Газификация как процесс, определяющий скорость горения

Общая схема процессов горения представлена на рис. 221. Процесс горения твердых топлив протекает в газовой фазе, но ему предшествует стадия газификации твердой фазы, которая является наиболее медленной по сравнению с воспламенением и сгоранием паров. В связи с этим скорость газификации определяет в целом скорость горения аналогично тому, как скорость испарения жидких горючих также определяет скорость горения. В связи с этим скорость горения зависит от скорости газификации компонентов топлива и теплового потока из зоны пламени, который тем выше, чем больше теплопроизводительность. Скорость горения определяется природой применяемых окислителей. При одинаковой температуре горения в зависимости от применяемого окислителя скорость горения увеличивается в следующем ряду [c.378]

Производительность топочных устройств и газогенераторов, при прочих равных условиях, определяется интенсивностью процесса горения или газификации. К числу основных факторов интенсификации процессов сжигания и газификации твердого топлива относятся следующие обогащение дутья кислородом, повыщение температуры в реакционном объеме, проведение процесса под давлением, увеличение реакционной поверхности реагирующих частиц и скорости потока газа. Рассмотрим характер влияния этих факторов. [c.66]

Повышение скорости дутья часто служит мощным фактором интенсификации процесса горения и газификации. При горении топлпва в слоевой топке, в горне доменной печи и др. скорость процесса определяется скоростью доставки окислителя и отвода продуктов реакции от реагирующей поверхности и очень слабо зависит от скорости химической реакции. Поэтому повышение скорости дутья приводит к непрерывному повышению скорости реагирования и повышению производительности топливоиспользующего аппарата до тех пор, пока процесс реагирования не перейдет в кинетическую область. Однако, как показывают опыт и расчеты, этот переход происходит ири скоростях, значительно превышающих скорости, при которых сохраняется гидродинамическая устойчивость слоя. Таким образом, пределы интенсификации процессов сжигания твердого тоилива с помощью новышения скоростей дутья ограничены только устойчивостью залегания кусков в слое. [c.207]

Все разобранные случаи показывают, что не возникает никакой принципиальной, существенной разницы в ходе процесса горения между сжиганием топливного газа и жидкого топлива. Последнее неизбежно, как мы видели уже на многих примерах, проходит под воздействием сильного прогрева предварительную стадию газификации. Однако ко воем последовательным стадиям развивающегося процесса горения в этом случае добавляется стадия испарения жидкого топлива — самая медленная из всех последовательных стадий процеоса. Здесь, как во всякой технологической схеме поточного (конвейерного) типа, весь процесс тормозит самая медленная операция. Поэтому именно скоростью испарения жидкого топлива и определяется скорость протекания всего процесса горения жидкого топлива в целом. Для того чтобы ускорить явление испарения (самое медленное и потому тормозящее весь процесс смесеобразования), следует прежде всего развить поверхность испарения жидкости . [c.145]

Всякий процесс горения и газификации связан с глубоким превращением вещества, изменением его свойств и в основе своей является поэтому химическим процессом. Однако химические превращения протекают не обособленно от реальной физической обстановки и сопровождаются рядом физических явлений диффузией исходных веществ и продуктов реакций, передачей тепла, движением газов и др. Таким образом, процессы горения и газификации являются сложными физико-химическими процессами в которых сочетаются взаимосвязанные химические реакции и различные физические процессы. Очень часто горение или газификация в целом определяются не скоростью химических реакций, а скоростью протекания чисто физических процессов. Например, при высоких температурах скорость горения углерода определяется скоростью подвода кислорода к поверхности углерода и скоростью отвода газообразных продуктов реакции. [c.5]

Если скорость химической реакции велика, то процесс реагирования будет определяться более медленной чисто физической стадией. Эта область реагирования, где определяющую роль играют диффузионные явления, называется диффузионной областью. Например, процесс горения газообразного топлива, вводимого в камеру горения без предварительного смешения с окислителем, протекает в диффузионной области. Опыты показывают, что горючие смеси с достаточно большой теплотой сгорания развивают в зоне реакции высокие температуры и сгорают практически мгновенно, поэтому скорость процесса горения будет определяться только скоростью смесеобразования. При достаточно высоких температурах скорости реакций горения и газификации углерода настолько высоки, что процесс обычно определяется скоростью подвода газообразных реагентов к реагирующей поверхности, т. в. он протекает в диффузионной области. [c.69]

