Коммерциялық емес акционерлік қоғам

Алматы энергетика және байланыс университеті

Өнеркәсіптік жылуэнергетика кафедрасы

 

ОТЫН ЖАҒУДЫҢ  АРНАЙЫ СҰРАҚТАРЫ

 5В071700 – Жылу энергетикасы мамандығының бакалаврлары үшін

дәрістер жинағы

 

Алматы 2013 

Құрастырған: Абильдинова С.К. Отын жағудың арнайы сұрақтары.  5В071700 – Жылу энергетикасы мамандығының бакалврлары үшін дәрістер жинағы - Алматы: АЭжБУ, 2013 ж.- 88 б.

 

         Дәрістер жинағы күндізгі бөлімде 5В071700-«Жылу энергетикасы» бағыты, мамандандырылуы «Өнеркәсіптік жылу энергетикасы» бойынша оқитын  бакалавриат студенттеріне арналған.

         Дәрістер жинағы пәннің жұмыстық бағдарламасында көрсетілген теориялық курстардың барлық бөлімдерін қамтиды. Оқу әдістемесінде органикалық отын түрлері, жіктемесі, отынның қасиеттері және сипаттамалары, органикалық отынды жағу ерекшеліктері, энергетикалық қазандар мен бу генераторларының ошақ құрылғылары және жұмыс ережелері қарастырылған.

Без. 40, кесте 6, әдеб.-14  атау.

 

 Пікір беруші:   техн.ғыл.канд., доцент  Туманов М.Е

  

“Алматы энергетика және байланыс университеті” КЕАҚ 2013 ж. жоспары бойынша басылады.

   

© Алматы энергетика және байланыс университеті, КЕАҚ 2013 г.

 

2012 жиынтық жоспары, реті 299

 

Кіріспе 

ЖЭС және өнеркәсіптік қазандықтарда жағуға арналған қатты, сұйық отын мен табиғи газдар қарастырылған. Жану процесі тиімді және екпінді өтуі үшін осы отындардың құрамын, жылутехникалық және жылуфизикалық қасиеттерін білу қажет. Жалпы отынның жануын дұрыс ұйымдастыру үшін ЖЭС-да қатты отын, табиғи газ бен мазутты жағуға дайындау сүлбелерін анық білуі тиіс. Болашақ жылуэнергетик мамандар олардың ерекшеліктерін ажырата біліп,  қазан қондырғысын тиімді пайдалану үшін оған қажет оттықты тағайындап, оны пайдалануға  қажетті білімдерін қалыптастыруы қажет.

Қатты отынды жағатын ЖЭС және қазандықтар үшін қатты, сұйық отынды дайындау технологиясы автордың «ЖЭС және өнеркәсіптік кәсіпорындардағы отын технологиясы. Дәрістер конспектісі» атты [1] жазбасында келтірілген. Сонымен қатар көрсетілген қолжазбада қатты отынды дайындаудың түпкілікті сүлбелері қарастырылып, көмір тозаңын дайындаушы жүйелерді жобалау, пайдалануға қажетті мәліметтер берілген. Осы қолжазбада әртүрлі отындарды станцияда қолданудың жалпы мүмкіндіктері көрсетілген.

Курстың мақсаты –  әртүрлі отындармен жұмыс істейтін қазан қондырғылары үшін отынды дұрыс жағуды ұйымдастыру, ошақ құтысының ерекшеліктерін ескеріп, оттықтарды іріктеу.

           Курстың міндеттері - әртүрлі органикалық отындарға арналған оттықтар құрылымдарымен танысу және отындарды дұрыс жағуды ұйымдастыру жөнінде білімдерін қалыптастыру. Оттықтарды арнайы органикалық отынды жағу жағдайында есептеуді үйрету, сонымен қатар, қазан қондырғылары оттықтарының жұмысын тиімдету жөніндегі білімдерін және дағдыларын қалыптастыру

           «Отын жағудың арнайы сұрақтары» пәні студенттердің Физика, Химия, Жадығаттану, Техникалық термодинамика, Сұйықтар мен газдар механикасы, Жылумаңызалмасу, Қазан қондырғылары мен бу генераторлары курстарында алған білімдеріне және түсініктеріне негізделген.

 

1 дәріс. ҚР энергия көздерінің отын балансындағы органикалық отынның алатын орыны

 Мақсаты:  Қазақстан Республикасында қолданылатын отын ресурстарын және отын балансын қарастыру; студенттердің органикалық отынды қолдану маңыздылығы туралы білімдерін қалыптастыру.

          Жоспары:

- кіріспе, пәннің басқа мамандық пәндерімен байланысы, пәннің мазмұны, пәннің терминдері;

- отынды дайындау, органикалық отынды жағуды ұйымдастырудың отын ресурстарын үнемдеуге, булы газдардың шығуын төмендетуге ықпалы;

 - энергияны үнемдеуші шаралар, энергияны үнемдеуші ресурстар.

 

           1.1  Кіріспе. Пәннің басқа мамандық пәндерімен байланысы, пәннің мазмұны, пәннің терминдері

«Отын жағудың арнайы сұрақтары»пәні келесі негізгі бөлімдерді қамтиды:

          1) Жану теориясының негізгі сұрақтары;

2) Жану теориясының элементтері және отынды жағуды ұйымдастыру;

3) Газдық отынды жағу ерекшеліктері;

4) Сұйық отынды жағу ерекшеліктері;

5) Қатты отынды жағу ерекшеліктері.

Пәннің оқыту мақсаты болып әртүрлі отындармен жұмыс істейтін қазан қондырғылары үшін отынды дұрыс жағуды ұйымдастыру, ошақ құтысының құрылымымен таныстыру және ошақтың  ерекшеліктерін ескеру негізінде, оттықтарды іріктеу саналады.

          Пәнді оқыту  міндеттері – студенттерді жанудың химиялық реакцияларына түсетін заттардың химиялық тепе-теңдігінің термодинамикалық негіздерін үйрету; жанудың химиялық рекациялары кинеткасымен таныстыру; ошақ кеңістігінде жылу алмасу процестері тиімді жүретін әдістер мен тәсілдерді қолдануды қарастыру;  әртүрлі органикалық отындарға арналған оттық құрылымдарымен таныстыру және отындарды дұрыс жағуды ұйымдастыру жөнінде білімдерін қалыптастыру. Оттықтарды арнайы органикалық отынды жағу жағдайында есептеуді үйрету, сонымен қатар, қазан қондырғылары оттықтарының жұмысын тиімді ету жөніндегі білімдерін және ітей –білу қабілеттерін қалыптастыру.

Пәннің «Техникалық термодинамика», «Сұйық және газ механикасы», «Жылумаңыз алмасу»,«Өндіріс кәсіпорындарының қазандық қондырғылары», «Жылулық қозғалтқыштар мен сығымдағыштар», «Жылуэнергетикалық және жылутехнологиялық процестер мен қондырғыларды дербес компьютерде есептеу», «Жылуэнергетикалық жүйелер және энергияны қолдану» атты басқа мамандық пәндерімен байланысыбар.

          Студенттердің «Отын жағудың арнайы сұрақтары»пәнінде игерген білімдері кейінненмамандықтың«Энергиямен жабдықтаудың орталықтандырылған және дербес жүйелері», «Өдіріс кәсіпорындарындағы жылуэнергетикалық және жылутехнологиялық құрал-жабдықтарды пайдалану» атты пәндерді оқып-білуі үшін қажет болып табылады.

          Өнеркәсіптік сипаты бар ошақтық процестерде отын ретінде табиғи және жасанды органикалық заттар қолданылады. Қышқылдатқыш ретінде

негізінен атмосфералық ауа қолданылады. Отынның қышқылдану жылдамдығына байланысты үш түрлі процесті ажыратуға болады: баяуқышқылдану; жылдамқышқылдану және өте жылдам қышқылдану (мұны басқаша жарылыс беру деп атайды). Біздің пәнде жоғары температуралы аймақта өтетін жылдамқышқылдану немесе жанупроцестері қарастырылады. Пәнді оқыту барысында келесі негізгі терминдер қолданылады:жанғыш қоспа; жану; жану кинетикасы; оттық; ошақ құрылымы; ламинарлық жану; турбулентті жану.

 -жанғыш қоспа отынның газдары немесе булары мен қышқылдатқыштың өзара араласқан қоспасынан тұрады;

          -жану деп жанғыш қоспада екпінді орталықтар туындағаннан кейін іске асатын және өздігінен тездетілетін тізбекті химиялық реакцияларды айтады және жану процесі кезінде жанғыш қоспаның компоненттері жану өнімдеріне айналады, оның нәтижесінде өте көп мөлшерде жылу және сәулелік энергия бөлінеді;

 -оттықдеп жанғыш қоспаны дайындайтын, оны ошаққа өткізетін және тұтану шебін орнықтыратын құрылғыны айтады;

 -ошақ құрылымы деп бір немесе бірнеше оттықтың ошақ камерасымен үйлесімін айтады.

- ламинарлық (ретті) жану газдық отын мен қышқылдатқыш ағындарының ламинарлық қозғалысы кезінде молекулаық диффузия салдарынан  өзара баяу араласуы негізінде іске асады;

- турбулентті (ретсіз) жану деп қоспалануды үдету мақсатында газдар мен қышқылдатқыш ағындарын ретсіз қозғалту және өзара араластыру процесін айтады.

 

1.2 Отын дайындаудың, органикалық отынды жағуды ұйымдастыруға, отын ресурстарын үнемдеуге, бу газдарының шығуын төмендетуге тигізетін ықпалы

 Қазіргі заманда  әлемдік энергетиканың дамуы органикалық отынды пайдалануға негізделген. Органикалық отынды пайдаланып өндірілген электр энергиясының жалпы  үлесі 66,4% құрайды. Энергетиканың әрі қарай дамуына органикалық отынның шектелген қоры ықпалын тигізеді және оны жағу барысында пайда болған булы (парниковые)газдар экологиялық шектеулер қояды.

 Органикалық  отынның басты түрі көмірді өндіру Қазақстанда XIX ғасырдың ортасында, 1855 ж. Қарағанды бассейнін игеруден, кейіннен 1869 ж. – Ленгер, 1895 ж. Екібастұз қазынды көмір орындарын зерттеуден басталды. Алдымен қазынды көмір жергілікті тұрғындардың, кіші-гірім кен орындарының және зауыттардың мұқтаждары үшін қолданылды.

 Бүкіл әлемдік көмірді зерттеу институтының мәліметтері бойынша көмірдің үлесіне  барлық органикалық пайдалы қазбалар беретін энергияның 90% тиесілі [2]. Қазақстанның көмір қоры 35,8 млрд.т немесе әлемдік көмір қорының 3,6%  құрайды жәнебіздің елімізге бүкіл әлемде өндірілген көмірдің 3,7%  тиесілі. ТМД елдерінің ішінде көмір қоры бойынша  және оны игеруден Қазақстан үшінші орында. Көмір қазуда ең аумақты жетістікке 96,2%- Орталық регион (Қарағанды) және Солтүстік-Шығыс (Павлодар) региондары ие болған. Елімізде көмір өнеркәсібінің кеңінен даму тарихы халық шаруашылығының индустриялық өркендеу кезеңіне, яғни 1930 жылдарға сәйкес келеді. Қарағанды бассейнінің географиялық тұрғыдан тиімді орналасуы, оның мол көмір қоры және  көмірінің жоғары кокстану дәрежесі осында ССРО-ның  аса қуатты көмір мекенін ашуға жағдай жасады.

Отынды жағуды дұрыс ұйымдастыру және тиімді ошақ құрылымдарын ойластыру ірі қазандар, әсіресе ірі энергия буындары үшін маңызды мәселе болып табылады.

         Соңғы жылдары энергетикалық бу қазандарының ошақ құрылымдарын құрастыру қиындай түсуде, оның бірінші себебі қазанда жағылатын отын түрінің өзгеруі, екінші себебі – ошақ құрылымын жобалауға бағытталған көзқарастардың өзгеруі. Отын түрінің өзгерісі – жаңа ірі көмір бассейндерін игеруге байланысты. Ресейдегі жаңа қазынды көмір болып Канск-Ачинск, Қазақстанда Екібастұз көмірі  саналады. Бұл көмірлерді бұрын ойластырылған ошақ құрылымдарында жағу кезінде көптеген қиындықтар кездесетіні анықталды.

Канск-Ачинск көмірі де, Екібастұз көмірі де тас көмірдің кокс қалдығы нашар піскен СС маркасына жатады. Оларды жағу кезінде қазанның конвективті қызу беттері шлактанып, шлак қатайып құбыршалар бетіне жабысып қалған. Ал Екібастұз көмірі сонымен қатар, ауамен қоспаланғанда жану реакцияларына түсу қабілеті өте  төмен болып шықты.Мұндай қиындықтар қазанның жұмысына яғни бу өндірулігіне әсерін тигізбеуі үшін қазан ошағын жобалауға қойылатын талаптар да өзгеруі  тиіс. Қазан қондырғысы тиімді, сенімді жұмыс жасауы қажет және оны пайдалану мәдениеті де жоғары деңгейде болуы керек. Осы аталған жағдайларды ескерсе, бу қазанын жобалау көптеген ғылыми, техникалық, технологиялық және экологиялық мәселелерді шешуі керек. Оның ішінде тек қана ошақ құрылымы үшін келесі мәселелерді шешу қажет:

-ошақтан шыққан газдардың қуаты төмен жылуын ауаны қыздыру үшін қолдану, қызған ауаны ошақта жану процесін ұйымдастыру үшін пайдалану, сонымен қатар қоректік судың температурасын жоғарылату үшін экономайзер мен ошақ құтысындағы жылу алмасу процесін үдету;

-қазан сенімді жұмыс істеуі үшін ошақ құтысының әрбір көлденең қимасында жылу ағындары біркелкі таралуын (яғни ошақтың биіктігіне сәйкес температураның өзгеруін)  қадағалау;

-ошақ құтысының өлшемдерін ықшамдау арқылы қазанның жылулық тиімділігін арттыру;

 -ошақ құрылымының жұмысын, оттықтарға тозаң ауа қоспасы тікелей берілген кезде және кейбір диірмендердің жоспарлы немесе кенеттен тоқтаған кезінде, дұрыс ұйымдастыру;

          -көмірді тиімді жағу (яғни механикалық кем жанудан болатын жылу шығындарын  азайту) әдістерін ойластыру;

 - қоршаған ортаны, ауа кеңістігін, топырақты және өсімдіктердіазот тотықтары мен күкірт ангидридінен (NO₂, H₂S), ұшпа күлден және күл үйіндісінде жинақталған күлдің зиянды әсерінен қорғау.

         Осы мәселелерді шешу энергетикадағы ғылыми-техникалық революцияны ілгерілету болып табылады.

 

1.3  Отын ресурстарын қолданудағы энергияны үнемдеуші шаралар, энергияны үнемдеудің бар ресурстары  

           Энергияны тиімді қолдану қоршаған орта экологиясын жақсартудың және әлеуметтік дамудың қажетті шарты болып табылады.

        Энергияны үнемдеу деп отын-энергетикалық ресурстарды тиімді қолдануға бағытталған қызмет әрекеттерді айтады. Энергияны сақтау саласындағы саясат – осы саладағы әрекет-қимылдарды құқықтық, қаржы-экономикалық, ұйымдастыру тұрғысынан реттеу.

1970-ші жылдары ЭҚДҰ (экономикалық қарым-қатынастар және даму ұйымдастығына) кіретін ірі мемлекеттер тарапынан энергияны сақтау жөнінде көптеген шаралар алғаш рет ұсынылған еді. Дамушы елдердің көбі, әсіресе энергия ресурстары импортына тәуелді елдер энергияны үнемдеуші технологияларды енгізуге мәжбүр. Оған бастапқы себеп – мұнай өнімдері бағасының үнемі қымбаттауы. Энергияны өндіруші кәсіпорындар үшін мұндай шара ретінде шығарылған энергияға шығындалған отын мөлшерін тұрақты ұстау, ал электр энергиясын тасымалдаушы және таратушы кәсіпорындар үшін электр желілеріндегі технологиялық шығындарды азайту болып табылады.

          1994 жылы ҚР Министрлер кабинеті энергияны үнемдеу жөніндегі ұлттық бағдарламаны қабылдады. 1997 жылы ҚР-ның энергияны үнемдеу туралы алғашқы заңы қабылданды. Осы заң бойынша, әрине энергияны сақтау саласындағы қоғамдық қарым-қатынастар, экономикалық және ұйымдастырушы шаралар ҚР-ның отын-энергетикалық ресурстарын тиімді пайдалануға және қоршаған ортаны қорғауға бағытталуы керек. Осы бағдарламаны іске асыру барысында ҚР-да қолданылатын барлық  электр энергиясының 15% -нан 25%-на дейінгі мөлшері үнемделуі керек.

2012 жылы 13 қаңтарда энергияны үнемдеу және энергия тиімділігін арттыру жөнінде Қазақстан Республикасының № 541-IV  жаңа заңы қабылданып, 1997 жылғы заң күшін жойды.Заң энергияны үнемдеу және энергия тиімділігін арттыру саласында физикалық және заңды тұлғалар арасындағы қоғамдық қатынастарды реттеп, олардың құқықтық, экономикалық және ұйымдастырушы қызметтерінің негіздерін анықтайды. Мысалы осы заңның 18 - тармағындаэнергияны үнемдеу және энергия тиімділігін арттыру жөнінде мемлекеттік энергетикалық реестрге кіретін субъект (жыл сайын жүз мың тоннадан үстем шартты отын мөлшерін пайдаланатын) және жергілікті атқарушы қалалық немесе республикалық орган арасында келісім шарты болуы қарастырылған. Келісімге негіз болып энергияны пайдаланушы субъекттің өтініші саналады және келісім бес жылдық мерзімге қабылданады. Келісім бойынша осы субъект алдағы бесжылдықта пайдаланатын энергетикалық ресурстары мөлшерін тиімді шаралар енгізу арқылы 25% -дан астам мөлшерде азайтуға міндеттенеді.

          Заңның 10 тармағының 1 пункті бойынша энергетикалық реестрге кірген және жыл сайын бір жарым мың тоннадан артық шартты отынды пайдаланатын немесе орнатылған энергетикалық қондырғысының қуаты

2 МВт-тан жоғары субъекттер өз кәсіпорнында мемлекеттік стандарт талаптарына  сәйкес энергия менеджменті жүйесінің жұмысын құрастыруға, оны енгізуге және  ұйымдастыруға міндетті.

         Осы салада мемлекеттік реттеу саясаты мақсаттарының бірі болып энергия менеджментінің ISO 50001 халықаралық стандартын енгізуі анықталған. Энергияны үнемдеу сферасындағы халықаралық заңдымалардың Қазақстан Республикасының ұлттық заңдымаларынан жоғары мағынасы атап өтілген.

          Заң міндетті түрде қабылданатын бірнеше техникалық шараларды анықтайды. Мысалы, қуаты 15 МВт-тан жоғары энергетикалық қондырғылардан бөлінетін газдардың жылуын пайдаға асыруға, жылу желінде дистанциялық бақылаушысы бар пенополиуретандық жылу оқшаулағышты пайдалануды міндеттейді.

 

           2 дәріс. Органикалық отын түрлері мен оның құрамы  

           Мақсаты: органикалық отынның негізгі жылутехникалық сипаттамаларын үйрену, сипаттамалардың жану процесіне тигізетін әсерін анықтау.

          Жоспары:

- органикалық отынның түрлері, құрамы, топтары;

- қатты, сұйық және газдық отынның жылутехникалық  сипаттамалары мен негізгі қасиеттері;

- отынның (жұмыс массасының жоғарғы және төменгі) жану жылуы және келтірілген сипаттамалары.

 

           2.1  Қатты отын және оның негізгі жылутехникалық сипаттамалары

      ТМД елдерінде өндірілетін электр энергиясы мен жылудың басым бөлігі қатты отынды қолдануға негізделген. Қатты отынның келесі негізгі жылутехникалық сипаттамалары бар [3]:

      1) Жану жылуы, жанған отынныңжылу бөлу қабілеттігі. Отынның жану жылуы оны тасымалдау мүмкіндігін анықтайды.

      2) Ыстық өндірулігі- деп отын толық жанған кезде бөлінетін жылудың барлығы, пайда болған жану өнімдерін қыздыруға жұмсалатын, ең жоғары жану температурасын  айтады. Ыстық өнімділігі отынды жоғары температуралы процестерде қолдану тиімділігін анықтайды.

      3) Отынның масылы, яғни қатты немесе сұйық отынның құрамындағы минералдық бөлігі, ал газ тәріздес отында – азот және көмір қышқыл газдары. Отынның масылы оның жану жылуын төмендетеді. Масыл мөлшері көбейсе, - ыстық өндірулігі азаяды.

       4) Ұшпа заттар мөлшері. Отын жанғанда, алдымен қызады. Сол кезде оның бойынан алдымен су буы, соңынан ұшпа заттар қоспасы(жанғыш газдар СО,Н₂, СН₄, С_mH_n және жанбайтын газдар O₂ , CO₂) бөлініп шығады да, қатты қалдық кокс пайда болады.

Ұшпа заттар мөлшері ошақтағы процестерге тікелей ықпалын тигізеді, ошақтың көлемін анықтайды, отынды тиімді жағуға әсер етеді.

5)  Ылғалдығы - отынның жану жылуын төмендетеді және отын шығынын көбейтіп, оны тасымалдауды қиындатады, ұшпа заттар мөлшерін ұлғайтады, отынның сусымалдығын кемітеді.Қатты отынның ылғалын сыртқы және ішкі деп екіге бөледі. Отынды өндірген кезде, тасығанда және сақтағанда оған жер асты суы, жауын –шашыннан, ауадан ылғал тиеді. Отын кесектерінің сыртқы беті ылғалданады. Кесектер кішірейген сайын отынның меншікті беті өседі және ол ұстайтын сыртқы ылғал мөлшері де өседі. Сыртқы ылғалға сонымен қатар түтікшелік (капилярная) ылғал да жатады, яғни уақ тесіктер мен саңылаулардың ішіндегі ылғал. Уақ тесіктер мен саңылаулар  шымтезек пен қоңыр көмірде артықтау болады. Сыртқы ылғалды механикалық әдіспен және/немесе кептіру арқылы  кетіруге болады.

Ішкі ылғалға коллоид және гидрат ылғалын жатқызады. Коллоид (сіңірулік) ылғалы отынның құрама бөлігі болып табылады. Көмір бойында  ол аса біркелкі таралады. Отынның көмірлену дәрежесі өскен сайын сіңірулік  ылғалының мөлшері төмендейді. Шымтезек пен қоңыр көмірлерде сіңірулік  ылғал көп, ал тас көмірлер мен антрацитте кем болады. Гидрат суы кристалгидраттар құрамына кіреді, олар отынның арасан қоспаларының ішінде  болады. Гидрат суы жай кептіргенде кетпейді, ол жоғары ыстықтықта (t>150-200 0C) кетеді. Бастылары силикаттар (мысалы, Аl2O3·2SiO2·2H20; Fe2O3·2SiO2·2H2O) және сульфаттар (СаSO4·2H2O; MgSO4·2H2O). Гидрат ылғалына отындағы судың жалпы мөлшерінің тек бірнеше пайызы келеді.

     6) Отынның құрамы.

Қатты отын мен сұйық отынның құрамын массасы бойынша пайызбен, ал газ тәріздес отынды көлемі бойынша пайызбен көрсетеді. Қатты отынның органикалық, жанғыш, құрғақ, жұмыс және аналитикалық массаларын ажыратуға болады.

Органикалық массасы деп оның құрамына кіретін органикалық қосылыстардағы С,Н,О,S және азоттың пайыздық мөлшерін айтады

                                                               (2.1)

отынның жұмыс массасында 

                                                   (2.2 )

отын қолданушыға қандай күйде жеткізілсе, сондай күйде болады.

Аналитикалық массасында – отын ұсақталған және зертхана жағдайында сақтағанда, ылғалдығы енді өзгермейтіндей болып кептірілген

                                                        (2.3)

Құрғақ маса - отынның ылғалдығынан басқа құрамаларының қосындысына тең

                     .                             (2.4)

Күлділіксіз масса – минералдық қоспадан басқа құрамаларының қосындысына тең

                                                             (2.5)

     Жанғыш масса (құрғақ күлділіксіз) – күлділіксіз құрғақ массаға немесе ылғалдығы жоқ күлділіксіз массаға тең

                           .                                        (2.6)

            7) Қатты отынның күлі.

 Отынның жанбайтын бөлiгiнен ошақ қалдығы пайда болады, оларды, қазанның газ жолының әр жерлерiнде және сонымен қатар жағу жағдайларына байланысты, күл немесе қож тдеп атайды. Қатты отынның жұмыстық күйіндегі күл мөлшері  А^р деп белгіленеді.

          Қож - жоғары ыстықтықта қыздырылған, соның нәтижесiнде балқу немесе жентектелу арқылы әжептәуiр берiктiкке ие болған күлдiң бөлiгi.

