элементов (азиды, углеводороды и др.). Продукта- [c.128]

Закон действующих масс применим и для гетерогенного горения, когда в качестве горючего используется твердое или жидкое топливо. При этом в качестве горючего вещества в смеси с окислителем рассматриваются продукты газификации твердого или пары жидкого топлива. Парциальные давления этих топлив при постоянной температуре являются величинами постоянными и поэтому в уравнении опускаются. Окончательно формула для скорости гетерогенной реакции между твердым или жидким горк>- [c.98]

В иечах с простыми топками процесс горения топлива заканчивается полностью в пространстве топки, вследствие чего наиболее высокая температура получается не в рабочей камере печи, где нагревается металл, а в топке. Иначе обстоит дело в печах, работающих на газообразном топливе. Здесь топливо сжигается непосредственно в рабочем пространстве печи, а поэтому там легко создается требуемый температурный режим для нагрева металла. Исходя из этого, правильным было бы организовать процесс горения твердого топлива с разделением на две стадии — неполное горение в слое топлива на колосниках (газификация) и горение газообразных продуктов газификации в рабочем пространстве печи, т. е. там, где требуется наиболее высокая температура. Для этого необходимо сделать топку глубже и сжигать топливо более толстым слоем. Воздух в этом случае обязательно подводится в двух местах первичный воздух (60—70%) — под колосниковую решетку и вторичный воздух (30—40%) в рабочее пространство печи вторичный воздух подается обычно подогретым, топка такого типа называется полугазовой (см. фиг. 92). Сжигание в ней топлива толстым слоем с недостатком воздуха способствует выделению горючего газа с содержанием окиси углерода по реакции [c.47]

Большое влияние на протекание процесса газификации оказывает скорость поступления воздуха о (скорость дутья) в камеру газификации. С увеличением скорости дутья повышается температура на поверхности топлива, находящегося в струе поступающего воздуха, т. е. получается местное увеличение напряженности горения, величина которой достигает 50000 кг1м час. В результате выход первичной окиси углерода СО по реакции (6) увеличивается и работа газогенератора становится более гибкой, так как она в меньшей степени зависит от протекания восстановительных реакций (см. табл. 12). Однако нельзя повышать скорость дутья беспре- [c.31]

Механизм влияния начальной температуры заряда на скорость горения достаточно очевиден. Под действием подводимого тепла частицы топлива вблизи поверхности горения сначала газифицируются, а химические реакции протекают в основно.м уже в газовой фазе. В это.м процессе основную роль играют условия передачи тепла от газа к поверхности заряда. При более низкой температуре заряда время газификации несколько затягивается. Отсюда, как следствие, и снижение скорости горения. Кстати, из такого представления становится ясной и роль давления. Чем выше давление, тем большее число молекул горячего газа находится у поверхности заряда и тем интенсивнее идет подвод тепла. В этих рассуждениях можно пойти и дальше. Коль скоро процесс связан с условиями передачи тепла, то скорость горения до 1Жна еще зависеть и от скорости с.мены активных молекул вблизи стенки. Иначе говоря, скорость горения должна возрастать также и со скоростью газового потока, проходящего вдоль поверхности заряда. Так оно и получается. В поток, по мере приближения к соплу, вливаются все новые и новые порции газа, и скорость потока возрастает. Поэто.му заряд со стороны сопла горит быстрее, и при проектировании заряда и двигателя в це-.лом это обстоятельство также должно приниматься во внимаине. [c.148]

В зоне развитого горения, где температура больше 24СЮ... 25(Х)К, скорости химических реакций очень велики и время, необходимое для их завершения, имеет порядок 10 ...10" с. Если сравнить это время со временем газификации жедких компонентов (10 с), то оно на два-три порядка меньше. Поэтому в условиях камеры сгорания ЖРД химические реакции не лимитируют процесс преобразования исходного топлива в ПС он определяется наиболее медленным процессом. В жидкостно-жидкостных и газожидкостных КС наиболее медленным процессом является процесс газификации жидких компонентов в газо-газовых КС из-за отсутствия жидких капель наиболее медленным процессом будет процесс перемешивания. Поэтому можно считать, что в КС ЖРД только что образовавшиеся объемы смеси, готовые к горению, мгновенно выгорают. [c.38]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...