Существенным фактором, интенсифицирующим процессы горени [ и газификации твердых топлив, в ряде случаев можно считать также скорость потока реагирующих газов. В слоевых процессах скорость горония насколько высока и потребление кислорода в гетерогенных реакциях происходит так быстро и так активно, что длина кислородной зоны измеряется 2—3 диаметрами частиц, причем с повышением расхода дутья интенсивность гореиия углерода пропорционально возрастает (см. рис. 31). Практически скорость реагирования твердого топлпва в слое лимитируется только скоростью дутья и, следовательно, устойчивостью слоя кусков. Горение кокса в доменной печи, как известно, протекает при высоких темиературах (1600—2000°), и поэтому скорость процесса в основном оиределяется скоростью молярной диффузии, которая в свою очередь определяется скоростью дутья. Огромные скорости реакции твердых топлив, помимо благоприятных температурных условий, обеспечиваются высокими относительными скоростями между газом и частицами топлива. Высокие скорости обтекания газом кусков топлива, наряду с непрерывным подводом кнслорода к реакционной поверхиости, способствуют и отводу продуктов сгорания, в том числе и таких, как окись углерода, оказывающая тормозящее действие на горение углерода, и тем самым интенсифицируют слоевой процесс. Пределом скорости реакции в слое является переход в кинетический режим, когда суммарная скорость реакции будет определяться пе скоростью подвода окислителя, а скоростью химической реакцрш. Однако этого предела в кислородной зоне обычно достигнуть не удается, и практически суммарная скорость реакции в слое определяется, как раньше указывалось, такой скоростью подвода реагирующего газа, при которой сохраняется устойчивость залегания кусков топлива в слое. В зависимости от фракционного состава топлива критическая скорость газового потока, при которой теряется устойчивость частиц в слое, характеризуемая данными, приведенными [c.560]

Продукты коксования и их использование. Кокс представляет собой твердый матово-черный, пористый продукт. Из тонны сухой шихты получают 650—750 кг кокса. Он используется главным образом в металлургии, а также для газификации, производства карбида кальция, электродов как реагент и топливо в ряде отраслей химической промышленности. Широкое применение кокса в металлургии определяет основные предъявляемые к нему требования. Кокс должен обладать достаточной механической прочностью, так как в противном случае он будет разрушаться в металлургических печах под давлением столба шихты, что увеличит сопротивление движению газов, расстройству хода доменной печи, снижению ее производительности и т. п. Кокс должен иметь теплотворную способность 31 400—33 500 кДж/кг. Показателями качества кокса является горючесть и реакционная способность. Первый показатель характеризует скорость горения кокса, второй — скорость восстановления им двуокиси углерода. Поскольку эти процессы гетерогенные, скорость их определяется не только составом кокса, но и его пористостью, так как от нее зависит поверхность контакта взаимодействующих фаз. Качество кокса также характеризуется содержанием [c.150]

Существенным фактором интенсификации процессов горения и газификации твердых топлив является скорость потока реагирующих газов. Увеличение скорости дутья ведет к росту коэффициентов диффузии. Пределом скорости реакции в слое является переход в кинетический режим, когда суммарная скорость реакции горения определяется не скоростью подвода кислорода, а скоростью химической реакции. [c.69]

В рассмотренной здесь модели горения твердого топлива учтена возможность радиационных тепловых потерь с поверхности конденсированной фазы, приняты во внимание гомогенные реакции в газовой фазе и газификация на поверхности, которая может протекать либо значительно интенсивнее, чем обратный процесс (незатрудненная газификация), либо быть равновесной, либо иметь промежуточный характер. Розен первым исследовал модель такого типа. Он определил скорости горения твердых ракетных топлив, у которых процесс газификации определяет скорость горения (имеет силу формула (б)), а тепловые потери отсутствуют. Джонсон и Нахбар получили весьма точные значения для величины т, использовав аналогичные предположения относительно процесса газификации, но приняв во внимание излучение с поверхности. При помощи приближенного графического метода Сполдинг [ 1 выявил много качественных особенностей поведения величины т в случае незатрудненной газификации, определяющей скорость горения [формула (6)], и при равновесных условиях на поверхности [формула (12)] как с учетом, так и без учета радиационных тепловых потерь. Об исследованиях, выполненных в предположении о промежуточном характере процесса на поверхности [формула (И)] в литературе не сообщалось. [c.284]