          Күл - ұнтақ тәрiздi отын қалдығы, ол ұшпа күл және түсiндi (провал) деп екiге бөлiнедi. Ұшпа күл -  күлдің тозаң түрiндегi бөлiгi, түтiн газдарымен бiрге қазан ошағынан шығып кетедi, не оның ағындық (конвективный) газ арнасында шөгедi. Түсiндi - күлдiң iрiлеу бөлiкшелерi (фракция), жылдамдығы кем ағындардан  ошақтың төменгi жағына түсiп кетедi. Яғни отынның күлі екі құраушыдан тұрады                                                                                              

                                                                                       (2.7)

           Ошақ қалдығының негiзгi құраушысы -  SiO₂, Al₂O₃, FeO, Fe₂ O₃, CaO, MgO тотықтары, аз үлесi CaSO₄, MgSO₄, FeSO₄  сияқты сульфаттарға тиедi, одан да аз мөлшерде фосфаттар, сiлтi метал тотықтары K₂ O, Na₂ O және басқа да көп қосылымтар болады.

           Отынды жаққанда қож ошақтан сұйытылған не қатты күйде аластатылады.

           Қожды сұйық күйінде шығару үшін жану процесінде пайда болған күл мен қожды балқыған күйінде ошақ түбірінен үздіксіз әкету қажет.  

          8)Қатты отынның тығыздығы.

         Қатты отынның нақты, үйінді және ықтимал тығыздықтары болады.

Қатты отынның нақты тығыздығы оның қатты бөліктерінің орташа тығыздығын сипаттайды. Егер отынның құрамына кіретін қатты бөліктерінің көлемі , g – қатты отыннан алынған сынақ массасы болса

                                                                                                           (2.8)

қатты отынның нақты тығыздығы, г/см³ осылай анықталады.Нақты тығыздықты отынның құрамын анықтау және көмір тозаңын пневмо-тасымалдауды технологиялық есептеу үшін білу қажет.

Үйінді тығыздық отын кесектері мен олардың арасындағы ауасы бар қуыстардың  және отын бетіндегі қуыс саңылаулардың жалпы көлемін ескеруші тығыздық

                                 .                                              (2.9)

Отынның үйінді тығыздығын отын бункерінің, отын қоймасының көлемін, тасымалдаушы қондырғылардың өлшемдерін анықтау үшін білу керек.

Отынның ықтимал тығыздығы оның қатты бөлігінің және бетіндегі саңылаулардың жалпы көлемін ескереді

                                            .                                                      (2.10)

           Отын тасымалдау шаруашылығының барлық жеке буындарының жұмысы және отынды тасымалдау қиындықтары, отынның сусымалдығына тәуелді.Сусымалдық деп отын кесектерінің немесе отынның жеке беттерінің ауырлық күшінің әсерінен бір-біріне қарасты өзара қозғалу қабілетін атайды. Отынның сусымалдық көрсеткіші болып үйінді тығыздығы, еркін құлау бұрышы және сыртқы, ішкі үйкеліс коэффициенттері саналады. 

         9)Көмірлердің кеуектігі (пористость).

         Көмір кесегінің бетінде және ішінде құрылымы уақ тесіктер мен саңылаулар, тұйық қуыстардан құрылатын өте күрделі жүйесі болады. Олар органикалық қатты отынның кеуекті болуының себебі. Уақ тесіктер мен саңылаулардың өлшемі және пішіні әртүрлі болады. Көмірдегі уақ тесіктердің баламалылық (эквиваленттік) диаметрі 50-100 мкм аралығында жатады. Қатты отынның кеуектігі - химиялық реакциялардың үдеуіне әсер ететін, оның меншікті бетін  арттырады. Көмір кесегінің меншікті беті

дегеніміз көмірдің 1 г-на қатынасты бет, ол кесектің сыртқы және ішкі беттерінен тұрады. Кесектің ішкі беті дегеніміз уақ тесіктер мен саңылаулардың беттерінің қосындысы.

Көмірдің кеуектігі оның түріне байланысты болады.

 

       2.2 Қатты отынды жіктеу 

            ТМД елдерінде өндiрiлген көмiрлер стандарт бойынша үш түрге бөлiнедi [4]: антрацит, тас және қоңыр көмірлер.

   Еліміздің жылу электр станцияларында қатты отын ретіндекөмір және оны өңдеу барысында алынатын өнімдер жағылады.

           Антрацит деп ұшпа заттар мөлшері =2-9%, жанғыш массаның  құрамында көмір тегінің мөлшері 90-93 пайыз  болатын және төменгі жану жылуы  27,33-34.7  МДж/кг қатты отынды айтады.

 

2.1 кесте- Тас көмірлерді өнеркәсіптік жіктеу

Көмірдің маркасы	Белгісі	,%-жанғ. массадағы	Кокстық қалдық
Ұзын жалынды	Д	36-дан жоғары	Ұнтақ тәрізді немесе нашар піскен
Газдық	Г	35 – тен жоғары	Піскен
Газдық майлы	ГЖ	›31	Піскен
Майлы	Ж	24-37	Піскен
Кокстық майлы	КЖ	25-33	Піскен
Кокстық	К	17-33	Піскен
Азып піскен	ОС	14-27	Піскен
Арық	Т	9-17	Ұнтақ тәрізді немесе нашар піскен
Арық нашар піскен	СС	17-37	Ұнтақ тәрізді немесе нашар піскен

 Тас көмірдің күлділігі =5-15%, ылғалдығы және төменгі жану жылуы =23-27,33 МДж/кг аралығында болады. ТМД елдерінде тас көмірлер  ұшпа заттар мөлшері  мен кокс қалдығының мөлшеріне негізделген мемлекеттік стандартқа сәйкескелесідей жіктеледі және өзіндік аты болады.

Қоңыр көмірдің гигроскопиялық ылғалдығы мол және жұмыс массасында -мөлшері өте аз және - керісінше жоғары, құрамында масылы мол, =15-25%, ылғалдығы  болады. Төменгі жану жылуы =10.5-15.9 МДж/кг. Қоңыр көмір ылғалдығы бойынша келесі топтарға бөледі:

2.2 кесте- Қоңыр көмірлерді жіктеу

Көмірдің маркасы	Жұмыс массадағы ылғалдық мөлшері, %
Б1	40- жоғары
Б2	30-40
Б3	30-дан кем

 Отын тасымалдау шаруашылығы қондырғыларын дұрыс іріктеу үшін, оның сенімді және тиімді жұмысын ұйымдастыру үшін қатты отынның гранулометрлік құрамы, тығыздығы, сусымалдығы, мұздануы, өздігінен тұтануы сияқты қасиеттерін білген жөн.

Гранулометрлік(фракциялық) құрамы деп отынды кесектерінің өлшеміне байланысты сипаттауды айтады. Осыған байланысты отынды төгетін бункердің бетіндегі тордың, електердің, ұсақтағыштың, конвейерлік лентаның өлшемдері анықталады. Кесектердің өлшемін отынды, көздері 150,100,50,25,13,,6,3 және 0,5 мм-ге тең стандарттық електерде елеу арқылы табады.

Тас және қоңыр көмірлер кесектерінің шекті өлшемдері бойынша келесі кестеде көрсетілген ірілік кластарға (сұрыптарға) бөлінеді.

 

      2.3 кесте - Қатты отынды өлшемдері бойынша жіктеу

Класс	Кластың  белгісі	Кесектің өлшемі,мм
Тақта	П	100-200(300)
Ірі	К	50-100
Жаңғақ	О	25-50
Ұсақ	М	13-25
Шемішке	С	6-13
Бидай	Ш	0-6
Шемішке бидаймен бірге	СШ	0-13
Ұсақ және СШ	МСШ	25-жоғары
Ретті	Р	0-200 жер астындағы шахтадан қазылса, 0-300 ашық карьерден алынса

 

         2.4 Сұйық  отын және оның негізгі сипаттамалары

           Сұйық отын ретінде шикі мұнайды өңдеу барысында алынған өнім мазут қолданылады. Мазуттың элементтік құрамы белгілі негізгі бес элементтен тұрады: C, H, O, N, S, яғни олар мазуттың органикалық бөлігін құрайды.

Мазуттың элементтік құрамы оның тегі мұнайдың құрамына ұқсас. Аса күкіртті мазутта мұнайға қарағанда  – қатынасы аз мәнді береді, осыған лайық оның  – төмен болады. – мәні мазуттарда тұрақты болмай өзгеріп отырады. Мазуттың тығыздығы және крекинг қалдықтардың мөлшері артқан сайын  төмендейді, ол  – кемуіне себеп болады.

Мазут көмірсутектерден және асфальт-смола тәріздес заттардан тұрады.

Мазуттың келесі негізгі жылутехникалық  сипаттамаларын атап өтуге болады. Олар мазуттың жану жылуы, тығыздығы, тұтқырлығы, беттік керілуі, жарқырау, тұтану және қатаю температуралары, кокстануы.

Мазуттың тығыздығы оның химиялық табиғатын, тегін және өнімдік сапасын сипаттайтын негізгі параметр. Оны мазутты сақтау үшін қажет резервуардың сыйымдылығын, мазутты тасымалдауға шығындалатын энергия мөлшерін  анықтау үшін білу керек. Практикалық мақсаттар үшін мазуттың салыстырмалы тығыздығы - қолданылады. ТМД – елдерінде - мазуттың температурасын 20⁰С–қа тең, ал – дистилденген судың температурасын 4⁰С–қа тең деп қабылдайды. Мазуттың салыстырмалы тығыздығы - оның 20⁰С-тағы абсолюттік тығыздығының 4⁰С- тағы судың абсолюттік тығыздығына қатынасы

ρ^t₄= ρ²⁰₄ – λ*(t – 20),                                     (2.11) 

мұнда ρ²⁰₄ – 20⁰С-дегі мазут тығыздығы, г/см³;

  ρ^t₄ – анықталу температурасындағы мазуттың көрінетін тығыздығы, г/см³;

t – анықталу температурасы, ⁰С;

λ – тығыздыққа температуралық түзету.

Тұтқырлық мазуттың ең маңызды сипаттамасы. Тұтқырлық мазутты құбырмен тасымалдауға кететін энергия шығындарын, оны құйып алуға, құйып беруге қажетті уақыт аралығын, форсункалардың тиімділігін анықтайды. Динамикалық тұтқырлық коэффициенті , , ал кинематикалық   тұтқырлық коэффициенті  арқылы белгіленеді де, мына формула арқылы байланысады . Мұнай өнімдерін пайдалану кезінде шартты тұтқырлықты қолданады, оны    деп белгілеп, ⁰ ВУ – шартты тұтқырлық градусымен өлшейді. Динамикалық тұтқырлықты Стокс әдісі бойынша, шариктің сұйық отын құйылған тар ыдыста белгілі биіктіктен құлау уақыты арқылы анықтайды:

,                          (2.12)

мұнда  шарик тұрақтысы, оны тұтқырлық өлшеуішті эталондық сұйықтарды қолданып, градуирлеу нәтижесінде анықтаған. Динамикалық және кинематикалық тұтқырлықтарды біле отырып, шартты тұтқырлықты келесі кейіптемеден анықтауға болады

.                       (2.13)

Шартты тұқырлық мазутты маркалау үшін қолданылады.

 

2.5 Газдық отынжәне оның негізгі сипаттамалары 

Газдық отын табиғи және жасанды түрде алынады. Табиғи газ өндіріп алу тәсіліне байланысты таза табиғи газ, ілеспе мұнайлық газ, шахталық газ

болып жіктеледі. Жасанды газдарға мұнай зауыты газдары, сұйытылған газдар, жартылай кокстық газдар, генераторлар газы, домна газы, сутегі газы, биологиялық процестер негізінде алынған газдар жатады.

          Энергетикада негізгі газдық отын ретінде табиғи газды қолданады. Газдың негізгі жылутехникалық сипаттамаларына құрамы, жану жылуы, тығыздығы және жарылғыштығын анықтайтын концентрациялар аралығы жатады.

Жанғыш газдар  жанатын және жанбайтын газдар қоспасынан тұрады, оларды техникада отын, ал химиялық өндірісте шикізат түрінде қолданады. Жанғыш газдардың көлемін қалыпты жағдайда (0⁰С және 760 сын. бағ) немесе стандарттық жағдайда (20⁰С және 700 сын.бағ) м³-пен өлшейді. Жанғыш газдың құрамында кейбір қоспалар - су булары, смола, шаң және т.б.  болады. Осы қоспалардың 1м³ құрғақ газ құрамындағы мөлшерін қалыпты жағдайда граммен көрсетеді.

Жанғыш газдардың  құрамы құрғақ бөлігі көлемінің пайызы ( %) түрінде беріледі. Табиғи газдың негізгі бөлігін метан және оның гомологтары құрайды. Жалпы жағдайда құрғақ табиғи газдың құрамы  көлемінің пайыздық теңдеумен берілуі мүмкін және оның құрамы жанғыш компоненттер мен жанбайтындар балластан тұрады [5]

СО+H₂+CH₄+C_mH_n+H₂S+CO₂+O₂+N₂=100%.                           (2.14)

Дымқыл жанғыш газдың құрамын былай көрсетуге болады:

СО+H₂+CH₄+C_mH_n+H₂S+CO₂+O₂+N₂+Н₂О=100%.                   (2.15)

          Табиғи газдың ауамен қоспасының жарылғыштығын анықтайтын концентрациялар аралығы 5-15 %. Егер газ құрамында ауа мөлшері осыаралықта болса, жақында орналасқан тұтанған от көзінен газ өздігінен жануы ықтимал. Газдың ауамен салыстырымды тығыздығы газдың бөлменің немесе қондырғының үстінгі немесе астынғы бөлігіндежинақталу қабілетін білдіреді.Табиғи газдың қалыпты жағдайдағы тығыздығы 0,74 кг/м³.

 

     2.6 Отынның (жұмыс массасының жоғарғы және төменгі) жану жылуы және келтірілген сипаттамалары 

            Отын массасының немесе көлемiнiң бiр мөлшері бiрлiгi жанғанда пайда болатын жылуды жану жылуы дейдi. Жоғарыда айтылғанға сәйкес оны кДж/кг не кДж/м³ - мен көрсетедi. Жану жылуын жазғанда сәйкестi жоғары индекспен ,  ,  және т.б., отынның күйіне сәйкес қай массаға қатысты екенiн көрсетедi.

Егер жану өнiмдерiнiң құрамына кiретiн (к – конденсация), су буының шықтану жылуы  жану жылуына қосылса, онда жоғары жану жылуы (в – высший) деп аталады. Егер шықтану жылуы  жану жылуына қосылмаса, онда төменгi жану жылуы (н – низший) деп аталады және

+. Отындарды жаққанда көбiнесе жану өнiмдерi су буы шықтанбайтын температурада ауаға шығарылады.

Тәжірибелер нәтижесі болмаған жағдайда қатты және сұйық отынның жұмыстық күйінің төменгі жану жылуын келесі формула анықтайды.

,. (2.11)

Ошақтық құрылымдар үшін қолданылатын мазуттың төменгі жану жылуы  МДж/кг аралығында. Жану жылуын берілген отын құрамын біле отырып  Менделеев Д.И. формуласымен анықтауға болады

 Қатты және сұйық отынның жану жылуын, ,  кДж/кг анықтау үшін қарапайым және дәлдігі жеткілікті Д.И. Менделеевтіңықшамдалған формуласын қолданады

                         ,                        (2.12)

элементтердің үлесі пайызбен алынады.

 Газдық отын үшін оның 1м³ құрғақ көлемінің жану жылуы, МДж/м³,

 Менделеев Д.И.  кейіптемесінен анықталады

. (2.13)

          Қатты отындардың басым бөлігін бір-бірінен жану жылулары бойынша ажыратуға болады. Осыған орай отынның жеке абсолюттік техникалық сипаттамасы бойынша оның энергетикалық құндылығын бағалауға, тіптен болмаса басқа отынмен салыстыруға болмайды. Сондықтан бұл жағдайда отынның келтірілген немесе салыстырмалы сипаттамаларын қолдану орынды.Келтірілген сипаттамалар деп осы сипаттаманың абсолюттік мәнінің отынның жану жылуына қатынасын айтады. Қатты отынның үш түрлі келтірілген сипаттамасы маңызды [6]:

- отынның келтірілген ылғалдығы 

- отынның келтірілгенкүлділігі

- отынның келтірілген күкірттігі 

          _{Келтірілген сипаттамаларды әртүрлі отындарды салыстыруға мүмкін бірліктерде салыстыру үшін қолданады. Мысалы Подмосковный қоныр көмірінің келтірілген ылғалдығы}   

_{Антрацит бидайының (антрацитовый штыб)келтірілген ылғалдығы Яғни салыстыруға мүмкін бірліктерде Подмосковный қоныр көмірінің ылғалдығы антрацит бидайының ылғалдығынан 8,1 есе жоғары.}

 

      3 дәріс. Жану теориясының негізгі сұрақтары 

         Мақсаты: отынды  жағу процесін дұрыс ұйымдастыру; отынды жағуға қажет ауа мөлшерін анықтауды үйрету; толық және толымсыз жану өнімдерінің пайда болу себептерін түсіндіру.

           Жоспары:

- отынның жануы, қышқылдатқыш;

- жанудың заттық және жылулық теңестігі;

- жануға қажетті ауаның  және жану өнімдерінің көлемдері;

- артық ауа мөлшерін анықтау; ауаның және жану өнімдерінің қажыры.

 

3.1 Отынның жануы. Қышқылдатқыш. Жанудың материалдық теңестігі 

          Қазан қондырғыларының ошақ құрылымдарында органикалық отындыжағу мақсаты – ошақта өтетін экзотермиялық химиялық реакциялар негізінде бөлінетін жылуды және аса ыстық жану өнімдерін алу.

          Отынды жағу процесінде толық және толымсыз жану өнімдері пайда болады. Отынның құрамындағы көміртегінің, сутегінің, күкірттің толық жану өнімдері болып СО₂, су буы – Н₂О және күкірт диоксиді – SO₂ саналады. Сонымен қатар түтін газдарында  СО, Н₂, СН₄,  - болуы мүмкін, олар жанудың толық өтпегенін байқатады [7].

          Толымсыз жану өнімдерінің болуы әртүрлі себептерге байланысты: мысалы отынның ауамен дұрыс араласпауы, оның салдарынан оттегінің барлық мөлшері отынның жанғыш элементтерімен химиялық реакцияға түсе алмайды; ошақтағы температураның төмен болуы; ошақтың жылулық жүктемесінің жоғары болуы және т.б.

           Жану деп заттың қышқылдатқышпен әсерлесуі кезінде өте екпінді жылу бөлінумен іске асатын химиялық процесті айтады. Жанудың басқа төмен температурадағы баяу қышқылданудан немесе органикалық заттардың қышқылдатқышпен бір ортада болуы салдарынан шіруінен айырмашылығы осында.

           Қышқылдатқыш ретінде еркін оттегін бөлетін және кеңінен қолдануға жеткілікті затты алуға болады. Металлургиялық қондырғыларда қышқылдатқыш ретінде оттегі ғана қолданылады. Өндірістік қазан қондырғыларында атмосфералық ауаның оттегін қолданады.

           Отынның жанғыш элементтерінің қышқылдануы өте күрделі химиялық өзгерістер негізінде жүреді. Жеке жанғыш элементтердің химиялық реакциялары қышқылданудың нақты механизмі айқындамайды, тек қана оның материалдық теңестігін көрсетеді.

Жану процесінің материалдық теңестігін көрсету үшін қазан қондырғысының келесі жалпы көрінісін қолданады (3.1 суретті қара).

Материалдық теңестік кіріс және шығыс бөлімдерінен тұрады. Қазан қондырғысына В (кг/с) мөлшерінде отын және  - (кг/с) ауа беріледі. Сондай-ақ әртүрлі оқшаулаушы беттердің тығызсыздығынан қондырғыға газ жолдары арқылы  (кг/с) ауа мөлшерлері сорылады. Оның барлығы жанудың материалдық теңестігінің кіріс бөлігін құрайды. Шығыс бөлігінде – қондырғыдан шығатын газдық жану өнімдері  және жолда қалған және күл ұстағышпен аласталатын, газдық жану өнімдерімен бірге кететін  қатты минералдық қалдықтар - күл болады [8].

 

 

 

 

 

 

3.1 сурет - Қазан қондырғысының материалдық теңестігі.

 Материалдық теңестікті жалпы жағдайда келесі теңдеу сипаттайды

                                        .                                         (3.1)

Газдық отынды қолданғанда теңдеудің сол жағындағы қатты минералдық қалдықтар мөлшерін көрсететін құраушы болмайды.

 

         3.2 Жанудың жылулық теңестігі. Адиабаттық және теориялық жану температурасы

          Табиғи отынды жағу процесінде температура жоғары өрлейді.

                              ,                                 (3.2)

мұнда , - отын мен қышқылдатқыштың (окислитель) жану аймағына енгізген жылулары;

,- жану аймағына сыртқы жылу көздері енгізген қосымша жылу және экзотермиялық реакциялар нәтижесінде бөлінген жылулар.

           Теңестіктің шығыс бөлігінде - жану өнімдерінің қосынды жылуы;

- жану аймағынан ошақ қоршауларына әкетілген жылу және жанудың эндометриялық реакцияларының жылуы.

         Жылулық теңестікте - шамасын отынды алдын-ала басқа жылу көздерімен қыздырған жағдайда ескереді (мысалы мазутты бумен қыздыру). Егер отын алдын-ала қыздырылмаған болса,  тек қоңыр көмірлер үшін ескереді және отынның температурасы 20ºС қабылданады. Қышқылдатқыштың (ауаның) жылуы , оның қажырына тең деп қабылданады.

- экзотермиялық реакциялардың жылулық тиімділігін жағылған отынның жұмыстық массасына қарасты меншікті төменгі жану жылуына тең деп қабылдайды,. Жану өнімдерінің қосынды жылуы олардың қажырына тең:  егер .Немесе  жағдайда, жану өнімдерінің қажыры газдардың қажырынына тең деп қабылданады .- эндотермиялық реакциялардың жылулық әсерін жану өнімдерінің диссоциациялану реакциялары бойынша анықтайды. Диссоциациялану реакцияларынәтижесінде жұтылған жылуды температура 2000 ºС жоғары болған жағдайда анықталады. Сондықтан .

         Егер  ошақ құрылымына енгізілген барлық жылу тек қана  жану өнімдерін қыздыруға жұмсалатын болса, мұндай жануды адиабаттық деп атайды, себебі ошақты қоршайтын қабырғаларға жылу берілмейді . Жану өнімдерінің адиабаттық жану кезіндегі температурасын адиабаттық температура деп атайды. Адиабаттық жанудың жылулық теңестігі

                                                                                             (3.3)

           Осыдан жану өнімдерінің адиабаттық температурасы

                                 .                             (3.4)

           Стехиометриялық жанудың адиабаттық температурасы яғни ауа мен отын алдын-ала қыздырылмаған жағдайдағы  жану өнімдерінің адиабаттық температурасы отынның ыстық өндірулігін (жаропроизводитедьность топлива) анықтайды

                                             .                 (3.5)

         Жану өнімдерінің диссоциациялануына шығындалған жылуды ескеретін болсақ, жанудың жылулық теңестігі келесі түрде жазылады

                                             .                                        (3.6) 

Яғни адиабаттық жағдай сақталғанда , (3.6) анықталған шаманы теориялық жану температурасы деп атайды

.                            (3.7)

          Теориялық жану температурасын білу жану процесін есептеу, ошақтық құрылымдарды жобалау үшін қажет. Адиабаттық және теориялық жану температураларының мәндері бір-біріне жуық, тек қана бірнеше градусқа айырмашылығы бар, сондықтан .

 

3.3 Жануға қажетті ауаның  және жану өнімдерінің көлемдері. Ауа артықтығын анықтау

  Қатты және сұйық отынның жанғыш элементтері болып көміртегі, сутегі және күкірт саналады, ал жану өнімдері болып көмір диоксиді - СО₂,

су буы – Н₂О және күкірт диоксиді – SO₂ табылады. Жанғыш заттардың тотығу реакцияларын қолдана отырып, отын толық жану үшін қажет ауа мөлшерін және ұшпа заттар мөлшерін анықтауға болады [1].

           Соңғы стехиометриялық реакция үшін келесі теңестік орындалады

С + О₂ = СО₂ ; 12 + 32 = 44 кг.

Басқаша айтқанда, 1 кг көміртегін толық жағу үшін  м³/кг көлемінде оттегі қажет. Мұнда 1,428 – оттегінің тығыздығы, кг/ м³.   

Сутегі мен күкірт үшін келесі теңестіктер орындалады

2Н₂ + О₂= 2Н₂О; S + О₂= SО₂;

4+32= 36 кг;            32+32==64 кг.

Яғни 1 кг сутегі мен күкіртті жағу үшін қажет оттегі

 м³/кг;   м³/кг.

