ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Процессы сжигания. Сжигание в пламени из "Промышленная очистка газов" Если загрязняющие вещества легко окисляются, как, например, пары углеводородов в отходящих газах цехов растворителей или красок, то их удаление может быть осуществлено путем сжигания газов, причем образуются диоксид углерода и вода при сжигании углеводородов, или диоксид серы и вода — в случае органических сульфидов. Если концентрация этих примесей в газах достаточно велика и входит в область воспламеняемости, после первоначального поджигания будет поддерживаться процесс самоокисления. Самая низкая концентрация паров, при которой происходит этот процесс, является нижним пределом воспламеняемости, а самая высокая — верхним пределом воспламеняемости. В этих пределах может происходить регулируемое сжигание, однако в некоторых условиях возможен взрыв. [c.181] Для поддержания любого процесса горения необходимо соответствующее количество кислорода. При обычном сжигании необходимое количество кислорода на 10—15% больше стехиометрического, тогда как в процессах каталитического сжигания требуется только стехиометрическое количество. Кроме того, чтобы температура в камере сжигания или в пламени была достаточно высокой, необходимо интенсивное турбулентное перемешивание кислорода и сжигаемого газа п обеспечить достаточное время пребывания для полного сжигания. Эти факторы определяются конструкцией горелки и камеры сжигания, а также степенью предварительного смешивания газов. [c.182] Факел заранее перемешанной смеси короче, горячее и обычно голубого цвета, тогда как факел неперемешанных газов обычно очень яркий, что объясняется крекингом углеводородов и образованием раскаленных частиц углерода. [c.182] Значения этих функций при 25 °С и 10 5 Па называются стандартными и обозначаются ДО , ДЯ , Д5 . Для отрицательных значений ДО реакция термодинамически возможна, тогда как для значений ДО от О до 42 ООО Дж/кмоль вероятность самопроизвольной реакции невелика, однако этот вопрос заслуживает дополнительного исследования. При Д042 000 Дж/кмоль самопроизвольная реакция невозможна. [c.182] Прямое сжигание обычно осуществляется при температурах 700—800 °С, тогда как каталитическое сжигание — при 250—400 °С. [c.182] Пунктирной линией на рис. П1-50 нанесено теоретическое (стехиометрическое) количество воздуха и пара, тогда как сплошная линия обозначает экспериментальную величину светимости пламени. Отсюда видно, что для создания наиболее экономичных условий процесса желательно работать в области между Ф = 5 и осью абсцисс. Это указывает также, что одним из основных факторов для поддержания устойчивого пламени является подача достаточного количества воздуха. [c.183] Расчеты показывают, что для увлечения достаточного количества воздуха скорость газового потока должна приближаться к сверхзвуковой. Поэтому на практике обычно вокруг форсунок для впрыска газа располагают сопла для подачи пара с высокой скоростью, что иногда приводит к большому шуму факела. Другие виды факелов, когда используется предварительное смешение газов с воздухом (типа горелок Бунзена) или предварительное смешение с паром и последующее увлечение воздуха в форсунку, не нашлк широкого применения. Вероятная причина этого заключается в. [c.183] Предусмотрен также пусковой факел. Если концентрация горючих газов настолько мала, что она не обеспечивает минимального выделения тепла для реакции сгорания, то в ряде случаев используют предварительный подогрев газов. Для этой цели имеется кольцевая горелка. Если в газах, поступающих на факел, присутствует туман масла, его необходимо удалить на входе в трубу для обеспечения безопасных условий сжигания. Необходимо также принять меры против проскока пламени, если в сжигаемых газах присутствует кислород. [c.184] Сжигание в факеле применялось для удаления органических тиофосфатов, обладающих лакримогенными свойствами, а также углеводородов [569]. В производстве таких веществ технологический вакуум достигается с помощью паровых эжекторов, и сброс направляется в сборники горячего конденсата, что приводит к возникновению внутрицеховых загрязнений. Однако газы, выходящие из сборника конденсата, обычно горючи и могут подаваться на факел. [c.184] Альтернативой сжиганию газов в открытом факеле является их сжигание в замкнутой камере. В типичных конструкциях камер сжигания применяется циркулярное распределение потока, обеспечивающее высокую степень турбулентности и адекватное время пребывания (0,2—0,7 с) в малом объеме. [c.184] Существует