Ход процесса газификации определяется свойствами топлива, скоростью дутья (скоростью газового потока) и степенью равномерности распределения газового потока по сечению газогенератора. Равномерность подачи паровоздушной омеси и распределения газового потока по сечению в основном зависят от конструкции газогенератора и от качества его обслуживания. Для зоны горения наибольшее значение имеют скорость газового потока и концентрация в нем газифицирующегося реагента. В зоне восстановления большое значение имеет температура. Температурный режим в шахте газогенератора зависит в сильной степени от скорости газа и от концентрации в нем кислорода и водяного пара и, следовательно, эти факторы в значительной мере определяют и ход реакции в восстановительной зоне. Кроме того, работа газогенератора зависит и от реакционной способности топлива, размеров его кусков, содержания в нем влаги и золы, от состава золы и от поведения топлива при его нагревании. [c.205]

Объем камеры сгорания определяется временем, требуемым для полного сгорания продуктов пиролиза и газификации, выделяющихся из слоя горящего мусора (или временем, необходимым для сжигания самой крупной частицы в установке для сжигания отходов во взвешенном слое). Время, необходимое длн полного сгорания газов, выделяемых из горящих на колосниковой решетке отходов, лимитируется как кинетикой процесса, так и полнотой смешения. При температурах выше 760°С скорость окисления газообразных компонентов обычно достаточно большая, однако для горения твердых углеродсодержащих веществ требуются более высокие температуры, чем эти. Для характерных температур газов 870°Сили выше в уста- [c.235]

При таких высоких температурах реагирования реакция разложения углекислоты должна протекать с большими скоростями. В этих условиях состав конечного газа определялся не только первичными процессами реагирования углерода с кислородом, но и вторичными реакциями. Не следует забывать также о роли реакции горения окиси углерода. Эта реакция в начале кислородной зоны при низких скоростях газового потока, крупных фракциях топлива и повышенных температурах протекает в благоприятных условиях и сильно влияет на состав газа в кислородной зоне. При определенных условиях ведения процесса газификации (1173— 1473°К, мелкие частицы топлива) влияние скоростного фактора может оказаться эффективным. [c.238]

Так как в химико-технологическом процессе всегда участвует несколько веществ (два минимум), то уравнение (У.16) соответственно усложняется, поскольку появляется несколько коэффициентов диффузии, плотностей и т. п. Поэтому аналитический расчет коэффициента массопередачи практически невозможен и для его определения в каждом конкретном случае нужна постановка специального эксперимента. Сложная зависимость ( .16) может быть упрощена исключением ряда переменных, если известно, в какой области идет процесс — диффузионной, кинетической или переходной. Лимитирующую стадию можно определить, изучая влияние параметров технологического режима на общую скорость процесса и. Если и возрастает с повышением температуры в соответствии с законом Аррениуса (рис. 46) и температурный коэффициент > 1,5, то, как прав 1ло, лимитирующая стадия — химическая реакция, и процесс идет в кинетической области. Если же и растет с увеличением скоростей потоков реагирующих фаз, то лимитирующая стадия — это массообмен между фазами, и процесс идет во внешнедиффузионной области. На рис. 46 показано влияние температуры и скорости газового потока на кинетику процесса в системе Т—Г для обжига, горения, газификации. Из рис. 46 видно, что в области низких температур скорость процесса резко повышается с ростом температуры, так как определяющей стадией служит химическая реакция. В области высоких температур скорость химических реакций настолько возрастает, что процесс переходит в диффузионную область и общую скорость процесса лимитирует степень турбулизации газового потока (пропорциональная скорости газа гш ). Такой вид кривых зависимости скорости процесса или выхода продукта от температуры и скоростей реагирующих фаз (или от степени их перемешивания) характерен и для других гетерогенных систем. [c.109]

В предыдущих работах в этом направлении [139 и др.] авторы ограничивались рассмотрением выгорания одной частицы, что совершенно недостаточно при переходе к процессу горения потока угольной пыли. Кроме того, эти авторы исходили из неправильного предположения о том, что горение мелких пылинок аналогично горению угольного шарика крупных размеров, когда гетерогенная реакция протекает в основном на его внешней поверхности. Б работах по горению пыли [302, 493], а также более поздней работе Орнинга [343] принималось, что скорость горения определяется одной диффузией, и на поверхности частицы концентрация кислорода равна нулю. Эти исследования не ушли вперед по сравнению с работой Нуссельта [302] (сделавшего первый шаг в том же направлении), несмотря на то, что к этому времени были известны исследования Хоттеля и сотрудников [190] и Блинова [191] в которых впервые произведен учет скорости химической реакции в процессе горения угольной частицы. В работе [139] учитывается скорость химической реакции, но время горения определяется при неизменной концентрации кислорода в окружающей среде (т. е. при неограниченном количестве кислорода). Кроме того, пренебрегается реагированием внутри объема частицы. Горение и газификация всегда сопровождаются проникновением газа внутрь пор частицы. Поэтому реакция протекает не только на внешней поверхности, но и внутри объема. При достаточно малом размере частицы весь ее объем участвует в реакции. [c.474]