1 кг отынды жағу үшін қажет оттегі шығындары қосындысын анықтап және одан отынның алғашқы құрамындағы оттегі мөлшерін шегеріп тастаса, 1 кг қатты немесе сұйық отынды жағуға қажет оттегінің теориялық көлемі анықталады

               .                             (3.8)

Ауаның құрамында көлемі бойынша жуықтап алғанда 21% оттегі бар, сондықтан оның құрамындағы барлық оттегі реакцияға қатысады деп қабылдаса, 1 кг отынды жағуға қажет теориялық ауаның көлемі келесідей анықталады

                        (3.9) 

немесе ықшамдалғаннан кейін

             .                             (3.10) 

Газдық отындардың құрамына кіретін жанғыш қосылыстардың жану реакцияларын қарастыру негізінде 1 м³ газды толық жағуға қажет ауа көлемін анықтауға болады

.         (3.11)

Әсерлесетін отын бөлшектерінің жануы баяуламауы үшін қазан қондырғысында ауа мөлшері жеткілікті болуы тиіс. Ошаққа оттегі емес ауа жіберілетіндіктен жану реакциялары нашар жүруі ықтимал. Сонымен қатар, отынның жануға дайын массасы мен ауа дұрыс араласпауы мүмкін.Осы жағдайларды ескерсе, ауаны ошаққа артығымен беру қажет екені анықталады. Берілген ауаның нақты көлемінің оның теориялық қажетті көлеміне қатынасы ауаның артықтық еселеуіші деп аталады және келесі формуламен анықталады

.                                               (3.12)

Ауаның артықтық еселеуіші көптеген факторларға тәуелді. Оның мәні отынның түріне, сипаттамаларына, оны жағу тәсіліне, қазан қондырғысының құрылымына байланысты анықталады.

 

3.3.1 Жану өнімдерінің көлемі.

Қазан қондырғысының материалдық теңестігінің негізін жағылатын отынның бірлік мөлшеріне сәйкес қышқылдатқыш пен жану өнімдерінің мөлшерін құрайды. Көміртегінің толық жану өнімі болып СО₂, ал толымсыз жану өнімі болып СО – көмір оксиді саналады. Сутегі өте екпінді элемент, сондықтан ол толығымен жанып, су буы Н₂О құрайды. Егер жану өнімдерінде оттегі жеткіліксіз болса, сутегі еркін күйде Н₂ – түрінде немесе СН₄ және басқа ауыр көмірсутектер қосылысына кіруі мүмкін. Күкірт те оттегімен өте жылдам әсерлеседі, сондықтан жану өнімдерінің құрамындағы тотықтардың біреуін күкірт газы SО₂  құрайды.

Қазан қондырғысында қышқылдатқыш ретінде ауа қолданылатынын және ауаның ошаққа артығымен берілетінін ескерсе, жану өнімдерінің көлемін анықтау үшін

 (3.13)

формуласын қолданады.

            Барлық қазан қондырғыларына отынның химиялық энергиясын толығымен жылуға түрлендіру талабы қойылады. Сондықтан өнеркәсіптік және энергетикалық қазан қондырғыларында жану процесін толық өткізу шаралары іске асырылады.  болған жағдайда және отынның жануы толық іске асырылса жану өнімдерінде оттегі болмайды, оның құрамына СО₂, Н₂, SO₂ және Н₂О кіреді.  Мұндай жағдайда анықталған жану өнімдерінің көлемін теориялық деп атайды. 

          Жану өнімдерін талдау кезінде үш атомды газдар СО₂, SO₂  мөлшері бірге анықталады, сондықтан олардың қосынды көлемі де бірге анықталады

                                               .                                           (3.14)

         1 кг көміртегі жанғанда 1,866 м³ СО₂, ал 1 кг күкірт жанғанда 0,7 м³SO₂  түзіледі. Яғни сұйық және қатты отындар үшін үш атомды газдар көлемі

                                                                               (3.15)

формуласымен анықталады.

           Жанғыш тақтастарды жағуды қарастырған кезде осы көлемге

 - көбейтіндісін қосу крек. Мұнда - карбонаттардың ыдырау көрсеткіші. Егер тақтастар камералық тәсілмен жағылса , оны қабаттар тәсілімен жақса тең болады. Ал  - шамасы отындағы карбонаттық көмір қышқылы мөлшерін көрсетеді.

          Жану өнімдеріндегі азоттың теориялық көлемі отынды жағуға қажет теориялық ауа көлеміндегі азоттан және отынның құрамындағы азот көлемінің қосындысынан тұрады

                                              .                               (3.16)

         Жану өнімдеріндегі су буының теориялық көлемі жалпы жағдайда келесі теңдеуден анықталады

                                        (3.17)

мұнда 0,111 - отынның құрамындағы сутегі жануынан пайда болған бу мөлшері;

            0,124- отынның құрамындағы ылғалдың булануынан пайда болған су буының көлемі;

     0,0161 - ошаққа ылғалды ауамен енген су буы көлемі;

         1,24- су буымен жұмыс жасайтын мазут форсункасын қолдану жағдайында ғана ескерілетін бу көлемі.

Газдық отынды жағу кезінде ұшпа заттар мөлшері басқа арнайы формулалар арқылы анықталады.

         Құрғақ газдардың теориялық көлемі үш атомды газдар мен азот көлемінен тұрады

                                          .                                              (3.18)

         Жану өнімдерінің жалпы қосынды теориялық көлемі

                                              .                                                (3.19)    

         Қазан қондырғысының нақты жұмыс жағдайында α =1 болғанда, қондырғының жетілу кемсіздігінен отынның толық жануын іске асыру мүмкін емес. Ауаны артық беру жану өнімдерінің құрамындағы азотпен су буы көлемдерінің үлкеюіне әкеп соғады. Сонымен қатар артық оттегі де пайда болады. Айтылғанды ескере отырып, осы газдардың нақты көлемдерін анықтауға болады

                                         ,                                    (3.20)     

                                   ,                                   (3.21)

                                            .                                           (3.16)

Жоғарыда көрсетілген формулалар көмегімен жану өнімдерінің көлемін 

α – ның таңдалған мәні үшін және ауаның сорылған мәндері үшін қолданады.

 

    4 дәріс. Қазандық қондырғының жылулық теңестігі 

     Мақсаты:қазандық қондырғының жылулық теңестігін құрастыру;

теңестіктің кіріс және шығыс бөлімдерінің құраушыларын анықтау; қондырғыны  тиімді пайдалану шараларын қарастыру.

          Жоспары:

         - отынды тиімді пайдалану;

         - қазандықтағы жылу шығындарының сипаттамалары;

         - қазандық қондырғының пайдалы әсер коэффициенттері (брутто және нетто);

         - қазандық қондырғының пайдалы әсер коэффициентін кері теңестіктен анықтау.

 

     4.1 Отынды тиімді пайдалану. Жылулық теңестік            

          Ошақ құрылымында отынды тиімді пайдалану екі негізгі факторға байланысты: отынның толық жануына және жану өнімдерінің аса қатты суынуына. Отын жанғанда ошақ құрылымында бөлінетін жылу сол отынның төменгі жану жылуы, себебі оның құрамындағы су буы жану өнімдерінде шыққа айналып үлгермей ошақтан бу түрінде шығады. Оны келесі мәлімет анықтайды. Жану өнімдеріндегі су буының парциал қысымы шамамен антрациттер мен тас көмірлер үшін 0,005 МПа, тақтатас  пен шым тезек үшін 0,02 МПа, мұндай қысымға 30.....60⁰С –қа тең шықтану температурасы сәйкес келеді. Жану өнімдерін мұндай температураларға дейін суынуын іске асыру техникалық тұрғыдан өте ауыр мәселе және экономикалық тұрғыдан тиімсіз.

         Қазан қондырғысының жылулық теңестігі қондырғыға кіретін жылудың қондырғыдан берілетін жылу шығындарына теңестігін сипаттайды. Жалпы түрде жылулық теңестік келесі түрде беріледі [3]

                                                                                                  (4.1)

         Ошақ құрылымында отынның жануы кезінде оның химиялық энергиясы ыстық жану өнімдерінің физикалық жылуына айналады. Әрі қарай осы жылуды қондырғының міндетіне сәйкес әртүрлі бағыттарда қолдануға болады. Егер қондырғы жылу генераторы міндетін атқаратын болса, жылуды технологиялық мақсатта (материалдарды кептіру үшін) қолдануға болады. Бұл жерде жылу ошақ үшін пайдалы қолданылған болып саналады.

         Кез келген қондырғының жылулық теңестігін 1 кг қатты немесе сұйық не болмаса 1 м³ газдық отын үшін және қалыпты жағдайға(температура 0⁰С-қа, ал қысым 101 кПа-ға тең) сәйкес құрастырады.

Жылулық баланстың кіріс бөлігінде 1 кг қатты немесе сұйық отынды жаққанда бөлінетін бар жылу     көрсетіледі 

,                           (4.2)

мұнда       - қатты немесе сұйық отынның жұмыс массасының 

төменгі меншікті жану жылуы, кДж/кг;

-  қондырғыдан тыс жерде қыздырылған ауаның ошаққа 

әкелген меншікті жылуы, кДж/кг;

- отынның физикалық меншікті жылуы, кДж/кг;

- мазутты шашыратуға арналған ыстық бумен келетін  жылу, кДж/кг;

- тақтасты жағу кезінде оның құрамындағы  карбонаттардың ыдырауына жұмсалатын жылу, кДж/кг.

Жану процесін үдету үшін, қондырғыда әртүрлі отындарды қолданған кезде оған ыстық ауа беру қажет. Осы мақсатпен ауаны қондырғыдан тыс жерде – ауа қыздырғыштарда қыздырады. Қондырғыға осындай ыстық ауамен әкелінген жылуды келесі формула анықтайды

,(4.3)

мұнда β -  қондырғыға кірген ауа мөлшерінің қондырғыға теориялық 

     қажетті ауа мөлшеріне қатынасы;

- қондырғыға кіретін ыстық ауа мен салқын ауа қажырлары.

Егер ошақ бу қазанына қызмет атқарса, онда ошақтағы пайдалы жылу аса қызған немесе қаныққан бу алу үшін жұмсалады. Жану өнімдері газ жолдарымен қозғалғанда, қызу беттерін шарпып өтеді. Осыдан қызу беттері жылуды қабылдап, олардың ішінде қозғалған су қайнау температурасына дейін жетіп, буланады және аса қызған буға айналады. Бұл жерде де жылу пайдалы қолданылған болып табылады. Пайдалы жылуды  деп белгілейді.

Қондырғыда бөлінген жылудың 10-20% -ы сонда да пайдаға аспайды.Кез келген қазандық қондырғының жұмысы әртүрлі жылу шығындарымен байланыста болады. Қазан қондырғысына енгізілген жылудың пайдалы жылуғажәне жылу шығындарына жіктелуі қондырғының жылулық теңестігінен көрінеді

,                               (4.4)

     мұнда - қазаннан шыққан газдардың алып кететін жылу шығыны;

- отынның химиялықкем жанудан (толық жанбаудан)болған жылу шығыны;

- отынның механикалық кем жанудан(толық жанбаудан)болған жылу шығыны;

- қазанның сыртқы қоршаулары арқылы қоршаған ортаға кеткен жылу шығыны;

шлактың алып кеткен физикалық жылуы.

(4.4) жылулық баланстеңестігінің оң және сол жақ бөліктерін - гебөліп және 100%көбейтсе, теңестік келесі түрде жазылады

,                                        (4.5)

мұнда - қазанның салыстырмалы жылу шығындары.

           Пайдалы жылу қазанның бу өндірулігімен келесі тәуелділікте болады

 ,                                              (4.6)

мұнда - аса қызған будың және қоректі судың қажырлары, кДж/кг.

Сан мәні бойынша жылу шығындарының ең үлкені - ,% ошақтан шығар газдардың алып кететін жылуы. Оны келесі теңестік анықтайды

,                                              (4.7)

мұнда ,- шығар газдардың және салқын ауаның(30⁰С – да анықталған) теориялық көлемінің қажырлары; - шығар газдар құрамындағы ауаның артық мөлшерін анықтайтын еселеуіш.

          Жану өнімдерінің бойында СО, Н₂, СН₄ тәрізді жанғыш газдық құраушылар болуы мүмкін. Жану камерасынан тыс жерде осы газдар мен оттегінің температуралары және концентрациясы  төмен болуы себебінен жану мүмкіндігі азаяды. Жанғыш заттардың толық жанбауынан жоғалатын жылуды химиялық кем жану жылуы , кДж/кг немесе (кДж/м³) деп атайды.Осы жылу шығынының пайыздық мөлшерін келесі формула анықтайды

,                           (4.8)

мұнда - толық жанбаған өнімдердің жану жылулары;

- толық жанбаған газдардың құрғақ жану өнімдері құрамындағы үлесі,%;

- құрғақ жану өнімдерінің көлемі, м³/кг.

Газдық және сұйық отынды жағуда  химиялық кем жанудан болған жылу шығыны =0÷0,5%, алқатты отынды алауда жағуда нолге тең деп қабылданады. Химиялық кем жанудан болған жылу шығыны ананың артықтық еселеуішіне және ошақтың жүктемесіне тығыз тәуелді (4.1 және 4.2 суреттерді қара). α=1 болған жағдайда химиялық кем жанудың орын алуы отынның ауамен дұрыс араласуы жеткіліксіз екендігін көрсетеді.

Ауаның артықтық еселеуішінің α_кр мәнінде ( - қисығы) химиялық кем жану болмайды. Әдетте α_кр=1,02÷1,03 оттық құрылғысының аэродинамикалық тұрғыдан жетілмеуін көрсетеді.

          Қатты отындарды көмірді, шымтезекті, тақтатасты жағуда механикалық кем жану кокс түйіршігінің біршама уақытта жоғары температурадағы алауда болып, өзінен ұшпа заттар шығаруды үлгеріп, жартылай жанып кетуіне байланысты. Газды және мазутты жағуда болған механикалық кем жану ауа жеткіліксіз болған жағдайда жоғары температуралы аймақта пайда болатын күйе және қатты түйіршіктер пайда болуына байланысты. Қалыпты жағдайдақазанды пайдалану кезінде

қатты отынды жағудан болған механикалық кем жану жылу шығыны =0,5÷2% құрайды. Мазут пен газды жағудағы жылу шығыны шамалы(=1,0%), сондықтан оны  бірге қарастырады [4].

4.1 сурет – Жылу шығындарының және ПӘК-тің ауаның артықтық еселеуішіне тәуелділігі

           Қатты отынды камералық жағуда механикалық кем жану жылу шығыны әкетінді  және шлактық болып жіктеледі, мұнда  шығыны басым болады. - жылу шығыны ауаның артықтық еселеуішіне тәуелді, егер ауаның артық мөлшері оптималдық мәнінен төмен болса, өсуі  оттықтан шығар кезде отынның ауамен дұрыс араласпауынан және температуралық деңгейі жоғары болғанымен оттегі жеткіліксіз жану аймағының дамуынан  болады. α  α_опт болған жағдайда жану аймағында температура төмендеп, жану реакциялары баяулайды. Сонымен қатар, жану өнімдерінің көлемі артқан сайын, түйіршіктердің жоғары температуралы аймақта болу  уақыты азаяды. Механикалық кем жану жылуы келесі формуладан анықталады,%

                                            ,              (4.9)

мұнда , - шлак пен әкетіндідегі күлдің үлесі;

            ,- жану өнімдерінің шлак пен әкетіндідегі үлестері, %;

32,7 - шлак пен әкетіндідегікокс түйіршіктерінің жану жылуы, МДж/кг.

              Сырттай салқындау салдарынан болған жылу шығыны  мәні 0,2- ден 2,5% болады. Шлактың алып кеткен физикалық жылуы келесі формуладан анықталады

,                                         (4.10)

мұнда - шлактың температурасы мен жылу сыйымдылығының көбейтіндісі.

          Қазандық қондырғының жылулық жүктемесі төмендесе, шығар газдардың температурасы да төмендеп, олардың әкетінді жылу шығыны

азаяды (4.2 суретті қара). Химиялық және механикалық кем жанудан болған жылу шығындары жылулық жүктеме төмендеген кезде керісінше жоғарылайды. Себебі жылдамдықтың аз мәндерінде отынның ауамен араласуы нашарлайды. Қазанның сыртқы қоршаулары арқылы әкетілген жылу шығындары да көбейеді, себебі олардың абсолюттік мәндері тұрақты болғанымен,жылулық жүктеме азаяды. Жылу шығындарының жылулық жүктемеге тәуелділігі әртүрлі болғандықтан, қазанның жылулық жүктемесі төмендеген кезде қазан агрегатының ПӘК-і максималдық мәнге жетеді. 

 

         4.2 сурет – Жылу шығындарының және ПӘК-тің қазанның жылулық қуатына  тәуелділігі

 

         4.2 Қазандық қондырғының пайдалы әсер коэффициенттері (брутто және нетто). Қазандық қондырғының пайдалы әсер коэффициентін кері теңестіктен анықтау

          Қазан қондырғысында пайдалы қолданылған жылудың ошақтан берілген барлық жылу мөлшеріне қатынасы қондырғының жылулық тиімділігін анықтайды және оның пайдалы әсер коэффициенті деп аталады.

        Қондырғының брутто және нетто пайдалы әсер коэффициенттерін анықтауға болады. Брутто пайдалы әсер коэффициенті қазан қондырғысының өз басының мұқтаждарына кеткен энергия шығындарын ескермейді(қоректік су сорғысының, үрлегіш – түтін сорғыштың, отынды ұсатуға, қызу беттерін үрлеуге және т.б.), сондықтан келесі түрде анықталады

                                    ,                                         (4.11)

мұнда  - отын шығыны, кг/с.

           Электр энергиясы мен жылудың қондырғының өз басы мұқтаждарына кететін шығындарын ескеретін пайдалы әсер коэффициенті нетто ПӘК-і деп аталады               

                                          ,                                                       (4.12)

мұнда  q_c.н. -  қазандық қондырғының өз басына кететін энергия шығындары қосындысының барлық жылуға қатынасы, %.

            Қазан қондырғысы пайдалы әсер коэффициенті тікелей (4.4-ші теңдеу) және кері теңестіктен анықтауға болады

                                          . (4.13)
             - брутто пәк-ті тікелей теңестіктен анықтау ошаққа әкелінген бар жылуды   және пайдалы қолданылған жылуды  сипаттайтын шамаларды тікелей өлшеуді қажет етеді. Мұның өзі көп қиындықтарды және қателіктерді туғызады. Ал жылу шығындары өте үлкен дәлдікпен анықтауға болады, сондықтан қазан агрегатының пайдалы әсер коэффициентін анықтаудың ең дәлме-дәл әдісі болып оны кері  теңестіктен анықтау табылады.

           (4.4) - ші теңестіктен қазан қондырғысында жағылатын сағаттық отын шығынын да анықтауға болады

                                           .                                           (4.14)

           Механикалық кем жану салдарынан қондырғыға берілген отынның барлығы толығымен жанып кетеді деп айтуға болмайды. Сондықтан бір сағат бойы отын жанғанда бөлінетін газдар көлемі толық жанумен салыстырғанда біраз кем болады. Жану өнімдері көлемі мен қажырын отынның 1 кг(1 м³) үшін есептегендіктен, механикалық кем жануды ескеру үшін ошаққа берілген отын мөлшері сәл азырақ деп саналады және жылулық есептеулерде сағаттық есептелген отын шығынын қолданады

                                                .                                          (4.15)      

 

            5 дәріс.  Жану теориясының элементтері және отынды жағудыұйымдастыру  

 Мақсаты: жану теориясының элементтерін, химиялық рекциялар кинетикасын, жану жылдамдығының жану аймағындағы қысымға, температураға, жануға қатысатын заттар концентрациясына тәуелділігін қарастыру.

Жоспары:

            - жанудың химиялық реакциялары кинетикасы және  химиялық  реакцияларының тепе-теңдігі;

           - жанудың кинетикалық тұрақтылары, әрекеттесуші массалар заңы;

                - химиялық реакциялар жылдамдығының температураға тәуелділігі, Аррениус заңы;

- химиялық реакциялар тепе-теңдігінің температураға және қысымға тәуелділігі. 

 

          5.1 Жану теориясының элементтері. Жанудың химиялық реакциялар кинетикасы 

          Жану деп отынның қышқылдатқышпен әсерлесуі негізінде өтетін күрделі физика-химиялық процесті айтады. Жану процесі кезінде температура аса жоғарылайды және көп мөлшерде жылу бөлінеді.

          Егер отын мен қышқылдатқыш бірдей фазалық күйде болса жану гомогендік (біртекті) деп аталады.

          Егер отын мен қышқылдатқыш әртүрлі фазалық күйде болса жану гетерогендік (әртекті) деп аталады. Газдық отынның жануы гомогендік процесс, ал мысалы кокс түйіршігінің ауа ағынында жануы- гетерогендік процесс [7].

          Жану процесі келесі негізгі химиялық реакциялар негізінде орындалады

                           C + O₂ = CO₂ ; S + O₂ = SO₂;  2H₂ + O₂ = 2H₂O.

         Энергетикалық қазандардың ықшамдалған ошақ құтысында жоғарыда көрсетілген реакциялар өте аз уақыт (5-10 с) аралығында іске асады  және оған көп мөлшерде ауа мен отын шығындалады. Мысалы бу өнімділігі 2650 т/сағ, қуаты МВт – Березовск көмірін жағатын ірі энергетикалық қазан секундына 128 кг отынды және м³/кг ауаны қажет етеді.   Жану процесі басталуы үшін көмір тозаңы оттықтан өткенде ыстық газдар ортасына еніп, ауамен толық араласып, жану температурасына жуық қызуы қажет. Нақты ошақта мұндай процесті іске асыру үшін оттықтардан берілетінтурбуленттік ағыншаларды ыстық газдар ішіне өткізіп, ағыншалардың ыстық жану өнімдерін бойына сіңіріп алып(эжекция), олармен бірге өте қызған, тұтануға және жануға дайын жанғыш қоспа түзеді. Сонымен ошақтағы отынның жануы оның ауадағы оттегімен қосылуы кезінде басталмайды екен. Жану процесі алғашқы қоспаның жану өнімдерімен араласуы кезінде басталады. Жанғыш қоспа түзілетін аймақтың барлық нүктелерінде химиялық реакциялар жүреді. Бірақ бұл реакциялардың өту жылдамдықтары әртүрлі. Егер соңғы жанғыш қоспада инерттік жану өнімдерінің концентрациясы алғашқы қоспа концентрациясынан көп артық болса, қоспаның температурасы жоғарылап, реакция жылдамдығы экспоненталық заң бойынша өседі. Қоспаның температурасы жану температурасына жеткенде оны басқа тұтандыру көзінен тұтатып, жағу керек.

         Көмір тозаңын жағатын ошақтарда алдымен мазутты тұтандырады, пайда болған жану өнімдері арасына тозаңды үздіксіз жіберіп отырады.

          Ошақтағы жану процесіне отынның жұмыс ылғалдығы, күкірттігі, азот мөлшері және ауа құрамындағы азот мөлшері ықпалын тигізеді.

         Химиялық реакциялар алғашқы заттардың толық өзгеруіне дейін орындалмайды(осы тәжірибеде дәлелденген). Реакция өнімдерімен қатар жүйеде әр уақытта бастапқы және аралық заттар түзіледі. Себебі реакция екі бағытта жүреді. Ошақтағы химиялық реакциялар екі бағытта (тура және кері) бірдей жүреді

 _{,                                  (5.1)}

мұнда- реакцияға түсетін заттардың химиялық символдары;

- стехиометриялық коэффициенттер, олар реакцияға түсетін заттардың мөлшерін (мольдер санын )көрсетеді.

 Жану кинетикасы деп химиялық реакцияның уақытқа тәуелді сипатын және уақыт байланысты өту заңдылығын айтамыз.

 

         5.2 Химиялық реакциялар жылдамдығы.Әрекеттесуші массалар заңы 

         Жалпы жағдайда реакцияға түсетін заттардың химиялық әсерлесу жылдамдығы оның концентрациясының бірлік уақыт аралығындағы өзгерісімен анықталады [8]

  .                                               (5.2)

Ошақта химиялық реакциялар басталған кезде алғашқы заттар () мөлшері азая бастайды, себебі тура реакция жылдамдығы кемиді, ал кері реакциялар жылдамдығы артады, себебі тура реакция өнімдері () көбейеді. Бір мезгілдетура және кері реакциялар жылдамдықтары теңеліп, химиялық тепе-теңдік орнығады.Сонымен реакция жылдамдығы және тепе-теңдігі реакцияға түсетін заттардың химиялық табиғатына, жанғыш қоспадағы реакцияға түсетін және түзілетін заттар мөлшеріне, температурасына,қысымына, көлеміне байланысты.Гомогендік тура реакцияның жылдамдығы келесі формуламен анықталады  ,  ал кері реакцияның жылдамдығы  . Мұнда, - тура және кері реакция тұрақтылары.

Тұрақты температура мен қысымда белгілі реакция тепе-теңдігінің қалыптасуы, реакцияға түсетін заттар концентрацияларының көбейтіндісіне тең. Осы тәуелділік әрекеттесуші массалар заңымен анықталады. Бұл заң химиялық реакциялардың орын алуы жөніндегі кинетикалық түсініктерді қолданады. Заңның анықтамасы: Біртекті ортада тұрақты температурада химиялық реакциялар жылдамдығы реакцияға түсетін заттар концентрацияларының көбейтіндісіне тең.