ряд конструкционных решений, дающих более или менее равномерное смешение компонентов и требуемое время пребывания в камере сжигания. На рис. П1-52, а показана горелка, от которой газы отталкиваются на распределитель пламени и проходят через слой пламени в направлении, отличающемся от направления газа. Температура в камерах ограничена 450°С, поэтому в них возможна лишь частичная конверсия углеводородов. [c.184] На рис. П1-52, б показана горелка с тангенциальной подачей газов. Выхлопные газы входят в камеру сгорания через отражатель пламени, который способствует концентрированию газов у стенок. Этот тип камер сгорания особенно пригоден в тех случаях, когда концентрация кислорода в сжигаемых газах мала (менее 15%), а объемная скорость газов изменяется в широких пределах. В камере поддерживается температура в пределах 480—760°С. [c.184] В более современных установках используются горелки с предварительным смешением, такие как модель Комбастифьюм [167] (рис. 111-53). Достоинством таких горелок является короткое пламя, а также полное смешение компонентов (рис. 111-54). [c.185] Исследовалась также возможность дополнительного предварительного подогрева газа (рис. 111-55), причем оказалось, что в этом случае для одинаковой степени сжигания были достаточны более низкие температуры при меньшем времени пребывания. Для работы таких горелок необходимы гораздо более высокие- скорости— порядка 20—40 м/с по профилю сопла горелки, вместо 10 м/с в традиционных камерах сгорания. [c.185] Выходящие из камеры газы могут либо выбрасываться непосредственно в атмосферу, либо пропускаться через теплообменник с целью рекуперации тепла горячих газов. В таких конструкциях обычно используется дополнительная газовая или нефтяная горелка, нагревающая газы выше их температуры самовоспламенения [713]. Для паров нефти достаточны более низкие температуры, тогда как для метана и ароматических углеводородов необходимы более высокие температуры. [c.186] Типичными областями применения дожигателей с открытым пламенем является дожигание газов со скотобоен и салотопен для удаления неприятных запахов, органических отходов цехов эмалированной проволоки [69], отходящих газов стержневых печей [49] и оксидов азота, образующихся в процессе нитрования [214]. Оксиды азота [214] предварительно смешиваются с природным газом до подачи в камеру, куда добавляется воздух, необходимый для полного сжигания. [c.186] Более простой по конструкции является установка для дожигания отходящих газов от печей для сушки стержней она представляет собой камеру с небольшой насадкой из огнеупорных материалов. Хотя время пребывания в такой камере не превышает согласно расчетам 0,05 с, применение относительно высоких температур (800—1000 °С) позволяет достичь удовлетворительных результатов.. Исследования, проведенные в цехе нанесения эмалей на проволоку, показали, что около 90% углеводородов окисляются при нагревании выше 685°С подобные же результаты были получены для отходящих газов печей цеха покрытия металлов [895]. В обоих случаях время пребывания составляло 0,3 с. [c.186] Рекуперация тепла газов сгорания может улучшить экономические показатели эксплуатации обычных (и, конечно, каталитических) установок дожигания. Рекуперация тепла может осуществляться либо в системах регенерации (кольцевой теплообменник Монгстрома), либо в рекуперационных установках, где теплопере-нос происходит через гофрированные металлические поверхности. [c.187] В одном из вариантов гофрируют поверхность плоских труб, причем получают противоточные системы, обладающие большой механической прочностью при высоких температурах [68]. В установке Монгстрома используется теплообменник барабанного типа, в котором теплообменный элемент вращается в соприкасающихся, но разделенных потоках входящего и отходящего газов. Поскольку поверхности барабана соприкасаются поочередно с обоими потоками, то тепло, аккумулированное отходящими газами, отбирается и передается к потоку входящего воздуха или газа. [c.187] Подобные камеры сгорания могут применяться в тех случаях, когда изменение газового потока не слишком велико и добавочное топливо (если оно необходимо) очень дешево. Это объясняется тем, что газы и воздух (если его количество превышает стехиометрическое) должны быть нагреты до температуры сгорания. Тщательно рассчитанные камеры могут быть использованы для сжигания неорганических веществ и твердых частиц, присутствующих в больших количествах и препятствующих каталитическому сжиганию. [c.187] Вернуться к основной статье