Значение величины Т в квазистационарном приближении зависит от характеристик процесса газификации на поверхности. Вполне вероятно, что процесс на поверхности является процессом, протекающим с конечной скоростью тогда для определения Г г необходимо проведение анализа, аналогичного анализу, выполненному в 5 Дополнения Б, который показывает, что величина Г в атом случае явно зависит от т. Однако, за исключением некоторых систем с поверхностными химическими реакциями, скорости, с которыми молекулы горючего приходят на поверхность жидкости и покидают ее, обычно достаточно велики для поддержания на поверхности равновесных условий при тех низких значениях т, которые обычно наблюдаются при горении капель. Поэтому температура ТI определяется из термодинамического условия равновесия фаз, заключающегося в том, что парциальное давление горючего на поверхности капли должно быть равно равновесному давлению паров горЪчего ). Применение этих условий равновесия дает возможность установить связь между распределениями концентраций горючего и окислителя (например, из решения уравнения для функции Рр = ар — ао). Однако если теплота реакции не слишком мала или горючее не слишком нелетучее, то тепловой поток к поверхности капли может оказаться достаточно большим, чтобы обеспечить равновесную температуру на поверхности капли, лишь незначительно отличающуюся от температуры кипения жидкого горючего (см., например, работу ]). Поэтому условие = = Ть (Ть — точка кипения горючего) дает хорошее приближение. Более полный анализ условий на поверхности выполнен в пунктах б и в 2 главы 9. [c.85]

Из опытов Сивонена можно- сделать заключение о равной вероятности появления здесь обоих окислов—-СО и СО2, т. е. в эквимолекулярном отношении 1 1. Окончательное же соотношеЕше определяется не первичной реакцией, а вторичными, т. е. горением окиси углерода и восстановлением СО2. Исходя из редукционной теории газификации в слое, следовало, что увеличение скорости дутья, т. е. интенсификация процесса, должно приводить к уменьшению количества окиси углерода, так как с увеличением скорости газа и, следовательно, с уменьшением времени контакта (или, в равной степени, уменьшением высоты слоя угля) углекислота не успевала бы восстанавливаться. [c.176]

При гетерогенных процессах горения или газификации необходимо обеспечить подвод и отвод газообразных продуктов от реакционной поверхности. Для гомогенного реагрхрования необходимо иметь физическую стадию смесеобразования. При высоких температурах скорости химических реакций обычно настолько велики, что процесс горения или газификации в целом определяется и регулируется указанными физическими явлениями. [c.56]

Теория де Риса имеет существенный недостаток — она игнорирует влияние кинетики химических реакций, которое может быть весьма существенно вблизи от ведущей кромки пламени. В этой области приближение горения к модели диффузионного пламени может быть ие вполне верным. Ряд исследователей пытались обобщить модель де Риса с учетом газификации полимера в предпламенной зоне и его взаимодействия с окислителем. Примером такого исследования может служить работа Ластрина и др. [46, с. 935]. Авторы постулировали, что Vp определяется процессами, происходящими в зоне воспламенения, смежной с поверхностью. В этой области температура поверхности возрастает от Tq до Tg за счет химической реакции в газовой фазе. Другие предположения тепловой поток, параллельный поверхности топлива, ничтожен по сравнению с потоком, перпендикулярным поверхности скорость химической реакции зависит от локальной концентрации реагентов и температуры, [c.26]

Вьпие при сравнении режимов горения твердого топлива и частиц сажи отмечалось, что скорости химических реакций углерода с двуокисью углерода и водяным паром могут бьггь на несколько порядков ниже по сравнению со скоростями реагирования в среде кислорода (при близких значениях концентраций сравниваемых реагентов). Анализ кинетических уравнений указывает на справедливость этих утверждений для процессов выгорания сажи. Так, для диапазона температур Т = = 1400. .. 1700 К, по опытным данным ИЛ. Марьясина и П.А. Теснера, скорости реагирования углерода с О2 превышают скорость газификации сажи на 3,5 порядка, по данным АЛ1. Цибулевского и ПЛ. Теснера, эти скорости различаются на три порядка (скорость реагирования углерода определялась по скорости расходования СО2). По данным Е.С. Головиной, константы скоростей этих реакций различаются в тех же условиях (по Т, р еаг) лишь на два порядка, чго объясняется, по-видимому, некоторым влиянием диффузионного торможения. [c.77]