Біртекті (гомогендік) реакция үшін әрекеттесуші массалар заңын формула түрінде көрсетуге болады. Реакциялар тепе-теңдігі орындалуы үшін  , немесе    .Осыдан реакцияның тепе-теңдік тұрақтысын анықтайды және ол әрекеттесуші массалар заңының математикалық түрін анықтайды

.                      (5.3) 

Метанның отегімен тотығу реакциясын келесі түрде жазылады:

СН₄+2О₂=СО₂+Н₂ О.

Жану қарқыныреакция жылдамдығымен анықталады. Гомогендік реакция жылдамдығы деп бірлік уақытта бірлік көлемде реакцияға қатысатын зат мөлшерін айтады.

           Метанның тотығу жылдамдығы бұл жағдайда оның концентрациясының  dCH₄, dτ уақыт аралығында өзгеруіне тең, кг/(м³ ·с)

W СН₄=  - dCH₄/ dτ(5.4)

5.4 формуладағы (-) таңбасы жанғыш қоспаның бастапқы компоненттерінің үлестері  реакция барысында кемитінін көрсетеді. Ал реакцияның соңғы өнімдерінің жылдамдығын анықтаушы формулада (-) таңбасы болмайды, себебі олардың үлестері артады.

WСО₂ =  dCО₂/ dτ.                                             (5.5)

          Жанғыш қоспаның әр компонентінің өзіне тән әсерлесу жылдамдығы болады. Мысалы метанның оттегімен тотығу реакциясында оттегі үлесінің кемуі метанға қарағанда екі есе жылдам жүреді және ол реакцияның  стехиометриялық  теңдеуімен анықталады   WО₂ =   2 W СН₄.

 

5.3  Химиялық реакциялар жылдамдығының температураға тәуелділігі.    Аррениус заңы

Жалпы жағдайда химиялық әсерлесу жылдамдығының тұрақтысы  температураға тәуелді деп санайды Аррениус [5].

                                                   _{.                                                 (5.6)}

           Аррениус аса дарынды швед ғалымы, физик-химик және астрофизик, 1903 жылы Нобелев сыйлығының химиядан иегері болған. Аррениус заңының математикалық өрнегіне кіретін шамалар:

- экспонента алдындағы еселеуі;

 - тұрақтысының өлшем бірлігі реакция ретімен анықталады;

Е – белсендік энергиясы, ол реакцияға қатысатын заттардың ішкі молекулалық байланыстарын жоюға қажет энергия.

         Өлшем бірлігі – Дж/моль. Оның мәні реакция сипатына тәуелді. Көптеген жанғыш газдар үшін Е – белсендік энергиясы 80-120Дж/моль құрайды. R=8,314 Дж/(моль·К) – универсал газ тұрақтысы. және  кинетикалық тұрақтылар деп аталады, олар отынның реакцияға түсу қасиеттерін анықтайды және тәжірибеден табылады.

         Жану жылдамдығының температураға экспоненциалдық тәуелдігі тек қана өте тар температуралар аралығында орындалады, себебі әртүрлі температурада әсерлесу механизмі де әртүрлі. Сонымен белсендік энергиясы - реакция жылдамдығын анықтайтын негізгі фактор болып табылады. Е – белсендік энергиясы неғұрлым аз болса, соғұрлым реакция да тезірек өтеді.

         Молекулалық-кинетикалық теория тұрғысынан молекулалардың барлық соқтығысуы химиялық әсерлесуге әкелмейді. Аррениус қысқаша мынадай тұжырым жасады: - жалпы соқтығыстар   санын көрсетеді,  Е- соқтығысатын молекуларға қажет жеткілікті энергия деңгейі,

- әсерлесулері нәтижелі болған молекулар саны болса, температура жоғарылаған сайын соқтығысуға  қажет жеткілікті энергиясы бар молекулардың саны да күрт жоғарылайды.

         Е – белсендік энергиясы мен   експонента алдындағы еселеуіш  мәндерін анықтау үшін 5.1 суретте көрсетілген  тәуелдігін тұрғызады. Бұл суретте реакция тұрақтысы -ның температураға тәуелділігі көрсетілген.

 

5.1 сурет                                               5.2 сурет

       5.1 - cуреттегі тәуелділікті анықтайтын Аррениус формуласы

                               .                           (5.7)  

          (5.7) – формуладағы  - мүшесі - ге сәйкес ординатаға тең. Тәуелділіктің көлбеулік бұрышы ,  - өрнегінен анықталады.

         5.1 -суреттен жылдамдықтың температураға байланысты жедел өзгеретіні байқалады. Бұл өзгерісті түсіндіру үшін Аррениус келесі гипотезаны ұсынды:   Реакция басталуы үшін энергиясы оның критикалық мәнінен асатын молекулалар өзара соқтығысуы қажет. Осындай молекулаларды белсенді деп атайды.Температура жоғарылаған сайын белсенді молекулалар саны көбейеді.

         Белсенді молекулалар кәдімгі молекулалардан ешқандай химиялық өзгеріссіз пайда болады. Жеке молекула энергиясының өзгеруін белсену процесі, ал белсенді молекула пайда болуы барысында жұтылған энергияны белсену жылуы депатайды.Белсенді молекулалар мен кәдімгі молекулалар арасында тепе-теңдік сақталады, тепе-теңдік тұрақтысы температураға аса тәуелді.

          (5.3) - формуладағы      шамасы бірлік уақытта бірлік көлемде соқтығысқан жалпы молекулалар санын көрсетеді, ал  - реакцияға түскен молекулалар санын көрсетеді. Е – соқтығысқан молекулалардың соқтығысуы тиімді болатын энергиясының ең аз мәні. Осыдан соқтығыстың тиімді болуын  тек молекула энергиясы анықтайтыны көрінеді.

          5.2- суретте энергиясы А - күйімен анықталатын алғашқы заттың молекуласы екпінділік энергиясы  - ге тең энергияны көрші молекулалардан жұтып алып, екпінді В күйіне өтеді. Нақтылап айтқанда, 5.2 – суреттемолекулалардың реакцияға түсу және белсенді күйге өтуі кезінде энергиясының өзгеруі бейнеленген.

         Белсенді молекула енді В күйінде басқа молекуламен әсерлесіп, рекция өнімдерін береді және мұндай реакция   энергияның бөлінуімен орындалады.  Көптеген жағдайларда графиктің ВС бөлігінде шығарылған жылу АВ бөлігінде жұтылған жылудан көп болады, олардың айырмасы оң жылу тиімділігін береді    . Егер  болса, реакция жылуды жұтады, яғни эндометриялық деп саналады.-шамасы  Аррениус шарттамасын білдіреді және ол қоспаның реакцияға түсу қабілетін анықтайды. - шарттамасының мәні неғұрлым жоғары болса, соғұрлым жанғыш қоспа инертті болып, жану реакциялары баяу өтеді.

 

         5.4 Химиялық реакциялар тепе-теңдігінің температураға және қысымға тәуелділігі

 Тепе-теңдіктің изохоралық процесте температураға тәуелдігін келесі формула айқындайды:

                                                    .                                               (5.8)

                реакция нәтижесінде бөлінген немесе жұтылған жылу мөлшері.                        

Осыдан изохоралық процесте      Ал,    - тәуелділігі  химиялық реакцияның изохорасы деп аталады. - тұрақтысының мәні белгілі болса, тұрақты температурада қоспаның тепе-теңдіктегі құрамын анықтауға болады.

         Тепе-теңдіктің қысымға тәуелділігі. Химиялық реакция тепе-теңдік тұрақтысын формуламен  заттардың парциал қысымдары арқылы көрсетуге болады.

                                                 ,                                              (5.9)

мұнда   - қоспаға кіретін жеке газдардың парциал қысымдары.

          Тепе-теңдікті изобаралық процесте температураға тәуелдігін келесі формула айқындайды

                                                                                                    (5.10)

         реакция нәтижесінде бөлінген немесе жұтылған жылу мөлшері.  

Осыдан изобаралық процесте - тәуелділігі химиялық реакцияның изобарасы деп аталады.

         Егер қоспаның температурасы жоғарыласа, онда реакция нәтижесінде жылу бөлінеді, - мәндері жоғарылайды, яғни реакция тепе-теңдігі алғашқы заттар жағына ығысады. Осыдан экзотермиялық реакциялар өтуі үшін қолайлысы температураның аса жоғары болмауы.

        Егер қоспаның температурасы жоғарыласа, онда реакция нәтижесінде жылу жұтылады, - мәндері азаяды, яғни реакция тепе-теңдігі соңғы заттар жағына ығысады, диссосиациялану әлсірейді. Осыдан эндотермиялық реакциялар өтуі үшін қолайлысы температураның аса жоғары болуы.

 

             6 дәріс. Жану кинетикасы

             Мақсаты: отынның жану кинетикасын түсіндіру.

             Жоспары:

              - жану кинетикасына ішкі әсерлесудің, қоспаланудың тигізетін ықпалы;

               - жану өнімдерінің тепе-теңдік концентрациялары, молекулалар  диссоциациясы;

-  жану температуралары. Стационарсыз тұтану теориясы.

 

         6.1 Жану кинетикасына ішкі әсерлесудің, қоспаланудың тигізетін  ықпалы. Жанудың химиялық реакцияларының кинетикасы

   Жану процессі әртүрлі химиялық реакциялар негізінде орындалатыны белгілі       C + O₂ = CO₂ , S +O₂  = SO₂.

     Энергетикалық қазандардың ошақ камераларында, өте аз уақыт ішінде 5-10 с орасан зор отын мен ауа шығындалады.

      Мысалы, бу өндірулігі  D_n = 2650 т/сағ, жалпы қуаты  W = 800 МВт энергоблокта, отын шығыны  B_p = 128 кг/с болатын Березовск көмірі жағылады. Отынды жағуға қажет теориялық ауа көлемі V⁰ = 555 м²[8]. Осындай көлемді процесстің тез және  жоғарыда көрсетілген  уақыт ішінде жүруі үшін отын ауамен тез толық араласып, қоспа жану температурасына жуық температураға дейін қызуы қажет. Осы аталған жағдайларды алдын-ала орындау кейбір техникалық себептерге байланысты мүмкін емес. Осы мәселені шешу үшін жану процессін оттықтар арқылы өтетін турбуленттік ағыншаларды ыстық жану өнімдері арасынан өткізу арқылы ұйымдастыру қажет. Ошақ камерасында жанғыш қоспаның ағыншалары ыстық жану өнімдерін ішіне тартып алады және олармен бірге өте жоғары дәрежеде ысыған, тұтануға және жануға әбден дайын реакциялық қоспаны құрайды. Ошақтың ішінен өтетін газ мөлшері, оттықтар арқылы өтетін ағыншалардағы қоспаның мөлшеріне тең. Газдар ошақтан шығуға тырысады, ал газбен араласатын қоспа ағыншалардың араласатын аймағында циркуляциялық(айналымдық) қозғалысқа түседі. Сонымен ошақта отынның жануы оның оттегімен қосылуы кезінде басталмайды екен, ол отын мен ауа қоспасының оның жану өнімдерімен араласуы негізінде болады екен. Реакцияға түсетін қоспадағы алғашқы жанғыш қоспаның концентрациясы инерттік жану өнімдерінен бірнеше есе кем болады. Жанғыш қоспа түзілетін аймақтың барлық нүктерінде химиялық реакциялар жүруі мүмкін. Бірақ бұл реакциялардың өту жылдамдықтары әр түрлі. Егер ақтық жанғыш қоспадағы инерттік жану өнімдерінің концентрациясы алғашқы ошақтан өткен қоспаның концентрациясынан көп болса, онда қоспаның температурасы жоғарылап, реакция жылдамдығы экспонента  бойынша өседі. Егер қоспаның температурасы  жақындаса,  болады. Қоспаны тұтандыру үшін оны алғаш рет жағу керек. Ошақ құтысындағы жану шарттарына отын құрамындағы  W^р, S^p, N^p, ал қышқылдатқыштың құрамында ауадағы азоттың болуы әсер етеді. Бұл газдарда күкірт ангидриді мен азоттың токсикалық оксидтері түзілуі мүмкін.

 

     6.2  Жану өнімдерінің тепе-теңдік концентрациялары, молекулалр  диссоциациясы. Жану температурасы. Диссоциацияның жану температурасына әсері

    Егер отын толық жанғанда бөлінетін жылу жану өнімдерінінің қыздырылуына шығындалса, онда қызғанға дейінгі температураны жанудың адиабаталық температурасы деп атайды.

         Нақты жағдайда отын жанғанда бөлінетін жылудың басым бөлігін ошақтық экрандар қабылдайды, ал қалған бөлігі жану өнімдерінің диссоциациясы процессіне шығындалады.

    Нақты жағдайлар үшін жану температурасын жану процессінің жылулық теңестігінен анықтауға болады [9]

                                           ,                                    (6.1)

мұнда Q – реакция жылуы,кДж/моль;

    Q_cм- берілген жанғыш қоспаның қажыры, кДж/моль;

    Q_г  - жану өнімдерінің қажыры, кДж/моль;

    Q_т - экрандық жүйеге берілетін және қоршаған ортада жоғалатын жылу мөлшері, кДж/моль;

    Q_д - диссоциацияға шығындалатын жылу мөлшері, кДж/моль.

         Жану өнімдерінің қажырларының мәнін   (6.1) теңдеуіне қойсақ, бірнеше рет түрлендіргеннен кейін жану температурасын анықтайтын келесі формуладан аламыз 

                               ,                                (6.2)

мұнда - молекулалық жылусыйымдылықтарына шаққандағы жану 

өнімдерінің моль санының туындысының қосындысы;

- жану температурасы.

Адиабаталық шарттарда жылу шығындары болмағандағы, диссоциацияны ескергендегі жану температурасын жанудың теориялық температурасы деп атайды. Диссоциацияны ескергендегі жанудың теориялық температурасын анықтау қиын есеп болып табылады және келесі жағдайларды туғызады:

 - ізделінетін жанудың теориялық температусы анықталатын интервалдағы температуралар қатары үшін барлық мүмкін реакциялардың константалары бойынша берілген қоспаның жану өнімдерінің тепе-теңдік құрамы есептеледі;

- әрбір табылған жану өнімдерінің тепе-теңдік құрамы үшін қажырлар есептелінеді;

- есептеу интервалында жану өнімдерінің қажыры берілетін қоспаның физикалық энергиясы химиялық энергиясының қосындысына тең болғанда, температураның теориялық мәні сияқты белгілейді.

 

7 дәріс.  Газдық ортада жалынның таралуы 

Мақсаты: газдық ортада жалынның таралу заңдылықтарын білу.

Жоспары: 

- жалынның газдық ағында таралуыоның нормалдық   жылдамдығы;

          - Бунзен оттығынан таралған жалынның жылдамдығын анықтау;

- газдық  жалынының  массалық таралу   жылдамдығы;

- аудандар заңы.

 

7.1 Жалынның газдық ағында таралуы және оның нормалдық жылдамдығы

 Жалынның газдық ағында таралуы үздіксіз процесс. Бұл процесте жанудың химиялық реакциялары үдемелі өтеді. Себебі газдың жіңішке жалын аймағынан өтуі кезінде жану өнімдерінен жылуөткізгіштік және диффузиялық жылу тасымалдау арқылы қоса әкелінген жылуы газға беріледі [10].

Сонымен қозғалыссыз немесе ламинарлық қозғалыста болатын жанғыш газ қоспаларының жануы пайда болған жалынның нормалдық таралу жылдамдығымен сипатталады (жалын жану шебіне тұрғызылған нормаль бойымен бағытталады). Жалынның таралу процесін түсіну үшін, алдын-ала дайындалған газ қоспасының құбырша бойымен қозғалысын қарастырады. Жану басталғанда қалыңдығы d жану шебі қалыптасады және ол қоспаның қозғалыс бағытымен орын ауыстыратын болады.Жалын шебінің орнығуы жанғыш қоспаның орын ауыстыру жылдамдығы мен оған қарама-қарсы бағытталған жалын шебінің орын ауыстыру жылдамдығы бір-біріне тең болған жағдайында байқалады.

         Жалын таралғанда оның шебі газ мөлшерін екіге бөледі: жалын шебінің алдында - нашар қызған газ қоспасы, жалын шебінен кейін аса қызған жану өнімдері орналасады. Жану аймағында температура алғашқы

Т₀ мәнінен Т_г мәніне дейін өзгереді, ал жанғыш заттар концентрациясы С₀шамасынан 0-ге жуықтайды. Мұнда  Т_г – жану өнімдерінің, газдардың температурасы. Реакция жылдамдығы жанғыш заттар концентрациясына және температурасына тәуелді, сондықтан  жалын аймағындаол максимумға жетеді (температура жоғарылағанда артады және жанғыш заттар мөлшері азайғанда кемиді). Неғұрлым реакция жылдамдығы үстем болса, соғұрлым жалынның таралу жылдамдығы жоғарылап, газдың жалын аймағында болу уақыты қысқарады (7.1 суретті қара).

           7.1 суреттегі жалын температурасының өзгеруін үзік сызықпен көрсетуге болады, ол үшін Т₀және Т_г түзулерімен қиылысатын температура қисықтығына жанама тұрғызады. Қиылысу нүктелерінің ара қашықтығы d – жалын шебінің жылулық қалыңдығы деп аталады (7.2 суретті қара).

 

7.1 сурет – Жанғыш заттар температурасының, мөлшерінің және реакция жылдамдығының жалын шебінде өзгеруі

 

7.2 сурет- Жалын шебінің қалыңдығын анықтау

 

          Жылу ағындарын q анықтайтын екі өрнекті теңестіріп, нормалдық таралу жылдамдығын және жалын шебінің қалыңдығын байланыстыратын теңестікті алады:

                                              , (7.1)

Мұнда a – температура өткізгіштік еселеуіші, м²/с.

  Тәжірибелер жалын нормалдық таралған кезде химиялық реакциялардың, жану өнімдерін жанбаған қоспадан ажыратып тұратын, өте жұқа қабатта өтетінін көрсетеді. Осы жұқа аймақты жалын деп атайды. Жалын шебі өте жұқа болады. Газдар жылуды өте нашар өткізетіндіктен жалынның нормалдық таралуы баяу жүреді.Тіптен баяу жанатын қоспалар үшін де жалын шебінің қалыңдығы бір миллиметрге жетпейді, оның бір үлесін құрайды.

                - жылдамдығы қоспаның температурасына,жанғыш газдың және қышқылдатқыштың түріне және құрамына тәуелді(ол стехиметриялық қоспада максималдық мәнде болады).- жылдамдығының мәні келесі жанғыш қоспалар үшін мынадай:СО + ауа – 0,43 м/с; СН₄ + ауа – 0,38 м/с; Н₂ + ауа – 2,65 м/с; Н₂ + О₂ – 13 м/с.

 

          7.2 Бунзен оттығынан таралған жалынның жылдамдығын анықтау

           Жалынның таралу жылдамдығын Бунзен оттығы көмегімен өте жеңіл анықтауға болады (7.3 суретті қара). Көз алдымызға вертикал құбыршаны елестетелік, оның бойымен a<1жағдайда газ-ауа қоспасықозғалатын болсын.

 

7.3 сурет – Бунзен оттығынан таралған жалынның нормалдық жылдамдығын анықтау

 

Құбыршадан шығарда қоспа жана бастайды және конус пішіндегі алау пайда болады. Қышқылдатқыш (ауа) жетпеген газдың бір бөлігі,  диффузия арқылы келген атмосфералық ауада жанып бітеді [11].

           Алау тұрақты жануы үшін жалын шебінің әрбір нүктесінен тұрғызылған нормаль бойымен бағытталған газ жылдамдығы жалынның нормалдық таралу жылдамдығына тең болуы шарт:, ал , сонда . Жылдамдықтың радиус бойынша өзгеру заңдылығы W=f(r) мен

j бұрышын біле отырып,  - анықтауға болады, бірақ бұл тәсіл күрделі. Егер жалынның ішкі шебі конусқа ұқсайтынын және құбыршаға берілген алғашқы қоспаның мөлшері жалын шебінде жанып біткен қоспа мөлшеріне тең екенін ескеретін болсақ, келесі теңестікті аламыз

                                              ,(7.2)

мұнда S – оттық қимасының ауданы;

F – жалын шебінің ауданы;

-қоспаның орташа шығынына қарасты қозғалу жылдамдығы;

G – алғашқы газ-ауа қоспасының массалық шығыны.

Жалынның нормалдық таралу жылдамдығын түрінде анықтап, бұл өрнекте  конустың бүйірлік бетінің ауданын кіргізетін болсақ, жалынның нормалдық таралу жылдамдығын есептейтін қарапайым формула алынады

                                          .(7.3)

Мұндаh – жалын конусының биіктігі, R – оттықтың радиусы.

Жалында өтетін химиялық реакцияның ең негізгі сипаттамасы болып жалын таралуының  нормалдық жылдамдығы саналады. Тәжірибелерде , см/с - пен өлшенеді.

 

7.3  Жалынның массалық таралу жылдамдығы

Жалын сипаттамасы ретінде оның бетінің бірлік ауданында бірлік уақыт аралығында жанып бітетін қоспа көлемін см³/(см² с) және бірлік уақыт  аралығында бірлік беттен бөлінетін жылу мөлшерін (кВт/м² )  қарастыруға болады.

Жалын таралуының нормалдық жылдамдығының қоспа тығыздығына көбейтіндісі жанудың массалық жылдамдығы деп аталады

, г/(см²·с).            (7.4)

Ол бірлік уақытта бірлік бет ауданынан жанатын қоспа мөлшеріне тең.

Әртүрлі қысымдар мен температуралар әсерінен тығыздықтары әртүрлі қоспаларда жалын таралуының нормалдық жылдамдықтарын салыстыру үшін массалық жылдамдықтарын қолданады.

 

7.4 Аудандар заңы

Мысал ретінде жалынның горизонтал орналасқан құбыршада қозғалуын қарастырайық. Тәжірибелер көрсетуі бойынша, горизонталь құбыршада жалын шебі құбыр осіне симметриялы орналаспайды. Оны 7.4-суреттен көруге болады. Жану аймағы тығыздығы төмен жану өнімдерінен тығыздығы жоғары алғашқы таза қоспаны ажыратып тұрады. Таза қоспа тығыздығы жоғары болғандықтан салмағы ауыр, құбыршаның астыңғы тұсында ағады, ал жеңіл жану өнімдері  он үстінгі тұстарына жылжиды.

 

7.4 сурет- жалынның горизонталь құбыршада таралуы

Қисайған жалын шебінің әрбір нүктесінде жалын он бетіне   перпендикуляр  жылдамдықпен таралады. Сондықтан уақыт бірлігінде жанып бітетін қоспаның көлемі , см³/с келесі формуламен анықталады

                                               .                                                      (7.5)

Қоспаның осы көлемін  жалын таралуының көрнекті жылдамдығы  және құбыр қимасының ауданы  арқылы анықтауға болады

                                                   .                                                      (7.6)

Жалын таралуының көрнекті жылдамдығы деп алғашқы таза қоспада қисайған жалын шебінің орын ауыстыруын айтады. Ол 1 с аралығында байқалатын жалын шебінің екі бейнесінің ара қашықтығына тең.

     (7.5) және (7.6) теңдеулерінен  аудандар заңының формуласын аламыз

                                                    .                                                  (7.7)

Аудандар заңы келесі мағынаны білдіреді: жалын шебінде бірлік уақытта жанып біткен қоспа мөлшері, алғашқы берілген қоспа мөлшеріне тең [11] .                     

Аудандар заңы бойынша жалын таралуының көрнекті жылдамдығы оның нормалдық таралу жылдамдығынан, жалын шебі ауданы құбырдың қимасы ауданынан қанша есе үлкен болса, сонша есе үлкен болады.

Егер жалын шебіне тұрғызылған нормаль, жалынның таралу бағытымен  бұрыш құраса, онда жалын шебіндегі элементтің ауданы

                                              .                                                     (7.8)

Аудандар заңын жалын шебі элементіне қолданып келесі теңдеуді алуға болады

                                            ,                                                       (7.9) 

немесе жалынның таралу жылдамдығы  бұрышының косинусына кері пропорционал. (7.8) теңдеуі қозғалған газдағы жану процесінің негізгі теңдеуін береді, он орыс физигі Михельсонның құрметіне косинустар заңы деп атайды.

Бұл заң жалынның белгілі таралу жылдамдығында жануды үдету үшін  жалыншебі бетін үлкейту керек екнін анықтайды. Екіншіден жалынның кез келген нүктесінде  бұрышын анықтау арқылы жалын шебінің пішінін білуге мүмкіндік береді.

 

8 дәріс.  Газдық отынды жағу ерекшеліктері

         Мақсаты: газдық отынды жағу тәсілдерін қарастыру, газды жағатын оттықтар құрылысын, түрлерін білу.

Жоспары:

- газды жағуерекшеліктері;

- біртекті газ қоспасының ламинарлық жануы;

-газдық оттықтар түрлері, газдық оттықтарды топтау және оттықтарда қоспалануды ұйымдастыру.

 

8.1 Газды жағу ерекшеліктері

          Қазандық қондырғыларда газдық отын ретінде келесі газдар жағылады: табиғи газ; домналық газ – металлургиялық өндірістің қалдығы; кокстық газ – жылытушы қазандықтарда сирек жағылады, негізінен металлургияда мартен пештерінде жағылады.

Табиғи газ ең құнды отын болып саналады.Оның меншікті жану жылуы(төменгі) – 35000÷35500 кДж/м³. Қазақстанда  табиғи газдың зерттелген қоры 3,7 трлн.м³ құрайды.Табиғи газ қорының региондар бойынша орналасуы: Атырау облысында -43%, Маңғыстау облысында -29%, Батыс Қазақстаноблысында -19%, Ақтөбе облысында - 5% құрайды.

Мұнайдан ілесіп шығатын табиғи газ көздері - Теңіз, Қашаған, Королевское  кен орындарында, газконденсаттық кен орындары – Қара Шығанақ, Жанажол, Орықтауда орналасқан [12].

           Газдық отынның қатты отынды пайдаланумен салыстырғанда келесі артықшылықтары бар:

1) газды кеңінен пайдалану қалалардың ауа бассейнін тазартады (ұшпа күлден арылады);

2) көмір тозаңын жағатын қазанның ПӘКі жоғары болғанымен, оны газға көшіру барысында ПӘК 4-6 % артып, өзіндік мұқтаждарға қажет энергия шығыны 25-30% кемиді;

3) қазанды құру шығындары азаяды, себебі өте қымбатқа түсетін көмір тозаңын дайындау жүйесі қажет емес;

4) қазандық ғимаратының өлшемдері азаяды. Мысалы бу өндіруліктері бірдей ТГМ-84(D_п =420 т/сағ және ТП-80 қандарын салыстырсақ, ТГМ-84қазанының бір тонна буға сәйкес меншікті көлемі 60 %- ға кем;

5) газбен жұмыс жасайтын қазанды автоматтандыру жеңіл.

            Газдық отынның жануы –гомогенді сипатта өтеді, басқаша айтқанда қатты отынды жағуда кездесетін ұшпа заттардың бөліну; кокстың газдану; шлактың қалыптасу фазалары болмайды. Газдық отын оны алдын-ала дайындауды қажет етпейді.

           Газдық отынды жағу үш кезеңнен тұрады: қоспалану, қыздыру және жану. Егер газдың ауамен араласуы оттық көлемінде іске асатын болса, мұндай қоспалану тәсілі кинетикалық деп саналады (газдың жану жылдамдығы химиялық реакциялар жылдамдығымен анықталады).

Егер газдың ауамен араласуы ошақ көлемінде іске асатын болса, мұндай қоспалануды диффузиялық деп атайды (газдың жану жылдамдығы ауаның-қышқылдатқыштың газ молекуларына жету жылдамдығымен анықталады).

Газды жағу ошақ камерасында іске асырылады, оған жанғыш қоспа оттықтар арқылы беріледі. Ошақ кеңістігінде жүретін күрделі физика-химиялық процестер нәтижесінде ошақта жанып тұратын газ ағыншасы пайда болады, оны алау деп атайды.

Отынды жағуға қажет ауаны ошаққа беру тәсіліне байланысты газды жағудың үш түрлі тәсілі ұсынылған:

         - біртекті газ қоспасының жануы, мұнда алдын-ала дайындалған жанғыш қоспа жағылады;

-          диффузиялық жағу, мұнда ошаққа газ бен ауа жеке-жеке беріледі;

         - газ қоспасының жеткіліксіз ауа мөлшерінде жануы, мұнда газ ошаққа ауамен бірге беріледі, бірақ қоспа толық жануы үшін ауа мөлшері жеткіліксіз болады.

 

8.2 Біртекті газ қоспасының ламинарлық жануы

Алдын-ала араластырылған қоспаның жану үдемелігі жанудың химиялық реакциялары өту жылдамдығына тәуелді болады. Сондықтан мұндай жануды кинетикалық деп аталады.

Біртекті газ қоспасының жануы жанғыш қоспа ошаққа үздіксіз берілгенде және жалын ошаққа таралуы кезінде орын алады. Жанғыш қоспаның қозғалыс сипатына байланысты ламинарлық және турбуленттік жануды ажыратуға болады. Ламинарлық жану келесі түрде өтеді.

Алау пішіні қисаймауы үшін вертикал орналасқан дөңгелек оттыққа біртекті газ қоспасы беріледі. Қоспаның ламинарлық қозғалысы кезінде оның жылдамдықтары оттықта парабола бойымен бағытталады [13]

 =0,5.                                                   (8.1)

Мұнда  - газдың қиманың тура ортасындағы жылдамдығы.

Жылдамдықтың мұндай таралуы қоспа оттықтан шығарда да сақталады. Оттықтың шетінде қоспа жылдамдығы өте аз, ал оттық осіне қарай ол өзінің максимал мәніне жетеді.

Оттық шетінен шыққан қоспаның жануын қарастыру, алаудың орнықты жануын көрсетеді. Мұнда шыққан газ ағынының жылдамдығы жалынның таралуының нормалдық жылдамдығына тең болады. Оттықтың тура шетінде қабырғадан жылу беруге байланысты - шыққан газ ағынының жылдамдығынан кем болады, сондықтан алау керсінше оттық ішіне кіріп кетуіне жол берілмейді. Дөңгелек оттық периметрі бойынша қоспаның сақина түрінде жануы іске асады.

Жалын шет жақтардан оттықтың осіне ағынмен тасымалданады (8.1-суретті қара), сондықтан ол оське жеткенше оттық шетінен белгілі аралықта өтеді. Осы аралықта ол конус пішінді алауды береді. Жанудың өте жұқа аймағы жалын шебін қалыптастырады, оның түсі ашық көгілдір болады, сондықтан алау кеңістікте көзге өте айқын көрінеді.

Жалынның оттық периметрінен ағынша осіне дейін қозғалу уақытын келесі формуламен анықтайды

,                                       (8.2)

мұнда - дөңгелек оттық радиусы.

Осы уақыт аралығында оттықтың тура ортасынан шығатын ағыншалар  - жылдамдықпен қозғалып,  -  жол жүреді 

.                                               (8.3)

Алаудың пішіні және оның өлшемдері жалынның таралу жылдамдығына және ағыншаның әртүрлі нүктелеріндегі газ ағынының  - жылдамдығына тәуелді. Егер  - мәні жоғарыласа, керісінше - мәні төмендесе, алау қысқа болады, керісінше  - мәні төмендесе, керісінше - мәні жоғарыласа, алау ұзын болады. Оттық радиусы үлкейген сайын алау биіктей береді.

 

 

8.1 сурет - Біртекті газ қоспасының ламинарлық алауы

Сонымен жану конус пішінді алаудың шеткі бетінде жүреді, жану шебінің қалыңдығы  миллиметрдің ондық үлесіне тең, алаудың негізгі бөлігін инерттік масса құрайды.

 

8.3 Газдық оттықтар түрлері,параметрлері және газдық оттықтарды жіктеу

          Газдық оттық деп белгілі газ мөлшерін және қышқылдатқышты (ауаны немесе оттегін) ошаққа жеткізуші, немесе олардың өзара араласуын қамтамасыз етуші және пайда болған қоспаны газдың жанатын жеріне тасымалдаушы құрылғыны айтады. Оттықтың негізгі жұмыс параметрі болып оның оттық тұмсығының тесігінен шығу жылдамдығы W₀ саналады.

W₀  жылдамдығының мәні  жалынның жанарғы iшiне өтуiне (проскок пламени) және  жалынның оттықтан ажырауына (отрыв пламени)  жол бермеуі қажет. Отынның орнықты жануы газдың құрамына, - ауаның артықтық еселеуішіне және газ-ауа қоспасы  шығар оттық тесіктерінің диаметріне  тәуелді.және шамаларының үлкен мәндерінде,W₀- жылдамдығы неғұрлым үлкен болса,жалынның жанарғы iшiне өтіп кету жағдайы жиіленеді. және  үлкейген сайын жалынның ішке өту шекті жылдамдығы W_пр- да жоғарылай береді.Яғни жалын оттық ішіне өтіп кетпеуі үшін W₀ – жылдамдықтың мәні шекті өту жылдамдығынан жоғары болуы тиіс. Жалын оттықтан ажырамауы үшін қоспа шығатын оттық тесігінің диаметрі минималдық болуы тиіс. Мұндай диаметрді критикалық деп атайды [14].

Ауаның артықтық еселеуішінің аз мәндерінде газ-ауа қоспасының жанғыштық қасиеттері нашарлайды, жалын оттық ішіне өте алмайды. Шекті жылдамдықтың W_пр(жалын оттыққа өтпейтін жағдайдағы минималдық жылдамждықтар) болжамалы мәндері кейбір жанғыш газдар үшін және шамаларына  тәуелділігі 8.1 кестеде көрсетілген. Табиғи газ үшін біріншілік ауаның артықтық еселеуішін  = 0,6 ÷ 0,65 деп қабылдаған қолайлы. Қоспаның оттықтан шығу жылдамдығы жалын оттықтан ажырап кететін (0,6 ÷ 0,7)W_пр жылдамдықтан жоғары болмауы тиіс.

 

8.1 кесте -Қалыпты жағдайға келтірілген жалынның оттыққа өтіп кететін жылдамдығының мәндері, м/с

Оттық тесіктерінің диаметрі, мм	газ
	кокстық		табиғи		бутан
	= 0,7	= 0,8	= 0,7	= 0,8	= 0,7	= 0,8
4	0,75	1	0,1	0,25	0,2	0,4
8	1	1,6	0,1	0,25	0,2	0,4

 

Газдық оттықтардың жіктелуін  қарастырайық. Оттықтарды жіктеу газдың ауамен қоспалануына негізделген. Қоспалануды табиғи (ерікті) түрде диффузия немесе ағыншалар араласуы негізінде, не болмаса еріксіз қысыммен іске асыруға болады. Осыған орай оттықтар негізгі үш түрге бөлінеді: диффузиялық, инжекциялық және қоспалаушы.

         Оттыққа газды жағуға қажет ауаны беру тәсіліне байланысты келесі түрлерге жіктеледі:

- диффузиялық (ауа жалынға өздігінен қоршаған атмосферадан келеді);

- инжекциялық (ауа оттыққа сорылады);

- үрлегіш (ауа оттыққа қысыммен беріледі).

Газдық оттықтарды  газ қысымына байланысты жіктеуге болады:

- төмен қысымды, газ қысымы 5 кН/м² –қа дейін;

- орташа қысымды, газ қысымы 5 ÷300 кН/м² аралығында;

- жоғары қысымды, газ қысымы 300 кН/м² –ден жоғары.

Газдық оттықтарды  газдың жану жылуына байланысты келесідей жіктеуге болады:

- жану жылуы өте төмен газдар үшін қолданылатынQ^с_н= 8 МДж/м³;

- жану жылуы орташа газдар үшін қолданылатынQ^с_н= 8 ÷20 МДж/м³;

- жану жылуы аса жоғары газдар үшін қолданылатынQ^с_н= 20 МДж/м³.

Отынның түріне емес отынды қолданушы агрегат түріне байланысты оттықтаркелесідей жіктеледі: қазандық; газтурбиналық; пештік. Энергетикада оттықтар төрт топқа жіктеледі:микрооттықтар (бу өндірулігі 2 т/сағ. дейінгі қазандар үшін); шағын(бу өндірулігі 25 т/сағ. дейінгі қазандар үшін);орташа(бу өндірулігі 160т/сағ. дейінгі қазандар үшін); ірі

(бу өндірулігі 160 т/сағ. астам қазандар үшін).

 

8.3.1 Диффузиялық оттықтар және оттықтарда қоспалануды ұйымдастыру.

Диффузиялық оттықтың мысалы ретінде кіші-гірім қазан ошағы түбінде горизонтал  орналасатын екі қатар саңылаулары бар оттықты келтіруге болады. Ошақтың колосниктік торы болады.

8.2 сурет - Біртекті диффузиялық оттық

 

Ауа ошаққа колосниктік тор арқылы беріледі.  Ауаның ошаққа өтуіне ошақтағы қысымсыздық жол ашады, ол 3-4 мм сынап бағанасын құрайды және үнемі сақталып отырады. Газдың ауамен диффузиялық араласуы ошақ көлемінде орындалады. Диффузиялық араласу оттықтың жұмыс өндірулігін 30-50 м³/сағ газ шығынымен шектейді. Оттықтың жұмыс өндірулігін арттыру үшін ауаны колосниктік торға қысымдап беруді ұйымдастыру керек.

Диффузиялық газ оттығы шамот кірпішінен қаланған тік ошақ қуысында орналасады [1]. Ауамен жанғыш газ тура осындай ошақтың жұмыс кеңістігінде араласатын диффузиялық отық 8.3 суретте көрсетілген.

1- ошақ амбразурасы; 2 – оттық корпусы; 3 – ауа жіберілетін құбыршалар арасындағы каналдар;4 – газдық құбыршалар.

8.3 сурет – Сырттай қоспалануды ұйымдастырушы диффузиялық құбыршалы оттық

 

         Оттықтан ұзын жарқыраған алау тарайды және жұмыс кеңістігінің бар бойында бір қалыпты жану процесі жүзеге асады. Құбыршалы оттық домналық газды жағу үшін қолданылады. Газ оттыққа газ коллекторынан оның құбыршалары арқылы беріледі, ал ауа оған қарама-қарсы орналасқан ауа коллекторторынан құбырлар арасындағы каналдармен беріледі. Газ ауамен құбыршалардан шыққан бетте ағыншаларда араласып кетеді.

Диффузиялық оттықтардың артықшылығы:

- оттықтар газ қысымының толқуына аз сезімтал, оттықтың жұмыс өндіулігін реттеу диапазоны өте кең, бірақ жану процесі барлық ошақ кеңістігінде дамып және аяқталуы үшін оның көлемі жеткілікті болуын қалайды. Алауының қаралық көрсеткіші аса жоғары, үрлеусіз газдың төмен қысымында жұмыс жасай береді. Диффузиялық оттықтарда газды және ауаны 600ºС дейін алдын-ала қыздыруға болады.

Диффузиялық оттықтардың кемшілігі: кинетикалық оттықтармен салыстырғанда ауаның артық еселеуішінің мәнін (a = 1,1-1,15) жоғары ұстауды талап етеді, ошақ көлемінің кернеуі төмендеу және алаудың ең соңғы ұшында жану процесі нашар жүреді.

 

8.3.2 Инжекциялық  оттықтар.

  Газдың ауамен жануға дейін өз еркімен араласуын инжекторы немесе ағыншаларды араластырғышы бар газдық оттықта жүзеге асырады. Инжекциялық оттықты төменгі және орташа қысымдағы газды жағу үшін қолдануға болады. Газ оттықтың инжектор деп аталатын тар каналынан өткесін, оның сыртында орналасқан ауыздан кіретін біріншілік ауамен араласып, оттықтың диффузор деген кең бөлігіне өтеді. Толық жануға қажет екіншілік ауа ошаққа, ондағы қысымсыздық 1-2 мм сынап бағанасын құрайтын болғандықтан, оттық арқылы жеке беріледі [13].

          Біріншілік ауаның артықтық еселеуіші α₁ оттыққа алдын-ала (жалынға дейін) теориялық мөлшерден тыс қанша есе артық берілген ауаның мөлшерін көрсетеді.

          Екіншілік ауаның артықтық еселеуіші α₂ жану аймағына теориялық мөлшерден тыс қанша есе артық берілген ауаның мөлшерін көрсетеді.    

          Инжекциялық оттықтың негізгі сипаттамасы инжекция еселеуіші

                                                     ,                                                  (8.4) 

мұнда  - сорылған біріншілік ауа үлесі,- оттық арқылы берілген газ мөлшері. Диффузиялық оттықтардаα₁=0. Инжекциялық оттықтарда немесе. Тіпті кейбір инжекциялық оттықтар ауамен алдын-ала араласуды іске асырады.

          Қоспалануды алдын-алаіске асырушы инжекциялық оттықты жалынсыз (беспламенная горелка) деп атайды, себебі мұнда газ-ауа қоспасының жануы кезінде көзге көрінетін алау  болмайды. Ауа оттыққа өздігінен сорылады (инжекцияланады) және газбен оттықтың ішінде араласады. Оттықтың ернеуінен шыққан дайын қоспа қысқа алауда ошақта тез  жанып кетеді. Инжекциялық оттықтың мысалы ретінде  болатын, ИГК оттығы 8.4 суретте көрсетілген. Оттық газ жіберілетін газдық саптамадан, араластырғыштан, екіншілік ауа шығынын реттегіштен, пластиналық стабилизатордан тұрады. Стабилизатор оттықты жоғары температуралар әсерінен қорғайды және қосымша керамикалық туннель орнатуды қажет етпейді. Инжекциялық оттықтардан қысқа алау пайда болады және жұмыс өндіруліктері өте жоғары болғандықтан,оттықтың  алау шығатын басын сумен салқындату қажет. Стабилизатор орнатылған оттықты арнайы салқындату қажет емес.

  

 

1- пластиналық стабилизатор; 2 – араластырғыш; 3 – шуды бәсеңдетуші төсеніші бар ауа қақпақшасы, 4 – газдық саптама.

8.4 сурет - қоспалануды алдын-ала оттық ішінде іске асырушыинжекциялық оттық

 

          8.3.3 Сырттай қоспалаушы оттықтар.

Сырттай қоспалаушы оттықтарда отын (газ) және қышқылдатқыш (ауа) ошақ кеңістігіне параллель түрде, яғни бір-бірімен араласпайтын ағыншалар күйінде беріледі. Отын мен ауа ошақ көлемінде араласып қоспа түзеді. Жалын шебінің таралу жылдамдығы ондаған сантиметр секундты құрайды, ал газдың және ауаның оттықтан шығар жылдамдықтары одан әлдеқайда жоғары болғандықтан, бұл оттықтан  тараған жалын ұзындығы басқалармен салыстырғанда өте үлкен және оттықтың шығар  диаметрінің (60÷80)d_вых  құрайды.

         Сырттай қоспалаушы оттықтың мысалы ретінде «Стальпроект» институты әдістемелік қыздырушы пештер үшін құрған «труба в трубе»

типті оттығын қарастыруға болады (8.5 суретті қара) [4].

а-шағын өндірулікті; б -орташа өндірулікті; в –мол  өндірулікті.

8.5 сурет – сырттай қоспалаушы оттықтар

 

           Оттықтың маркасында үш әріп және сан көрсетіледі. Сан оттықтың жалын шығатын басының миллиметрмен берілген d_вых диаметрін білдіреді, ал бірінші әріп (Д) – оттықтың екі өткізгішті(двухпроводная) екенін, яғни оттыққа екі құбыр қосылатынын, біреуі ауаны, екіншісі газды өткізуге арналғандығын білдіреді; екінші әріп (В немесе Н) – газдың жану жылуын сипаттайды (жоғары(высокая) – 20÷36 МДж/м³  немесе төмен(низкая)4÷10 МДж/м³; үшінші әріп (М - малая,С – средняя немесе Б - большая) – оттықтың жұмыс өндірулігін сипаттайды.

           Оттықты есептеу оның алдындағы ортаның қысымына байланысты газ және ауа өтетін қималардың аудандарын анықтауды көздейді. 

 

9 дәріс. Газды жағуды үдетудің негізгі тәсілдері 

     Мақсаты: газды үдетіп жағу тәсілдерін үйрену, газды үдемелі жағуға әсер ететін факторларды анықтау.

            Жоспары:

           -   турбуленттік жалынның таралуы;

-   біртекті газ қоспасының турбуленттік жануы;

-      газмазуттық ошақтар мен газмазуттық оттықтар;

-     газмазуттық ошақтар мен оттықтар үйлесімі.

 

            9.1 Турбуленттік жалынның таралуы  

             Біртекті газ қоспасының ламинарлық қозғалысыRe шарттамасының кіші мәндерінде мүмкін болады.Re > Re_кp болған жағдайда газдың орнықты ағысы бұзылып, біртұтас ағын бірнеше бөлікке ажырап кетеді және жеке бөліктердің қозғалыс сипаты  ретсіз, толқуларға толы болады.

         Жалын структурасының өзгеруін Бунзен оттығының жұмысынан көруге болады (9.1 суретті қара). Ламинарлық ағыста жалын шебі жұқа және бірыңғай көрінеді. Алаудың биіктігі ағын жылдамдығына пропорционал өзгереді [7].

 

 

9.1 сурет- Ламинарлық қозғалыстан турбуленттікке өткенде жалын структурасының өзгеруі

 

          Жалын қозғалыс жылдамдығы  өзінің Re_кp шарттамасына сәйкес мәніне жеткенде  қысқарады, ені толып, сыртқы пішіні аса шашыраңқы болып көрінеді. Жалын биіктігінің қысқаруы оның ретсіз (турбуленттік) қозғалысы салдарынан таралу жылдамдығының артқаны.

Турбуленттік алауда химиялық реакция турбуленттік диффузия және турбуленттік жылуөткізгіштік салдарынан тездейді. Турбуленттік тасымалдау процестері жылдамдықтың (Rе) функциясы болып саналады,

Сондықтан жалынның турбуленттік таралу жылдамдығы U_т да (Rе) функциясы болып есептеледі. Жалынның екі түрлі турбуленттік таралу теориясы бар.

1)Беттен жану теориясы.

Турбуленттік(ретсіздік) салдарынан жалын шебі қисайып, беті тегіссізденіп және қатты ұлғаяды (9.2 суретті қара). Жалын барлық дамыған беті бойымен U_nтұрақты жылдамдықпен қозғалады, жалынның таралу жылдамдығының жоғарылауы жану бетінің үлкею шамасына пропорционал

болады . Турбуленттік жану бетінің ауданын конустың ауданы тәрізді қарастырып, аудандарның салыстырмалы үлкеюі  пропорционал болатынын және турбуленттік таралу жылдамдығын  деп анықтайды. Мұндай теория ұсақ масштабты турбуленттік кезінде жақсы орындалады.

9.2 сурет- Ұсақ өлшемдегі турбуленттік кезінде жалынның таралуы

        

        2)Көлемдік жану теориясы.

         Бұл теорияірі масштабты турбуленттікке негізделген. Жану өнімдері мен жанған қоспаның  элементар көлемдері таза қоспаға қарай орын ауыстырғанда жаңадан тұтанатын аймақтар қалыптасады (9.3 суретті қара).

Таза қоспаның белгілі зат мөлшері (молдері) жану аймағына жеткенінде жану шебін жеке-жеке аймақтарға үзіп жібереді. Жану процесі жалынның нормалды таралу заңдылығына сәйкес жүреді. Жалын шебі жеке молдер беттерінің қосындысынан тұрады. Бұл жағдайда және алаудың биіктігі тәжірибе көрсеткендей қоспаның ағу жылдамдығына тәуелді болмайды

.                    (9.1)

 

 

9.3 сурет- Ірі масштабты турбуленттік кезінде жалынның таралуы

 

9.2  Біртекті газ қоспасының турбуленттік жануы  

Газды үдетіп жағу үшін оның жылдамдығын жоғарылатып, турбуленттік жануды қолданған жөн. Атмосфералық оттықты қолданып, алауды ашық атмосферада алып жағу жақсы нәтижелер бермейді. Себебі газдың үлкен жылдамдығын дамыту мүмкін емес, алау тез өшіп қалады.

Турбуленттік алау орнықты жануы үшін, біртекті газ қоспасын ыстық жану өнімдеріне толы ортада жағу керек. Оттықтан шығатын қоспа изотермиясыз ағынша болып саналады, жану өнімдері оның арасына кірген сайын қызып, кеңейе береді. Температурасы тұрақсыз ағыншалар теориясына сәйкес ағыншаның қызуы турбуленттік шекаралық қабатта орын алады, ал тұрақты жылдамдықтары бар бастапқы аймақтың ядросында температура тұрақты болады және оттықтан ағып шыққан қоспаның температурасына тең болады. Концентрация С мен Т температураның өзгеруі 9.4 – суретте көрсетілген. Ағыншаның сыртқы жиегіне жақындаған сайын температура көтеріледі, ал қоспаның концентрациясы азаяды.

Химиялық реакциялар жылдамдығына температураның әсері, концентрациялардың әсерінен күштірек болады.  Сондықтан ағыншаның тұтануы  оның сыртқы қабатында, конустық бет бойымен жүреді, бұл жерде жалын таралуының жылдамдығы максимал мәніне жетеді және тек қана осы беттің бойында жалын өзін орнықты ұстайды. Турбуленттік жылу өткізгіштік арқылы жылу осы сыртқы қабатқа жақын орналасқан басқа шеткі қабаттарға беріледі де, олар  да тұтана бастайды

Турбуленттік қозғалыс жану бетінің құрылысына да әсерін тигізеді.

Турбуленттік орнықсыздық(пульсация) әсерінен жалын шебі қисайып, жыртылып, бөлек-бөлек тұтанған аумақтарға айналып кетеді, бірақ жалынның жалпы конустық пішіні сақталады, себебі тұтану бәрі-бір ағыншаның сыртқы бетінде  іске асады. Сондықтан турбуленттік алаудың басым бөлігі инертті болады, толығымен қолданылмайды.

Газдық алаудың сұлбасы 9.4 – суретте көрсетілген. Тұтану аймағының ұзындығы  алау осіндегі тұтану шекті нүктеге жететін аралықты көрсетеді. Біртекті газдың ламинарлық қозғалысын қарастырғанда алынған (8.2) формуланы түрлендірейік. Жалын таралуының нормалдық жылдамдығы   орнына  - турбуленттік жану жылдамдығын қойып, тұтану аймағының ұзындығын анықтайық

.                                    (9.1)

мұнда - қоспаның көрнекті жылдамдығы;

-  оттық радиусы;

- қоспаның турбуленттік қозғалыс жылдамдығы.

 

1 – таза қоспа; 2 –конустық тұтану беті; 3 – турбуленттік тқтану шебі;4 – көрінетін жану шебі; 5 – жанудың аяқталу аймағы; С - алау қимасы бойынша жанғыш қоспа концентрациясының өзгерізі; Т – температураныңөзгерісі.

9.4 сурет–Гомогендік қоспаның турбуленттік алауының сызбасы

 

             Тұтану аймағының бетімен шектелетін конустың ішінде тұтанбаған қоспа да қозғалыста болады.

-  арқылы турбуленттік жалын шебінің қалыңдығы белгіленеді. Газдың бір мольге тең зат мөлшерінің өлшемін араласу жолына тең деп қабылдап, бір моль газдың жанып біту уақытын

 .                          (9.2)

          Осы уақыт аралығында бір моль газ пульсациялық жылдамдықтың әсерінен  қашықтыққа орын ауыстырады

  _{.                      (9.3)}

         Осы ара қашықтық турбуленттік жану шебінің қалыңдығы болып саналады.Көрінетін жану шебі болып алаудың  ұзындығы саналады. Бұл жерде ағыншаның тұтануы және тұтанған қоспаның жануы іске асады. Осы аймақтан шығарда, газ оттықтан қандай жоғары жылдамдықпен шықса да, қоспаның 90% -ы жанып бітеді.

         Жану көрінетін шептен кейін орналасқан, алаудың бөлігінде аяқталады. Бұл аралық турбуленттік жанудың жалғасу аймағы деп аталады.

         Осы аралықта жану әбден аяқталуы тиіс. Сондықтан , химиялық әсерлесу жылдамдығы неғұрлым кіші болса және газдың оттықтан ағу жылдамдығы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым үлкен болады.

 

9.3 Газмазуттық ошақтар жәнегазмазуттық оттықтар 

Газды және мазутты қатар жағуға арналған ошақ құрылымдары құбырлармен экрандалған камераны елестетеді.Камераның барлық қабырғалары мен түбі өте тығыз экрандалған, яғни құбырлар жүйесі орнатылған, құбырларда қоректік су – турбинада жұмыс жасаған будың шығы, оған химиялық тазартылған су қосылады.Табиғи айналымы бар қазандардың түбі көлбеу, ал еріксіз айналымы бар қазандарда горизонтал болып келеді.

          Газмазуттық ошақтың негізгі элементтері – газдық оттықтар және мазуттық форсункалар. Өте жиі газды және сұйық отынды бірге немесе бөлек жағатын қиюлас газмазуттық оттықтар қолданылады. Ресейлік Ползунов И.И. атындағы ЦКТИ немесе энергетикалық қондырғыларды ғылыми-зерттеу және жобалау бірлестігі ұсынған ГМГ типті газмазуттық оттықтар алғаш рет ДКВР су қыздырушы қазандарында орнатылды. ГМГ оттығында (9.5 суретті қара) біріншілік және екіншілік ауа қалақшалы аппарат көмегімен бір бағытта бұрмаланады.

          Газ сақиналы коллектордың диаметріөте тар тесіктерінен беріледі. Тесіктің диаметрді газдың жану жылуына сәйкес анықталады. ЦКТИ құрастырған ГМГ оттықтарының жылулық қуаты 1,5; 2; 4; 7 Гкал/сағ. құрайды. Оттық қысымы 2-5 атммазутты шашырату үшін қысымы 0,6-2 атм болатын бу механикалық форсункаларды қолданады[10].

1 – газауалық бөлімі; 2,5 – екіншілік және біріншілік ауа ағындарын құйындатқыштар; 3 – оттық орнатылатын  плита; 4 – керамикалық туннель; 6 – бумеханикалық форсунка.

9.5 сурет– ЦКТИ құрастырған ГМГ оттығы

 

Аса қуатты қазандар үшін (4÷30 Гкал/ч) РГМГ оттықтары құрастырылған. Мұнда бумеханикалық форсунканың орнына ротациялық

форсунка орнатылған (9.3 суретті қара). Сонымен қатар, ротациялық форсункаларды су буы болмаған жағдайда суды қыздырушы қазандарда орнатады.

 

1- отты жағушы құрылғы; 2- газ жіберілетін ауыздық; 3- біріншілік ауа ауыздығы; 4- газ коллекторы; 5 – қалақшалы аппарат; 6 - газды шығаратын тесіктер; 7- ротациялық форсунка.

9.6 сурет – РГМГ газмазуттық оттығы

 

          9.4 Газмазуттық ошақтар мен оттықтар үйлесімі 

     Оттықтар фронттық (шепте) қабырғада бір немесе бірнеше қатарда орналасуы мүмкін. Жағуды үдету үшін оттықтарды ошақтың екі бүйір қабырғасында қарама-қарсы немесе фронттық және артқы қабырғада қарама-қарсы орналастырады. Мұндай орналастыру көбінесе тура ағынды бу қазандарында орын алады. Мысалы ВТИ құрастырған ошақтарда осы үйлесім алаудың турбуленттігін күшейтеді. Екі қарама-қарсы ағынша ошақта соқтығысқанда, қоспалану жақсарып, жанғыш қоспаның өте жоғары температуралар аймағында болу уақыты көбейді. Мұның өзі газ бен мазутты жаққанда ауаның артықтық еселеуішінің мәнін 1,01-1,03-ке дейін төмендету мүмкіндігін туғызды. Мұндай жағдайда қазанның номиналдық жүктемесінде оттықтан шыққан ауа ағынының жылдамдығы 70 м/с –қа жете алады. Екі қарама-қарсы орналасқан қабырғалардың ара қашықтығы 5-10 калибрді құрауы керек, бір калибр деп оттық амбразурасының диаметріне тең аралықты айтады.

     Бұрыштық тангенциалдық оттықтары бар ошақта алауды өзара еріксіз тұтандыру орын алады. Жану құйынды ағында жүреді, ол ағын барлық оттықтар орналасқан белдікті қамтиды. Температураның жалпы деңгейі онша жоғары болмайды, бірақ жану өте кең аймаққа таралып, ошақ периметрі бойынша жылулық сәулелік ағындар қабырғаларға біркелкі таралады.

          Орталық қазан техникасын жобалаушы институт мәліметтері бойынша ауаны оттыққа  бұрыштай құйындатып беру (45-50⁰ бұрышпен) тұтануды тұрақтандырып, жануды үдетеді. 9.2- суретте газды ортадан беретін, ал ауаны тангенциалдық регистр арқылы беруші газмазуттық ТКЗ оттығы көрсетілген. Регистр 2 арқылы берілген ауа 40-50⁰ бұрыштай орналасқан қалақшалар тұсынан өткенде бұратылған ағынға айналады да, амбразураға өтеді. Газ 3-ші сақиналы канал арқылы өтеді және каналдың басында орналасқан радиалдық  тесіктен беріледі. Мазуттық форсунка тұтандырғышпен және дистанциялық басқарумен жабдықталған.

         Газмазуттық оттықтың мазут бойынша жұмыс өндірулігі 1-ден 16 т/сағ дейін, газ бойынша 10000 м³/сағ-қа дейін болады.

 

     10 дәріс. Сұйық отынның қасиеттері, жану ерекшеліктері 

       Мақсаты: сұйық отынның жануы үшін маңызды қасиеттерін және сұйық отынның әртүрлі жағдайда жануын қарастыру.

Жоспары:

- сұйық отынның қасиеттеріжәнежану ерекшеліктері;

- сұйық отынды жағу ерекшеліктері;

- сұйық отынның еркін бетінен жануы;

- сұйық отын тамшы түрінде жануы.

 

         10.1 Сұйық отынның қасиеттері және жану ерекшеліктері 

         Табиғи сұйық отынды(мұнайды) термиялық өңдеу барысында, одан жеңіл ұшпа фракциялар (бензин, лигроин, жеңіл майлар) бөлінеді. Мұнайды осылай өңдеу нәтижесінде қалатын қалдық мазут транспорттық отын (флоттық мазут МФ1, МФ2 және МФ3 маркалары) ретінде, металлургиялық өндірісте (пештік мазут МП маркасы) және энергетикалық отын ретінде (М40, М100, М200 маркалары) қолданылады. Айта кететін жағдай, қазіргі заманда мұнай дефицитті тауар және оның құны жоғарылап жатқанда, энергетикада мазутты қолдану шектелген, оны тек апаттық отын ретінде жағу мүмкіндігі қарастырылған [8].

         Мазуттың жоғарыда аталмаған келесі негізгі қасиеттерін атап өтуге болады. Олар мазуттың беттік керілуі, жарқырау, тұтану және қатаю температуралары, кокстануы. Олар мазуттың жылутехникалық қасиеттеріне жатады.Мазуттың беттік керілуі тұқырлығына тәуелді. Неғұрлым мазут тұтқыр болса беттік керілуі де жоғары болады. Мазутты форсункамен шашыратуға оның беттік керілуі көп әсер етеді.

Мазутты қоймада сақтау кезінде  қауіпсіздік жағдайларын ұйымдастыру үшін, оның жарқырау және тұтану температураларын білген дұрыс.

Жарқырау температурасы дегеніміз – белгілі бір қатаң жағдайларда қыздырылатын сұйық отынның немесе басқа мұнай өнімдерінің жеткілікті мөлшерде буланатын температурасы. Нәтижесінде будың қоршаған ортадағы ауамен қоспасына отты жақындатқанда жарқыл пайда болуы керек. Бұл отынның әлі жануы емес.

Егер осы қоспаға отты жақындатқандағы будың жарқырауы 5 секундтан көп уақытқа дейін жалғасса, онда отынның жануы басталып, оған сәйкес температура «тұтану температурасы» деп аталады. Кейде бұл температураны «жоғарғы жарқырау шегі» деп те атайды. Ал нақты жарқырау мезетіндегі температураны «төменгі жарылғыштық шегі» деп атайды. Себебі, жарқырау деген – кішігірім жарылыстардың жиынтығы. Кез келген мұнай өнімі үшін аталған екі температура айырмашылығы өте көп емес, әдетте 70⁰С-ден аспайды.

Тұтану температурасы сияқты, жану температурасы да мұнай өнімдерінің құрамы мен сапасының бірден бір көрсеткіші. Электр станциялары үшін жарқырау температуралары сұйық отынның сақтау кезіндегі жанып кету қауіпсіздігін, қоршаған ауадан оқшауланбаған ортада сұйық отын қыздырылуының максимал қауіпсіз температурасын білу үшін анықтайды.

Мазуттың қатаю температурасы деп пробиркаға құйылған тұтқыр мазут, пробирканы 45⁰ бұрышпен көлбеу ұстаған кезде оның деңгейінің 1 минут бойы қозғалмай қалатын температурасы. Энергетикалық мазуттардың қатаю температуралары 5⁰С және 36⁰С аралығында. Қатаю температурасы тұқырлықпен қатар мазуттың құбырдан ағып өту мүмкіндігін анықтайды.

 

 10.2 Сұйық отынның еркін бетінен жануы 

Сұйық отынның жануы оның сұйық еркін бетінен емес, сол сұйық бетінен жоғары орналасқан бу фазасында басталады екен. Алау сұйық деңгейінен өте аз аралықта (0,5-1 мм) пайда болады. Сұйықты үнемі қыздырудан оның беті буланып, бу ағыны жоғары бағытталады. Осы ағынға қоршаған ортадан диффузия арқылы оттегі кіріп отырады, нәтижесінде жанғыш қоспа түзіледі. Қоспа тұтанғанда, диффузиялық алау пайда болады. Алаудан сұйық бетіне шашыраған сәулелер, сұйықтың қайнау температурасына дейін қызуын және булануын тездетеді. Буланып жатқан сұйық бетін булану айнасы деп те атайды. 1 м² булану айнасының жылулық теңестігін былай жазылады [5]

q _Л= W_г[ c_cр (t_к-t₀) + λ_п], кВт/м² ,                      (10.1)

мұнда   q _Л- сұйық бетіне  сәулелену арқылы берілген жылу,  кВт/м² ;

W_Г- булану бетінің бірлік ауданына қарасты жану               жылдамдығы,кг/ (м²с);

l_П – сұйық отынның булану жылуы, кДж/кг;

         Булану айнасының әрбір 1 м² берілген жылу сұйықты бастапқы t₀–   температурадан t_к – қайнау температурасына дейін қызуына және булануына жұмсалады. Сұйықтың еркін бетінен жануы диффузиялық жануға жатады.

 

10.3 Сұйық отын тамшы түрінде жануы  

Сұйық отынның жануы оның булануы кезінде басталады. Сондықтан тамшының жануын былай елестетуге болады. Сұйық отын тамшысын оның буына қаныққан атмосфера қоршайды.Тамшының айналасында d_г –диаметрі бар жану аймағы қалыптасады. Тамшыдан бөлінген булар атмосферадан келген оттегімен тез химиялық әсерлеседі, сондықтан жану аймағы өте жұқа болады.Тамшының жану ұзақтығы – оның булану жылдамдығымен анықталады. Тамшы мен жану аймағы арасындағы кеңістікте сұйық отынның булары мен жану өнімдері болады. Осыдан

тамшының ортасынан   қашықтықта жанғыш газдар мен оттегінің арасында стехиометриялық қатынас тағайындалады. Осы жерде отын буларының жану шебі қалыптасады, ол тамшыны қоршап тұрған сфера тәрізді болады. Жану аймағынан тыс кеңістікте ауа мен жану өнімдері болады.Жану аймағына іштен тамшының булары диффузия негізінде таралады, ал сырттан оттегі кіреді. Жану аймағынан жылу тамшыға беріледі, ал жану өнімдері аймақтың ішіне де, сыртына да қозғалады.Тамшы жанған сайын, оның жалпы беті кішірейіп, булануы әлсірейді, жану аймағы тарылып, біртіндеп жоғала бастайды.

Тамшының жанып біту уақытын келесі жылулық теңестіктен анықтауға болады

,                                 (10.2)

мұнда - тамшының  бірлік ауданына жану аймағынан бірлік уақытта берілетін жылу мөлшері, кВт/м²;

- тамшының толық бетінің ауданы, м²;

 - тамшы көлемінің - уақыт аралығында кішірейуі.

Қоршаған ортадан сәулелік жылу қабылдаған тамшының толық жанып біту уақыты -  тамшының радиусына тура пропорционал.

10.1 сурет - Сұйық отын тамшысының жануы

 

Сұйық отын тамшысының жану сүлбесі 10.1-суретте көрсетілген.

Жану аймағының диаметрі тамшының диаметрінен 3-5 есе үлкен болады.

 

11 дәріс. Сұйық отынды жағу ерекшеліктері(жалғасы). Сұйық отынды жағуға арналған форсункалар

 

Жоспары:

- сұйық отынның алауда жануы;

- сұйық отын форсункалары;

- механикалық, айналмалы (ротациялық), жоғары қысымды пневматикалық, төменгі қысымды бу, ауа форсункалары. 

 

11.1 Сұйық отынның алауда жануы 

          Сұйық отынның жануынан пайда болған алаудың структурасы 11.1 суретте бейнеленген және тура ағынды оттықтан шыққан сұйық отын ташыларының алауда жану сүлбесі көрсетілген. Бу күйіндегі көмірсутектердің негізгі бөлігі, алаудың сыртқы қабатын құрайтын, тұтану аймағында жанады. Тұтану аймағы 1 барлық жану кеңістігін екі облысқа бөледі: ішкі облыс 2 – де булану процесі және жанғыш қоспаның пайда болуы іске асады; 3 – сыртқы облыс.

 

1- тұтану аймағы; 2-тамшының булануы және жанғыш қоспаның пайда болуы; 3 – көмірсутектердің жануы жалғасатын аймақ; l_з.в – тұтану аймағының ұзындығы; – жану жалғасатын аймақтың ұзындығы; l_ф – алаудың ұзындығы.

11.1 сурет- Сұйық отын алауының көрінісі

 

Отынды жағуға қажет ауа оттықтың ернеуінен беріледі, ол сұйық отынды қармап алып, ошаққа батырылған ағынша түрінде алып шығады. Ошаққа ағынша өте ыстық жану өнімдерінің арасына кіреді де қатты қызады.    Ағындық жылу алмасу негізінде ағыншадағы тамшылар қатты қызып, буланады. Булар ауамен араласып, тұтанады да алау пайда болады.

Сонымен сұйық отынның алауда жануы келесі кезеңдерден тұрады: сұйық отынның шашырауы; тамшылардың булануы және термиялық ыдырауы; газ ауа қоспасының пайда болуы; қоспаның тұтануы және жануы; тамшы айналасындағы булардың, кокстың және күйе бөлшектерінің жануы.

Жану ағынша осіне жеткенде алау оттық ернеуінен- аралыққа жетеді. Мұны тұтану аймағы деп атайды. Тұтану аймағы ұзарған конусқа ұқсас.

Бу күйіндегі көмірсутектердің басым бөлігі тұтану аймағында (2) жанады, ол алаудың қалыңдығы шамалы сыртқы бөлігін қамтиды. Жоғары молекулалы көмірсутектердің, еркін көміртегінің, күйенің және буланбаған тамшылардың жануы  - аралығына өтеді.

 

    11.2 Сұйық отын форсункалары  

          Қыздырылған мазутты ошақ кеңістігіне шашыратып береді. Шашыратқыш құрылғылар мазут форсункалары деп аталады. Мазут форсункалары екі топқа бөлінеді: механикалық шашыратқыштар және шашыратушы ортаны (буды немесе ауаны) қолданатын шашыратқыштар. Форсункалардың түпкілікті сызбалары 11.2 суретте көрсетілген [6].

 

а) – шашырататын ортаны қолданушы (жоғарғы және төменгі қысымды);

б) – механикалық шашыратқыштар:

1 – тура ағынды; 2 – ортадан тепкіш;3 – шашырататын ыдыспен.

11.2 сурет – мазут форсункаларының түпкілікті сызбалары

 

Бу форсункаларында сұйықтың бірінші рет тамшыларға ыдырауы үшін саптамадан берілетін будың кинетикалық энергиясы шығындалады.

қозғалыстағы тамшы, оны созып және бөліп жіберуге ұмтылған газдық орта қысымының әсеріне тап болады. Қысымды туғызатын күш - газдық ортаның тамшының маңдай қимасына әсер ететін үйкеліс күші. Үйкеліс күші туғызған қысым Р₁ = zrW² формуласымен анықталады, мұнда ζ – газдық ортаның(будың) үйкеліс еселеуіші(әдетте Re = 10³-10⁵ болғанда

ζ = 0,2) ; r- ортаның тығыздығы, кг/м³; W – тамшының салыстырмалы жылдамдығы, м/с. Беттік керілу әсерінен ташының пішіні сфераға ұқсас болады. Беттік керілу күштерінің туғызатын қысымы Р₂ = 2 σ/r, мұнда σ – сұйықтың беттік керілу еселеуіші, Н/м; r – тамшының радиусы, м.

Сұйық отынның өте майда тамшыларға ыдырауы Р₁ > Р₂ жағдайда орындалады, немесе zW²r=2 σ/r . Осыдан сұйық отынның максималдық өлшемін  анықталады.

           Жұқа яғни майда тамшыларға шашырату сұйықтың беттік керілуіне, ортаның тығыздығына және тамшы мен газдық ортаның салыстырмалы жылдамдығына тәуелді. Неғұрлым сұйықтың температурасы жоғары болса, яғни мазут алдын-ала қыздырылған болса, соғұрлым беттік керілуі төменірек болады.

Форсункалардың екінші түрі механикалықта ортадан тепкіш күштердің әсерінен тұтас орта(сұйық) ағыны үзіліп- үзіліп кетеді. Әріқарай тамшыларға ыдырау процесі  ортаның қысымына тәуелді болады.

           Шашырату күрделі физика-химиялық процестер тізбегінен тұрады.Мазутты шашырату үшін буды немесе ауаны пайдаланады.

       Шашырату тәсіліне байланысты форсункалар:

а) механикалық;

б) айналмалы(ротацитялық);

в) жоғары қысымды(пневматикалық) бу және ауа;

г) төменгі қысымды ауа (желдеткішті) болып төрт түрге бөлінеді.

 

           11.3 Механикалық форсункалар

            Форсунканың шашыратқыш бөлігі бірнеше каналдар жиынтығынан құралған камерадан тұрады. Форсунканың жұмыс өндірулігі саптаманың өлшеміне, мазуттың қысымына және тұтқырлығына тәуелді.

1– өзегі(ствол);2 – кигізілетін гайка; 3 – үлестіргіш шайба; 4 – құйын-датушы камераның дискі; 5 – саптама дискі

                     11.3 сурет– Механикалық форсунканың басұшы

 

             Механикалық форсунканың сапалы жұмысы сорғының мазутты сығу  қысымына тәуелді. Әдетте мазут форсункаларға 2,5-3,5 Мпа қысыммен беріледі. Мазуттың форсунка алдындағы  шартты тұтқырлығы 3,5 °ВУ –дан  артық болмауы тиіс.Форсункалар құрылысы және типтік өлшемдері бойынша нормаға келтірілген. Форсунканың шашыратқыш элементтерден басқа деталдары бірдей жасалады. Шағын және орташа қуатты бу генераторларында  ОН-547-01 форсункасы қолданылады. Қысымы1,96 МПа және саптама тесіктерінің диаметрі 2,5-7 мм болғанда, жұмыс өндірулігі 0,122-0,514 кг/с (0,4—2 т/ч). 

 

Механикалық форсунканың артықшылықтары:

         - форсунка мазутты аса үнемдеп жауға мүмкіндік береді, себебі мазутты жақсы шашыратады, мазутты форсунканың бұрын алдын-аласығуға аз энергия шығындалады(мысалы мазуттың қысымы 3,5 ÷ 4 МПа болса, насостың энергия шығыны бу генераторы қуатының 0,1 %-нанкем болады);

         - форсунка дыбыссыз жұмыс істейді, яғни қызметтегі персонал үшін қолайлы.

Форсунканың кемшіліктері:

- шашыратқыш дисктің тесіктері тез бітеліп қалады;

- жұмыс қуатын реттеу мүмкіндіктері аз;

          - форсункаға мазут сорғымен берілетіндіктен, мазут шаруашылығының мазут құбырында недәуір жоғары қысым болуы тиіс. Механикалық форсункалар орташа және аса қуатты бу қазандарында қолданылады.

          Механикалық форсунканың жұмыс өндірулігін реттеуге болады. Ол үшін мазуттың бастапқы қысымын немесе шашыратқыштың өткізуші қимасынөзгерту қажет. Бірінші тәсіл тиімсіз, себебі қысымды төмендетсе, форсунканың шашырату сапасы нашарлайды және мазуттың форсунка алдында  минималдық қысымы 1 МПА-дан кем болмауы дұрыс. Қысымды өзгерту арқылы жұмыс өндірулігін өзгерту аралығы 30 %-дан аспайды.

         Екінші тәсіл – мазут өтетін қиманың өлшемін өзгерту, форсунканың құрылысын күрделендіреді. Кейде бу қазанында бірнеше форсунка орнатылған болса, мазуттың алдыңғы қысымые өзгертпей, форсункалардың бірнешеуін өшіріп тастайды. Аса қуатты қазанда мұндай реттеу ошақтың ішінде температуралар өрісінің бұзылуына әкеп солғады.

 

11.4 Айналмалы (ротациялық) форсункалар 

Төменде 11.2 – суретте ротациялық форсунканың шашыратушы басұшы көрсетілген. Мазуттың қысымы атмосфералық қысымнан сәл жоғары болуы керек (0,12÷0,13 МПа). Үнемі айналып тұратын қуыс иін 1 арқылы мазут таратқыш 2-ге беріледі.Таратқыш дисктің бетінде көптеген өте тар тесіктер болады, мазут осы тесіктер арқылы 3-ші шашыратқыш ыдысқа беріледі. Ыдыс иіннің басына кигізілген. Сондықтан ыдыс минутына 600-700 айналым жасап тұрады, ыдыстан мазут үздіксіз қабықша түрінде шығып тұрады. Ауа иінге орнатылған компрессордан сығымдалып, форсунка корпусы мен ыдыс арасындағы тар қимадан үлкен жылдамдықпен ағып шығады. Ыдыстың ішінде мазут бөлшектеріне қабырға тарапынан үйкеліс және ортадан тепкіш күштер бірдей әсер етеді. Сондықтан олар спираль тәрізді траекториямен қозғалады. Ыдыстан шыққанда ортадан тепкіш күштердің әсері жойылады да, бөлшектер спиральға ойша тұрғызылған жанама бойымен қозғалады. Сонда форсункадан шыққан мазут тамшылары, ошаққа қарай тарылатын конус түрінде шығады деп айтуға болады. Конусты сыртынан қоршаған ауа  керіп, жыртылып кетуіне жол бермейді. Конус қабықшасы әрі қозғалған сайын жұқарып, өте майда тамшыларға ыдырап кетеді. Форсунканың шашырату сапасы мазуттың тұтқырлығына тәуелсіз, ВУТ=13ºУВ болғанда шашырату сапасы қанағаттанарлық. Мұндай форсункаларды өнеркәсіптік және кемеде орнатылған қазандарда және аса қуатты энергетикалық қазандарда қолданады.

11.4 сурет - Айналмалы форсунканың шашыратушы ұшы

 

         11.5  Бу (пневматикалық) форсункалары

           Шашыратушы ортасы бар форсункаларда отынды шашырату үшін жоғары жылдамдықпен қозғалатын шашыратқыштың –  будың немесе ауаның энергиясын қолданады. Бу форсункаларын қолданғанда (11.4 суретті қара) қысымы 0,5-2,5 МПа бу ішкі құбыршаның бойымен қозғалады да, оның саптамасы кеңейетін басұшына өтеді. Ал мазут  сақиналы каналменбудың алдына келгенде, жылдамдығы ~1000 м/с бу ағыншасы мазутты қармап алып, әріқарай мазут және бу қоспасы диффузордан өтіп, ошаққа шығады. Оттықтың диффузормен аяқталатын ұшына қаптырма (насадка)кигізіледі. Қаптырма оттықтан конус бойымен шашырап шығатын мазуттың шашырату бұрышын үлкейтеді. Сонымен мазуттың бірінші рет тамшыларға ыдырауы будың кинетикалық энергиясы есебінен жүреді.

1 – бу өткізуші саптама; 2 – диффузор; 3 – қаптырма.

11.5 сурет- Бу форсункасының басұшы

Екінші рет тамшыларға ыдырауы ошаққа берілген ауа есебінен жүреді. Бумен шашырату кезінде өте майда тамшылар пайда болады.

Бумен шашыратудың артықшылықтары:  бу форсункаларының шашырату сапасы өте жоғары, мұндай форсункалардың каналы бумен үрленеді, сондықтан ешқандай ластанбайды. Форсунканың жұмысын реттеу аралығы 20-200 % құрайды  (11.1 кестені қара) [7].

11.1 кесте - Мазуттық форсункалардың салыстырмалы сипаттамалары

Форсунканың түрі	Тамшылардың орташа диаметрі, мкм	Шашыратуға шығындалған энергия, %	Жұмысын реттеу аралығы, %
Механикалық	2	менее 1	70-100
Жоғары қысымды пневматикалық	40	2	20-100
Төмен қысымды пневматикалық	100	5	20-100

         Бумен шашыратудың кемшіліктері: конденсат (будың шығы) ысырап болады; жану өнімдерінің құрамында су буының мөлшері көбейеді; шығар газдармен кететін жылу шығыны жоғарылайды. Шашыратуға біраз мөлшерде бу шығындалады.Сонымен қатар, бу форсункаларынан өте күшті шу естіледі.Буды қолдану алаудың температурасын 150-200º С –қа төмендетеді.

          Бу форсункалары мазутты жағатын өндірістік бу генераторларында қолданылады, электр станциясында мазутты тұтандыру үшін ғана қолданады.

          Бу форсункасын іске қосқанда алдымен оған бу, содан кейін мазутберіледі. Форсунканы өшіргенде алдымен мазутты, кейін буды жіберуді доғарады. Форсунканың қалыпты жұмысын қамтамасыз ететін мазут тұтқырылығы 6-7ºУВ.

 

11.6 Төменгі қысымды ауа форсункалары

          Төменгі қысымды форсункаларда 5-10 кПа тегеурінмен жануға қажетті  ауаның 50-100 %  мөлшерін жібереді. Сондықтан мұндай форсункалардың өлшемдері ірі болады. Мазут форсункаға 0,03-0,214 МПа қысыммен беріледі.  Мұндай форсункалар қазандарда өте сирек, көбінесе өнеркәсіптік пештерде қолданылады. Мазут және ауа өтетін каналдар басы  тар саптама арқылы беріледі.Мұндай оттықтар термиялық және ұсталық қыздырушы пештерде қолданылады.

      Сонымен шашырату тиімді болу үшін келесі жағдайларды ескерген жөн:

- механикалық форсунка қолданылса, оның алдындағы мазут қысымын жоғарылату қажет;

- шашырату үшін бу немесе ауа қолданылатын болса, олар неғұрлым жоғары жылдамдықпен қозғалуы тиіс;

- мазутты алдын-ала қыздыру оның тұтқырлығы мен беттік керілуін төмендетеді;

- алаудың ашылу бұрышы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым мазутты шашырату да тиімді болады.

11.6 сурет - Төменгі қысымды ауа форсункасы (Роквелл типі бойынша)

 

 12 дәріс. Қатты отынды жағу ерекшеліктері

     Мақсаты: қатты отынның жану механизмін және оны жағу тәсілдерін білгізу, қатты отынды жағу ерекшеліктерін түсіндіру.

Жоспары:

 - қатты отындағы көміртегінің жану механизмі;

 - қатты отынның қабатта жануы, жану өнімдерінің отын қабатында таралу заңдылықтары, отынды қабатта тиімді жағуға арналған шаралар;

 - қатты отынды камералық, құйынды және циклондық ошақта жағу тәсілдері, ошақ камерасының жылутехникалық сипаттамалары;

 - көмір тозаңын жағуға арналған оттықтар: тура ағынды, құйынды;

 - оттықтарды жіктеу.

 

12.1 Қатты отындағы көміртегінің жану механизмі

           Қатты отынның құрамында көміртегі, ылғал, көміртегінің қосылыстары және күл болады. Ошаққа кірген бетте қатты отын қызады және бойындағы ылғал мен ұшпа қосылыстардан арыла бастайды. Нәтижесінде отыннан көміртегі мен күлден тұратын қатты қалдық қалады.

Ұшпа қосылыстардың бөлінуі отынның тұтануына жол береді. Тұтану процессі өте жедел өтеді және осы кезде барлық жылудың 10% ғана бөлінеді. Негізгі жылудың бөлінуі кокстық қалдық жанғанда бөлінеді. Сондықтан кокстық түйіршіктің жануын көміртегінің жану заңдылықтары анықтайды [9].

          Көміртегінің жануы – гетерогендік процесс, ол химиялық реакциялардың кинетикасымен және түйіршіктің бетіне оттегінің және жану өнімдерінің диффузия арқылы тасымалдану екпінділігімен анықталады. Оттегін көміртегі түйіршігі сіңіріп алады да, өзінен орнықсыз химиялық қосылыстар бөледі (осы құбылысты хемосорбция деп атайды).

           Әрі қарай химиялық қосылыстар газдық ортада СО және  СО₂газдарына ажырап кетеді. Төмен температуралы (600-800°С) режимкезінде хемосорбция процесі негізгі роль атқарып, отынның тотығу баяу жүреді.

Ошақта температура (1400-1800°С) болғанда сорбциялық процесстер жедел түрде өтеді және отын сіңірген оттегі мөлшері қышқылдану реакциясының стехиометриялық сипатына сәйкес келеді. Осы жағдайда

көміртегінің жану жылдамдығы тәжірибелік мәліметтер бойынша мына түрде анықталады

(12.1) мұнда - көміртегі түйіршігінің бетіндегі оттегінің концентрациясы;

k – гетерогендік реакцияның тәжірибелік тұрақтысы.

           Көміртегі жануының механизміне байланыссыз отын мен қышқылдатқыш әсерлесуін сипаттайтын біріншілік реакциялар болып саналады

                                    С + О₂ = СО₂,  2С +О₂ = 2СО.                                   (12.2)

        Көміртегі түйіршігінің бетінде өтетін осы реакциялармен қатар көмір тотығының диффузиямен әкелінген оттегімен әсерлесу реакциясы 

                                       2СО + О₂ = 2СО₂                                       (12.3)

жәнекөміртегіәсеріненкөмірқышқылыныңқайтаданпайдаболуреакциясы  өтуі ықтимал

С + СО₂= 2СО.                                       (12.4)

          Ошақ көлемінде су булары бар болған жағдайда көміртегінің келесі реакциялар негізінде тотығуы ықтимал

С + Н₂О =  СО + Н₂,С + 2Н₂О = СО₂ + 2Н₂,

                          С + 2Н₂ = СН₄.                                                                    (12.5)

ал түйіршіктің бетінде келесі реакциялар орындалады

2Н₂   + О₂ = 2Н₂О ,СН₄ + 2О₂ =СО₂ + 2Н₂О,

                           СО + Н₂О= СО₂ + Н₂ .                                                        (12.6)

Мұндай реакцияларды екіншілік деп атайды. Әрбір мұндай реакцияның өзіне тән жылулық эффекті және белсенділік энергиясы бар. Жағдайға байланысты түйіршіктің жану процесіне біріншілік те, екіншілік те реакциялар  басты ықпалын тигізеді. Сондай-ақ «ылғалды» (су буы бар болса) газдану кезінде  рекциялар белсенді орталықтардың қатысуымен өтеді. Осыдан белсенділік энергиясы азаяды, ал түйіршіктің жану жылдамдығы артады. Егер кокс түйіршігінің құрғақ газдануын қарастырсақ

(Н₂О – ошақ көлемінде жоқ), онда түйіршіктің жану реакциялары келесі тізбектен тұрады

                           1) С + О₂ = СО ₂ + 394 [МДж/моль];

                           2) 2С +О₂ = 2СО + 219[МДж/моль];

                           3)С + СО₂= 2СО -186[МДж/моль];

                           4)2СО + О₂ = 2СО₂  + 570[МДж/моль] .                       

 

12.2 Қатты отынның қабатта жануы. Жану өнімдерінің отын қабатында таралу заңдылықтары, отынды қабатта тиімді жағуға арналған шаралар

Өнеркәсіптік қазандарда қатты отыношақ құрылымында орналасатын  қабаттарда немесе алаулы-қабаттарда жанады. Дәлірек айтқанда, шағын және орташа қуатты қазандарда отынды қабаттап жағу негізгі тәсіл болып табылады. Мұндай тәсілді газдар мен ауа ағындары және отын мен шлак ағындары өзара келесі қозғалыс түрлерінде болатын ошақ құрылымдарында жүзеге асыруға болады: қарама-қарсы, параллель, көлденең, аралас.

Қабатты ошақтың негізгі элементі колосникті тор. Шынжырлы торы бар ошақтың құрылысын 12.1 суреттен көруге болады.

 

1 – тордың беті; 2 – жұлдызшалар; 3 – отын түсіргіш қалта; 4 – отын қабатының қалыңдығын реттегіш; 5 – шлакты түсіру; 6 – шлак бункері.

 

12.1 сурет – Қабатты ошақ құрылымының жалпы көрінісі

 

Тордың беті шарнирмен шынжырға бекітілген және екі қос жұлдызшаға кигізілген жеке колосниктерден құралған. Тордың жылжу жылдамдығы 2-16 м/сағ.

Тура жүрісті тормен жабдықталған қазанда отын торға бункерден беріледі. Бункердегі отын қабатының биіктігі шибермен реттеледі. Кері жүрісті тормен жабдықталған қазанда отынды тордың бетіне бункерден пневмомеханикалық лақтырғышпен салып отырады (12.2 суретті қара).

Жануға қажет ауа тордың астынан беріледі және қабатқа колосниктердің арасындағы қуыстан кіреді. Тор жылжыған сайын оның бетіндегі отын жанып үлгереді. Пайда болған шлак тордан шлакты жинағыш көмегімен шлак бункеріне лақтырылады.

Химиялық кем жану процесінен болатын жылу шығындарын азайту үшін үстемелеп ауа үрлеуді қолданады. Үстемелеп үрлеуге (острое дутье)  жалпы ауа шығынының 10-15 % мөлшері жұмсалады. Тура және кері жүрісті колосникті торлардың ортақ кемшілігі ретінде тордың отынның жану аймағында периодты қызуы және керісінше ошақ астындағы көлемде салқын ауамен үрленуінен салқындауы, тордың тез тозуына әкеп соғады.

Сонымен қатар қабаттап жағу кезінде  отынның механикалық кем жануы

күшейіп,  жылу шығыны көбейеді.

 

1 – ошақ алды; 2 – көмір сауыты; 3 – отын лақтырғыш; 4 – алдыңғы қозғалтушы білік; 5 – колосникті бет; 6 – аймақтық үрлеу; 7 – тордың рамасы; 8 – тіреуші рольганг; 9, 10 – артқы білік және нығыздама; 11 – шлак бункері.

12.2 сурет-  Шынжырлы тормен жабдықталған кері жүрістіПМЗ-ЛЦР ошағы

Сондықтан бұл тәсілді ұшпа заттарының шығуы аз (антрациттер мен арық көмірлер) үшін қолдануға болмайды.    

Қатты отынның қабатта жануы келесі кезеңдерден тұрады: қабаттың қызуы, отынның қабатта кебуі, ұшпа заттардың бөлінуі және кокстың қалыптасуы, ұшпа заттар мен кокстың жануы және шлактың күйуі.

Қатты отынды колосниктік торға жоғарыдан жеткізеді және ол торда қозғалыссыз жатады. Оның жануы келесі түрде өтеді:

Қабаттың жоғары жағында таза отын (1) орналасады, ол қызып, кебе бастайды. Оның астында жанып жатқан кокс (2) орналасады, ал кокстан төмен колосниктік тордың бетінде шлак (3) орналасады (12.1 суретті қара). Осы қабаттардың бір-бірінен анық ажырайтын беттері болмайды, өте жиі олар бірімен-бірі араласып кетеді. Бірақ қатты отын толық жанғанша осы қабаттардың бәрінен өтеді.

Қабаттың биіктігі бойынша температураның өзгерісі 12.2-ші суретте көрсетілген. Максимал температуралар кокстың жану аймағында орналасады. Осы аймақтан ең көп жылу бөлінеді. Жану барысында пайда болған шлак қып-қызыл кокс шоқтарынан тамшы күйінде ағып шығады. Шлак тамшылары төмен аққанда, колосникті тордың астынан берілетін, жоғары бағытталған ауа ағынымен әсерлесіп суынады және қатаяды, тордың бетіне жиналады. Колосникті тордың бетінде жиналған шлак қабаты торды өте жоғары температуралардан қорғайды. Шлак қабатынан өткен ауа қызып, қабаттарда бір қалыпты таралады.

 

1 – таза отын қабаты; 2- жанған кокс; 3- шлак қабаты

12.2 сурет - Отынның қабатта жануы және қабаттағы температураның өзгерісі.

 

Жану процесін осылай ұйымдастырғанда отынның тұтануы қабаттың астынан басталады, басқаша айтқанда отынның тұтануы және жануы үшін шексіз мүмкіндіктер туады. Мұнда газ ауа ағындары мен отын қабаты қарама-қарсы бағытта қозғалады. Жеке қабаттағы газ ауа ағынының жылдамдығы қабаттың орнықтылығын бұзбайтындай мәнде болуы керек. Яғни отын қабатының массасы газ ауа ағыны туғызатын динамикалық тегеуріннен жоғары болуы тиіс.

Басқаша айтқанда,  қабаттап жағудың аэродинамикалық сипаттамасы болып келесі теңсіздік саналады

,                                     (12.1)

мұнда - отын түйіршігінің массасы,кг;

- Рейнольдс шарттамасымен анықталатын кедергі еселеуіші;                                           

- отын бөлшегі қимасының ауданы, м²;

- жеке қабаттан өтетін газ ағыны тығыздығы, кг/м³.                   

Отын мен қышқылдатқыш арасындағы химиялық реакциялар шоқтанған кокс айналасында жүреді. Химиялық реакцияларға байланысты барлық жану процесін екі аймаққа бөлуге болады: оттектік, немесе тотығу және қалыптасу аймақтары. Тотығу аймағында бір уақытта екі көміртегі оксидтері – СО₂ және СО пайда болады. Тотығу аймағының шетінде О₂ концентрациясы төмендейді, ал СО₂ концентрациясы мен температура жоғарылайды.

Қалыптасу аймағында көміртегі көмір қышқылымен әсерлеседі

                                 СО₂ + С = 2СО –Q.                                            (12.2)

Реакция нәтижесінде қалыптасу аймағының барлық биіктігінде СО –ның үлесі артып, көмірқышқылының үлесі кемиді. Реакция жылуды жұта жүргендіктен қалыптасу аймағында температура төмендейді.

Егер жану өнімдерінде су буы бар болса, онда су буы ыдырайтын эндотермиялық реакция орындалады

                                     Н₂О + С = CО + Н₂ – Q.                                (12.3)

Отын қабатында тотығу және қалыптасу аймақтарының болуы тек қана көміртегі бөлшегі жанғанда орын алмайды, басқа да табиғи отындарға тән құбылыс. Табиғи отындар үшін жеке қабаттың қалыңдығы отын реакцияға түсу қабілетімен анықталады, отынның күлділігі азайса қабаттың қалыңдығы да жіңішкереді.

Жану процесін ұйымдастыру тәсіліне байланысты жану қабатынан инерттік не болмаса жанғыш газдарды алуға болады. Егер отынның жану жылуын жану өнімдерінің физикалық жылуына түрлендіруі көзделсе, онда процесті жұқа қабатта және қышқылдатқышты мол қоспалау арқылы жүзеге асыру қажет. Егер жағу барысында жанғыш газдарды алу көзделсе, онда жағуды өте қалың қабатта және қышқылдатқыштың жеткіліксіз жағдайында ұйымдастыру керек.

Бірінші жағдайда отын жағылады, екінші жағдайда газдалады.

          Отын қабатының қалыңдығы оның кесектерінің өлшемдеріне және ылғалдығына байланысты. Мысалы, қоңыр және тас көмірдің өлшемі 20 мм ұсақ бөлшектерін жаққанда қабат қалыңдығы 50 мм, ал бөлшектердің өлшемі 50 мм –ге жеткенде отын қабаты қалыңдығы 200 мм дейін үлкеюі   тиіс.

           Неғұрлым отын ылғалды болса, соғұрлым отын қабаты қалың болуы тиіс. Сонда отынды жағуға дайындау ұзаққа созылып, оның тұтануы да, жануы да орнықты жүреді.

 

           12.3 Қатты отынды камералық, құйынды және циклондық ошақта жағу тәсілдері. Ошақ камерасының жылутехникалық сипаттамалары

Энергетикалық қазанның ошақ құтысында қатты отын тозаң түрінде жанады, ал құйынды ошақтар мен қайнаған қабаты бар ошақтарда отын майда-майда ұсақ түйіршіктер күйінде жанады.

Көмір тозаңын камералық (алауда) жағу тәсілін газдар ағынының жылдамдығы тозаң түйіршіктерінің қалықтау жылдамдығынан жоғары болғанда, яғни тозаң газ ағынында қалықтап жүргенде қолданады. Газдар ошақтан шығарға дейін оның бойындағы тозаң түйіршіктері жанып үлгереді. Мұндай жануды тозаңның алауда жануы деп атайды (12.3 а суретін қара). Тозаң алауда жанып үлгеруі үшін, оның түйіршіктерінің өлшемі 100-200 мкм  аспауы қажет. Отынды тозаң  күйінде жағу оның ауамен әсерлесу бетін үлкейтеді және ошақ көлеміне тасымалдау мәселесін жеңілдетеді [6].

Сонымен, қазіргі кезде көмір тозаңы ошаққа ауа арқылы тасымалданады, ауаның артықтық еселеуіші α_т = 1,2-1,25 –ға тең болады. Өте ірі қазандарда отын мен ауа шығыны өте басым. Мысалы 300 МВт-тық ірі блокта отын шығыны яғни антрациттік бидай – сағатына 115 тоннаны, ал ауа шығыны сағатына 885000 м³-ты құрайды.

 

а – алауда(камералық) жағу тәсілі; б – циклондық камерада құйындатып жағу тәсілі; в – қайнаған қабатта жағу тәсілі;

1- ошақ камерасы; 2- колосникті тор, 3 – жылу алмастырушы бет.

- газ-ауа ағынының жылдамдығы; - газ-ауа ағынының қабаттағы жылдамдығы.

12.3 сурет– Қатты отынды тозаң күйінде жағу сызбалары

 

         Отынды ошақта құйындатып жағу (12.3 б суретті қара)  тәсілінде алауда жағу тәрізді отын түйіршіктері газ-ауа ағынымен тасымалданады. Алауда жағудан бір айырмашылығы отын түйіршіктері белгілі контур бойымен айналымды қозғалысқа түседі және әбден жанып біткенше осы айналымда болады. Айналымды қозғалыс түйіршіктерді циклондық камераның қабырғасына итермелейтін  ортадан тепкіш күштердің әсерінен жүреді. Циклондық процесте алауда жағумен салыстырғанда түйіршіктердің ошақта болу уақыты ұзағырақ және газ-ауа ағынымен үрлену екпінділігі жоғары, сондықтан  циклондық камерада өлшемі 2-5 мм болатын ірі отын түйіршіктерін жағуға болады.

         Циклондық ошаққа ірі отын түйіршіктерінің жағуға жарамдылығы диірменнніңотындыұнтақтауға қажет энергия шығынын азайтады.

         Циклондық камерада ауа ошаққа тангенстік бұрышпен енеді немесе оттықтар да қабырғада  бұрышпен орналасқан, сондықтан тозаң-ауа ағыншасы ошаққа құйындап кіреді де, одан аса екпінді құйынды алак пайда болады. Циклонда температуралар 1700…1900°С жуықтайды, ал ошақ көлемінің жылулық кернеулері 2…4 МВт/м³ жетеді.

         Отынды қайнаған қабатта жағу тәсілінде (12.3 в суретті қара) 1 - ошақ камерасының 2- торына өлшемдері 1-6 мм  отын түйіршіктері жеткізіледі. Тордың астынан ошаққа   үрлеу жылдамдығы өте жоғары ауа беріледі. Сондықтан тордағы  отын қабатының орнықтылығы бұзылып, қабаттың «қайнауы» байқалады, яғни қабатта орналасқан  түйіршіктердің басым бөлігі тез ілгермелі қозғалыстағы  күйге өтеді. Газ-ауа ағынының қабатты үрлеу жылдамдығы орнықтылық шегінен асып түседі, бірақ қабаттың негізгі массасын құрайтын түйіршіктердің қалқу жылдамдығынан төмен болады. Отынды қайнаған қабатта жағу біраз мәселерді жеңілдетеді: азот және күкірт оксидтерінің шығуын төмендетеді, отынды орнықты жағу және өндіріс қалдықтары мен төмен сұрыпты отындарды жағу мүмкіндігі жоғары.

 Көмір тозаңын жағатын ошақтарды құру, бағалау және бір-бірімен салыстыру үшін ошақтың келесі жылутехникалық сипаттамаларын қолданады:

1) Ошақтың жылулық қуаты ошақ көлемінде бірлік уақытта бөлінген жылу мөлшерін көрсетеді

, МВт ,(12.4)

мұнда  - отын шығыны, кг/с; - отынның төменгі жану жылуы, МДж/кг.

2) Ошақ көлемінің жылулық кернеуі

, МВт/м³  ,                            (12.5)

мұнда - ошақтың көлемі, м³.

         3) Жылу ең көп бөлінетін облыстағы (оттықтарорналасқан тұста) ошақ қимасының жылулық кернеуі

, МВт/м² ,                            (12.6)

мұнда - ошақтың жылу ең көп бөлінетін қимасының ауданы, м²;

және - ошақтың ені және тереңдігі, м.

         4) Ошақтың пайдалы әсер коэффициенті ошақта отынды жағу тиімділігін анықтайды

,                                        (12.7)

мұнда () - отынның химиялық және механикалық кем жануынан болған ошақтық жылу шығындары; - шлакпен шығатын жылу шығыны.

         Отынды жағуға қажет ауа мөлшерін келесі формула анықтайды

, (12.8)

мұнда - қалыпты жағдайға (ну - нормальные условия) келтірілген үрлеу жылдамдығы,  - ауаның теориялық мөлшерден  артық қолданылған мөлшерін көрсететін еселеуіш.

            (12.8) - формуладан   қатынасын анықтап және оны ошақ қимасының жылулық кернеуін анықтайтын (12.6) формулаға енгізсе

,                                      (12.7)

қиманың жылулық кернеуі үрлеу жылдамдығы арқылы анықталатын болады. Көптеген отындар үшін органикалық отынның жану жылуының отынды жағуға қажет ауаның теориялық мөлшеріне қатынасы тұрақты болады және шамамен 3,8МДж/м³  тең. Сондықтан ошақ қимасының немесе жану айнасының жылулық кернеуін келесі түрде  көрсетуге болады

, МВт/м².                               (12.8)      

         Жану айнасының жылулық кернеуін көбейту үшін отынды жағуға қажет артық ауа мөлшерін ең аз қолданып, ал берілген технологияға (ошақта жағу тәсіліне) сәйкес ауамен үрлеу жылдамдығының ең жоғары мүмкін мәнін пайдалану керек.

Жылулық кернеудің ошақ көлеміне және жану айнасына қатысты кепілденген мәндері 12.1 кестеде көрсетілген.

            12.1кесте -  Жылулық кернеудің кепілденген мәндері

 

Камералық ошақта тұтануды үдету үшін ауаның мұндай көлемді мөлшерін бірден ошаққа бермей, оның құрамындағы оттегі реакцияға біртіндеп түсетіндей етіп жібереді. Сондықтан ауа біріншілік және екіншілік деп екі ағынға бөлінеді.

Біріншілік ауа отынды кептіруге және көмір тозаңын ошаққа жеткізуге міндетті. Екіншілік ауаны негізгі оттықтан немесе басқа қосалқы оттықтан өткізуге болады.

Оттықтардан өткен тозаң ауа қоспасы турбуленттік изотермиясыз ағыншалар жүйесін құрайды, ағыншалар ыстық жану өнімдерінің арасына таралады. Ыстық газдар тозаң ауа ағыншаларының ішіне сорылып кіреді де, пайда болған ыстық жанғыш қоспа тұтануға әбден дайын болады. Егер тұтандыру орнықты іске асса, оттық шетінен шығатын конус тәрізді алау ошаққа бағытталады.

 

12.4 Көмір тозаңын жағуға арналған оттықтар: тура ағынды, құйынды. Оттықтарды жіктеу

Көмір тозаңын жағушы оттықтар тозаң мен ауаны оттыққа реттеп енгізу үшін қолданылады. Оттықтарды ошаққа келісті үйлесімдеу және оттықты қолдану арқылы ошақтағы келесі процестерді дұрыс ұйымдастыруға болады: алаудың орнықты жануын, қоспалануды, тозаңның екпінді жануын, бу генераторы беттерінің шлактанбай жұмыс істеуін.

Көмір тозаңын жағу үшін екі түрлі негізгі оттықтар қолданылады: құйынды және тура ағынды.

 

     12.4.1 Құйынды оттықтар.

     Құйынды оттықтардың келесі түрлері бар:

     1) Екі ұлушасы бар, аэроқоспаны және екіншілік ауаны ұлуша тәрізді аппаратта бұрмалайтын және ошаққа құйындатып жіберетін.

Мұндай құйынды немесе турбуленттік оттықтардың бір немесе екі ұлушасы болады.

1- тозаң ауа қоспасы жіберілетін ұлуша; 2- екіншілік ауа ұлушасы; 3,4 – тозаң ауа қоспасы мен екіншілік ауа қозғалатын каналдар; 5 – мазуттық форсунка; 6- ошақ қабырғасы; 7- табиғи газды жіберетін сақиналы канал;

9 – тұтандырғыш.А және Б- тұтану аймағының басы және соңы; В- ошақтық газдар қозғалысының бағыты.

12.4 сурет - Екі ұлушалы құйынды оттықтар

 

12.1-ші а суретте екі ұлушалы құйынды оттық көрсетілген. Кішірек ұлушаға (1) тозаң ауа қоспасы жіберіледі, ал үлкенірек ұлушаға (2) екіншілік ауа кіреді. Екі ағын да бұрмаланып сақина каналдар (3) және (4) арқылы ошаққа бөлек-бөлек шығады. Қазан агрегаты жүктемесі төмендегенде отынды тұтандыру мақсатымен қолданылатын мазут үшін оттықта орталық түтікше (5) орнатылған.

     2) Ұлушасы және қалақшалары бар оттықта аэроқоспа тура ағынды каналмен беріледі, ал екіншілік ауа екі ағынмен кіреді де, аксиалды орналасқан қалақшалар тұсынан өткенде  бұрмаланады. Бұл оттықтың ортаңғы бөлігінде мазутты шашырататын форсунка орнатылған.

Яғни оттық арқылы алдымен мазутты шашыратып беріп, ошақтағы көмір тозаңын алдымен тұтандырып алады.

  

 

1- форсунканың ауа қорабы; 2 – аэрокоспаның ұлушасы; 3 – екі ағынды ауа қорабы; 4- электр тұтандырғыш орнатылған құбыр; 5- мазуттық форсунка құбыры; 6 –ішкі құбыр; 7 – сақтандырғыш қорап; 8- тозаң ауа құбыры; 9 – ажыратушы құбыр; 10 – бекітуші фланец; 11,12 -  регистрлер.

12.5 сурет - Ұлушасы және қалақшалары бар құйынды оттық

 

       3) Тура  ағынды-ұлушалы оттықта аэроқоспа тура ағынды каналмен беріледі де жан-жаққа бөлгіштер (рассекатели) арқылы таралады, ал екіншілік ауаны ұлуша тәрізді аппаратта бұрмаланып, ошаққа құйындап шығады.

1- бөлгіш (рассекатель); 2 – кеңейткіш құбыр; 3 – аэроқоспа (тозаң-ауа қоспасы) берілетін құбыр; 4- ұлуша; 5 – патрубок; 6 – бұрушы механизмі бар шибер; 7 – фланец; 8 – тұтандырғыш орнатылатын тесік

12.6 сурет –Тура ағынды және ұлушасы бар құйынды оттық

 

      Құйынды оттықтардың жылулық қуаты 25....100 МВт аралығында.

           Ең жиі қолданылатын түрлері: екі ұлушалы және ұлушалы-қалақшалы оттықтар. Соңғы аталған оттық 75...100 МВт қуатты қамтамасыз етеді.

           Құйынды оттықтар ошақтық газдарды өзі арқылы өтетін тозаң ауа қоспасына жедел сорып (эжекторлап) алады да, қоспа тез қызып, тұтану температурасына жетеді.

          Отын толық жануы үшін ошаққа үрленіп кіретін аэроқоспа мен екішілік ауаның қозғалу жылдамдықтарын қадағалау қажет. Жылдамдықтарды жоғарылату ағындардың турбуленттік араласуын күшейтеді, бірақ аса жоғары жылдамдықтарда алау оттықтан үзіліп шығуы мүмкін. Көмір тозаңы ыстық ауамен жақсы араласуы үшін олардың ағындарының жылдамдықтары әртүрлі болғаны дұрыс. Мысалы, аэроқоспаның оттықтан шығарда жылдамдығын w₁ = 14…25 м/с тең етіп ұстау қажет, ал екіншілік ауаның жылдамдығы w₂= (1,2…1,4)w₁болғаны дұрыс.

      Құйынды оттықтар  әмбебап және кез келген қатты отын үшін қолданыс табады, бірақ олар ұшпа заттарының мөлшері аз қатты отындарды жағу үшін кеңінен қолданылады.

      Құйынды оттықтар ұзындығы қысқа, бірақ  ашылу бұрышы кең  алау береді, алауда ағындар екпінді араласып, отынның терең жануын қамтамсыз етеді, отынның  90…95% мөлшері алауда жанып үлгереді.

 

     12.4.2 Тура ағынды оттықтар.

Тура ағынды оттықтар антрацит, арық және басқа тас көмір тозаңын жағуға қажет. 12.7 а-суретінде дөңгелек саптамасы бар тура ағынды оттық көрсетілген.

     Мұндай оттықтар арқылы ошаққа табиғи газды да жіберуге болады. Суреттегі 3-ші дөңгелек саптама арқылы тозаң ауа қоспасы, ал 4-ші дөңгелек саптама арқылы екіншілік ауа беріледі, осы саптамаға көршілес орналасқан тар каналдар табиғи газ үшін қолданылады.1 – ші саптаманы табиғи газды жіберу үшін қолданады. 2- тозаң ауа ағынының орталық бөлігінде жанып үлгермеген отын бөлшектерін көрсетеді.

     12.7 б суретте үш вертикаль саңылауы бар тура ағынды оттық көрсетілген. Мұндай оттықтың ортаңғы саңылауы арқылы ошаққа екіншілік ауа өтеді, ал екі шеткі саңылау арқылы біріншілік ауа мен тозаң қоспасы беріледі. Тозаң ауа қоспасы ошаққа өтерде төмен шашырап кетпеуі үшін және қоспалануды тиімді  ету үшін, екі шеткі саңылаудың төменгі бөліктері арқылы да екіншілік ауа беруге болады.

12.5 сурет - Тура ағынды оттықтардың ошақтағы жұмысы және үйлесімі

 

Көмір тозаңы үшін құрастырылған оттықтарда көмір тозаңы алғашқы отынды ұсақтауға және кептіруге қатысқан, температурасы 70-130⁰С болатын біріншілік ауаның көмегімен ошаққа үрленеді. Оттықтан температурасы 250-420⁰С аралығында болатын екіншілік ауа да өтеді. Осы аталған жеке екі ағынның араласуы және жанғыш қоспаның қалыптасуы ошақ көлемінде іске асады. Ошақ құтысының жеке қабырғаларында оттықтардың орналасуы 12.6 - суретте көрсетілген.

а- алғы шепте орналасуы; б - қарама-қарсы бүйір қабырғаларда орналасуы; в-екі шепте орналасуы; г- бұрыштай орналасуы; д– тангенстік бұрышпен орналасуы; е–ошақтөбесінде орналасуы.

12.6 сурет

 

          Оттықтар аксиалды немесе ошақ осімен бұрыштай орналасса ауа ағындары ошақ құтысының тура ортасында қиылысып, оның нәтижесінде жана бастаған тозаңның бір бөлігі жоғары бағытталады да, қалған бөлігі төмен бұрылады, сосын қайтадан жоғары қозғалып, ошаққа алғашқы кірген тұсынан өтеді (12.7 а және в -суреттері).

         Оттықтар тангенстік орналасса (12.7  б және г суреттері), екіншілік ауа ошақ құтысының тура ортасында  ойша орналасқан шеңберге жанамалар бойымен бағытталады және сол тұстағы тозаң бөлшектерінің құйынды қозғалысын туғызады.

 

        12.7 сурет - Тура ағынды саңылаулы оттықтардан ошаққа өткен газдар қозғалысының сүлбелері

 

13 дәріс. Көмір тозаңын жағатын ошақтар

Мақсаты: қатты отынды жағуға құрылған ошақтар құрылысымен танысу, ерекшеліктерін білу.

 Жоспары:

- көмір тозаңын жағатын ошақтардың түрлері және жіктелуі;

     - шлакты қатты күйінде аластаушы ошақ;

- шлакты сұйық  күйінде аластаушы ошақ;

 - көмір тозаңын жаққанда азот тотығы мен күкірт ангидридінің пайда болуы және тотықтардың атмосфераға шығуын төмендететін шаралар.

 

13.1 Көмір тозаңын жағатын ошақтардың түрлері және жіктелуі

Тозаң жағушы ошақ деп барлық қатты отындардың  (көмір, шымтезек немесе тақтатас) майда ұнтақтарын жағуға арналған құрылғыны айтады.

         Қазіргі энергетикалық қазандар ошақтарының бір-бірінен өзгешелігі жұмыс ережесінде және құрылымдық орындалуында. 13.1 суретте көмір тозаңын жағуға арналған ошақтардың атақты ғалымдар Д.М.Хзмалян және Я.А.Каган ұсынған жіктемесі көрсетілген. Жіктеу қазіргі кезде қолданыста бар барлық ошақтарды қамтиды. Жіктемеге сәйкес барлық ошақтар келесі негізгі екі түрге бөлінеді: шлакты қатты және сұйық күйінде аластаушы ошақтар [14].

 

 

13.1 сурет – Тозаң жағушы ошақтардың жіктемесі

 

Отынды алаулатып жағу кезінде ошақ құтысында артық отын қорын жасаудың қажеті жоқ. Ошақ көлемі 4-8 мың м³ –ды құрайтын ірі және қуатты бу қазандарында бір мезгілде ошаққа берілетін тозаң мөлшері 10 кг-нан аспайды. Бу өндіруді үздіксіз іске асыру үшін ошаққа тозаң мен ауа да үздіксіз берілуі қажет. Сонымен қатар, жану өнімдері, шлак, күл үздіксіз ошақтан аласталып отыруы қажет.

 

13.2 Шлакты қатты күйінде аластаушы ошақ

Көмір тозаңын жағатын ошақ тік бұрышты құтыға ұқсас(13.2-ші суретті қара). Құтының ішіндегі отын жанғанда пайда болатын алау, оның бүкіл көлеміне таралып, әрбір оттықтан берілген көмір тозаңы алауда жанатын болады. Көмір тозаңын жағатын оттықтар шлак пен күлді аластау тәсіліне байланысты қатты және сұйық шлак аластаушы деп екіге бөлінеді.

     Шлакты қатты күйінде аластаушы ошақтағы температуралар өрісі 13.1 суретте бейнеленген изотермалармен сипатталады. Ең жоғары температура  алау ядросында ошақтың орта тұсында, оттықтар орналасқан

деңгейде байқалады. Осы деңгейден алысырақ жерлерде ошақтық экрандарға үнемі жылу беріліп тұрғасын, температурасы төмен изотермалар

орныққан. Мұндай ошақтардың бір ерекшелігі төменгі бөлігінде суық ағызғышы (воронкасы) болады. Ағызғышты құру үшін фронттық және артқы экрандарды (50…60°) бұрышқа иіп b' = 1,0…1,2 м аралыққа дейін жақындатады.

Қатты шлак аластаушы ошақтарда шлактың ірі бөлшектері ошақтың ең түбіне (ағызғышқа) құлайды да, оның төмен бағытталған және салқындатылатын сүйір жақтарымен қозғала отырып шлак шахтасына түседі. Осы жерде олар  суық су ағыншаларымен атқыланып салқындайды. Балқыған шлак тамшылары қатты күйге су ағыншаларында қалықтаған күйде өтеді.

 

 

 

1-ошақтың  салқын түбі (ағызғыш); 2– суы бар шлак ваннасы; 3- гидро күл ұстау каналы; 4- көмір тозаңы оттығы; 5-қабырғадағы экрандар, 6 – алау ядросы; 7 – шнекті шлак аластаушы механизм; в – электрқозғалтқыш.

13.2 сурет - Шлакты қатты күйінде аластаушы ошақ

 

Ошақтық процестер дұрыс ұйымдастырылса, жол бойында шлак бөлшектері суып, ошақтан гранула күйінде шығады. Күлдің негізгі бөлігі ошақтан 5-10 м/с жылдамдықпен шығатын газдарға ілеседі. Ошақтан түтін газдарымен бірге шыққан күл мөлшері барлық күлдің 85-90% құрайды.Ал ошақтың салқын түбі арқылы сырғып шыққан кесек күл мөлшері шамалы және барлық күлдің 10-15% құрайды.

 

13.3 Шлакты сұйық күйінде аластаушы ошақ

Шлакты сұйық күйінде аластаушы ошақтарда алау ядросы ошақтың түбіне өте жақын болады. Шлак ошақтың түбіне үнемі балқыған күйінде өтеді. Көптеген отындар үшін шлактың балқу температурасы 1200-1500⁰С қа жуық. Ошақтың төменгі бөлігін жылулық оқшаулау арқылы алау температурасын 1600-1800⁰С қа дейін көтеруге болады. Жылулық оқшаулау үшін экрандардың төменгі бөліктерін отқа өте төзімді материалдармен қалайды. Ошақтың түбінде сұйық шлак ваннасы пайда болады. Қабырғаға жабысқан шлак тамшылары сырғып осы ваннаға құйылады. Ваннадан сұйық шлак ағызғыш арқылы шығады. Мұндай ошақтарда шлактың 20...30%  шлак ағызғыш арқылы кетеді, ал арнайы сұйық шлак ағызушы құрылмалары бар оттықтарда күлдің 80-90% осы шлак ағызушы түбі арқылы аласталады. Ошақтан оның ағызғышы арқылы ағып шыққан шлак, суық су ваннасы бар қорапқа өтіп жинақталады.

13.2  суреттен ошақтың екі  бүйір беті қыналғаны көрінеді. Қынамадан жоғары ошақтың салқындаушы камера деп аталатын бөлігі басталады. Бұл арада температураның өрлеуіне ошақтың қынамасы жол бермейді. Қынама  ашық экрандар бар ошақтың жоғарғы бөлігіне радиация арқылы жылуберуді азайтады. Сондықтан ашық экрандардың температурасы төмен болады да, олар шлактанбайды.

 

1- жану камерасы; 2 – ошақ камерасының түбі; 3 – шлакты ағызу; 4  – салқындаушы камера; 5 – құбыр; 6 – құбырға пісірілген тікендер(шипы до их покрытия обмазкой); 7–құбырлардың отқа төзімді сылағы (футеровка по шипам)

13.3 сурет - Сұйық шлак аластаушы ошақ: а – ошақтың жалпы көрінісі; б – футерленген экранның көрінісі

 

         _{Көмір тозаңын жағатын ошақтың қабырғалары шлактанбауы үшін ошақ көлемінің аэродинамикасына көп көңіл бөлу қажет. Қабырғалық экрандар маңындағы газдардың температурасы күлдің  tA температурасынан жоғарыламауы тиіс. Күлдің tA температурасында оның түйіршіктері жабысқақ күйге өтіп, қабырғаларға жабысып, оны шлактап тастайды.}

_{Қабырғаларды қорғау үшін ошақ  жағынан экрандық құбырларға (диаметрі 10 мм және ұзындығы 15...18 мм) тікендерді пісіріп қосады да, оқшаулағыш қабаттан тұратын  сылақпен жабады. Осындай қорғанысы бар қабырғалық экранды футерленген деп атайды.}

 

13.2 Көмір тозаңын жаққанда азот тотығы мен күкірт ангидридінің пайда болуы және тотықтардың атмосфераға шығуын төмендететін шаралар

13.2.1  Қатты отын жануынан азот тотықтарының пайда болуы.

Қатты отынды жағу кезінде алау әбден қалыптасып үлгергенше, құрамында азоты бар ұшпа заттардың молекулалары термиялық ыдырауға ұшырайды. Сол кезде келесі радикалдар пайда болады: CN, HCN(синилдік қышқыл), NH, NH₂ және т.б. Олар тотығу реакцияларына отынның құрамындағы азоттан жылдамырақ түседі. Реакцияның соңғы өнімі ретінде NO пайда болады. Жану процесінде пайда болатын азот тотықтарының ішінде радикалдар туғызған NO –тотықтарын «отындық» деп атайды. Себебі азот оксидтері ошаққа берілген ауадан да пайда болуы мүмкін.

«Отындық» азот оксидін термиялық деп те атайды, себебі ол өте жоғары температурада t≥1700⁰C пайда болады.

Жану өнімдерімен атмосфераға шығатын  азот диоксиді  NO₂ – зиянды зат. Ол тірі организмнің тыныс алу органдарының қабынуына әкеп соғады.

Атмосфераға шығатын барлық азот оксидтерінің 40% - ы органикалық отын жағатын ЖЭС  үлесіне тиеді. Азот оксиді тек қана бу генераторы ошағында пайда болады (85-99 %). Мұржадан шыққан азот оксидтері салқындаған сайын ыдырауы нашарлап, жылдамдығы төмедеп азот диоксидіне айналады. Азот диоксиді табиғатқа келесі зиянды әсерлерін тигізеді:

а)  атмосферада   NO₂ түтін тұманының пайда болуын тездетеді;

     ә) табиғатта NO₂  қатысуымен азот қышқылы пайда болады

4 NO₂ + О₂ +2Н₂О=4HNO₃,

 әрі қарай азот қышқылы топырақтағы тұздармен әсерлесіп нитраттарға айналады;

         б) табиғаттың басқа айналымдарында – органикалық заттар ыдыраған кезде құрамында азоты бар молекулалар аммиакқа айналады NO₂ → NO_.3. 

Азот оксидтерінің атмосфераға шығуын азайтудың бірнеше   

практикалық жолдары бар. Іс жүзінде келесі шараларды қолдануға болады:

         1)Жану аймағында пайда болған жану өнімдерін кері айналымға ( рециркуляция) түсіртіп беру.

2) Отынды екі сатылап жағу. Бірінші сатысында – негізгі оттықтарға

екіншілік ауаның бір бөлігін ғана береді. Басқа бөлігі қосалқы оттықтарға беріледі, олар негізгі оттықтардан жоғары орналасады. Мұндай жағдайда жану аймағы созылып, жанудың максимал температурасының мәні және оттегінің қоспадағы үлесі азаяды.

         3)Жану аймағының максимал температурасы бар бөлігіне су бүрку.

Аталған шаралардың барлығы тек қана «ауалық» азоттың шығуын     төмендетіп, «отындық» азоттың шығуына аз ғана әсерін тигізеді. Соңғы кезде осы мәселе қарқынды зерттелуде, бірақ алынған нәтижелер мәз емес. Аталған шаралардың барлығы қондырғының жұмыс тиімділігін төмендетеді.Яғни қазан қондырғысының брутто ПӘК-і төмендеп, химиялық және механикалық кем жану жылу шығындары жоғарылайды.

         Отындық азот оксиді шығуының төмендеуі керісінше синилдік қышқылСН, HCN шығуын жоғарылатады. Жану процесі кезінде күкірт оксидтері, бензопирен, көмірсутектік радикалдар сияқты басқа да зиянды заттар бөлінеді. Тіптен жанып бітпеген көмірсутектердің өздері және негізгі жану өнімі СО₂ – бүкіл әлемдік жылылық факторы болып саналады, олар табиғаттық төтенше жағдайларға әкеледі.  

 

13.2.2  Қатты отын жануынан күкірт ангидридінің пайда болуы.

Қатты және сұйық отын құрамында күкірт қоспалары кездеседі. Кейбір қазынды көмірлерде 5 % -ға жуық күкірт болады. Күкірті бар қосылыста оттегімен әсерлескенде күкірт тотықтары пайда болады: SO₃ – триоксидікүкірт диоксиді SO₂     - тотығуынан пайда болады. Жану өнімдерінің құрамында үнемі су буы болғандықтан, күкірт триоксиді онымен әсерлесіп күкірт қышқылы Н₂SO₄  пайда болады. Ол су буларының қанығу температурасын(шық нүктесін) күрт жоғарылатады және ауа қыздырғыштыңтүтіктерінде күкірт қышқылының жұқа көбіктерінің түзілуіне әсерін тигізеді. Ол көбік металл түтіктерді коррозияға ұшыратады.Күкірт қосылыстарын қазаннан аластау үшін, шығар газдар температураларын шық нүктесіне сәйкес температурадан жоғары етіп ұстау қажет.

  

Әдебиеттер тізімі 

1. Абильдинова С.К. Отын жануының арнаулы сұрақтары. Дәрістер конспектісі -Алматы, АЭЖБИ;2007.

2. Энергияны үнемдеу және энергияның тиімділігін арттыру туралы Қазақстан республикасының заңы.Энергетика журналы, №1(40)ақпан 2012 ж.

3. Хзмалян Д.Я., Каган Я.Н., Теория горения и топочные устройства.-М.: Энергия, 1978. -264с.

4.   Хзмалян Д.Я., Теория топочных процессов. -М.: Энергоатомиздат, 1980.- 351 с.

5.   Основы практической теории горения / Под ред. Померанцева В.В.Л.: Энергия, 1973.-264с.

6. Блинов Е.А. Топливо и теория горения. Учебное пособие. – СПб.: Изд-во СЗТУ, 2007. - 119 с.

7. Мунц В.А., Павлюк Е.Ю. Основы теории горения топлив.Учебное пособие -Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. 102 с.

8. Акмен Р.Г. Топливо, основы теории горения, топочные устройства/ Конспект лекций - Харьков.:НТУ»ХПИ» 2005.- 68 с.

9. Нұрекен Е. Қазандық қондырғылар мен бу өндіргіштердің істеу қағидасы, құрылмасы және жылулық есептеу. Оқу құралы. - Алматы: АЭжБИ, 2001.      - 78 б.

10. Бельский А.П., Лакомкин В.Ю.  Специальные вопросы тепломассообмена в энергетических и теплотехнологических процессах и установках. Электронное учебное пособие- Санкт-Петербург, 2011. – 66 с.

11. Лебедев Б.В., Карякин С.К.. Технология сжигания органических топлив.Изд-во Томского Политехнического Университета, 2012. - 148 с.

12. Бузников Е.Ф., Роддатис К.Ф., Берзиньш Э.Я. Производственные и отопительные котельные. - М.: Энергоатомиздат, 1984.-248 с.

13.Чокин Ш.Ч., Сартаев Т.Ст, Шкрет А.Ф. Энергетика и электрификация Казахстана.- Алматы, 1990.-336с.

14.  Белосельский Б.С., Соляков В.К. Энергетическое топливо. – М.: Энергия, 1980.

 

Мазмұны 

Кіріспе                                                                                                               3

1 дәріс. Кіріспе. ҚР энергия көздерінің отын балансындағы органика-

лық отынның алатын орыны                                                                           4

2 дәріс. Органикалық отын түрлері мен оның құрамы                                 8

3 дәріс. Жану теориясының негізгі сұрақтары                                              17

4 дәріс. Қазандық қондырғының жылулық теңестігі                                    23

5 дәріс. Жану теориясының элементтері және отынды жағуды ұйым-дастыру                                                                                                       28

6 дәріс. Жану кинетикасы                                                                                35

7 дәріс.  Газдық ортада жалынның таралуы                                                   37

8 дәріс.  Газдық отынды жағу ерекшеліктері                                                 42

9 дәріс. Газды жағуды үдетудің негізгі тәсілдері                                           50

10 дәріс. Сұйық отынның қасиеттері, жану ерекшеліктері                           57

11 дәріс. Сұйық отынды жағу ерекшеліктері(жалғасы). Сұйықотын-

ды жағуға арналған форсункалар                                                                     60

12 дәріс. Қатты отынды жағу ерекшеліктері                                                   67

13 дәріс. Көмір тозаңын жағатын ошақтар                                                      81

Әдебиеттер тізімі                                                                                                86