АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС ИНСТИТУТЫ

 Өнеркәсіптік жылуэнергетика кафедрасы

 

 

ОТЫН ЖАНУЫНЫҢ АРНАУЛЫ СҰРАҚТАРЫ

050717 – Жылуэнергетика мамандықтары бакалавриатының студенттері үшін

дәрістер конспектісі

 

Алматы 2007

 

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-лар мен қазандықтар үшін қатты отынды дайындау технологиясы автордың «ЖЭС және өнеркәсіптік кәсіпорындардағы отын технологиясы. Дәрістер конспектісі» атты /1/ қолжазбасында 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 –  әр түрлі отындармен жұмыс істейтін қазан қондырғылары үшін отынды дұрыс жағуды ұйымдастыру, ошақ құтысының ерекшеліктерін ескеріп, оттықтарды іріктеу.

           Курстың міндеттері - әр түрлі 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 жануының арнаулы сұрақтары" пәні студенттердің Физика, Химия, Жадығаттану, Техникалық термодинамика, Сұйықтар мен газдар механикасы, Жылумаңызалмасу, Қазан қондырғылары мен бу генераторлары курстарында алған білімдеріне және дағдыларына негізделген.

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

Жоспары:

- пәннің басқа мамандық пәндерімен байланысы, пәннің мазмұны;

- отынды дайындаудың, органикалық отынды жағуды ұйымдастырудың отын  ресурстарын үнемдеуге, бу газдарының шығуын төмендетуге ықпалы;

- энергияны үнемдеуші шаралар, энергияны үнемдеудің бар ресурстары.

           1.1 Отынды дайындаудың, органикалық отынды жағуды ұйымдастыруға, отын ресурстарын үнемдеуге, бу газдарының шығуын төмендетуге ықпалы

           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 көмір Канск-Ачинск, Қазақстанда Екібастұз көмірі болып саналады. Бұл көмірлерді бұрын ойластырылған ошақ құрылымдарында жағу кезінде көптеген қиындықтардың беті ашылды.

Канск-Ачинск көмірі де, Екібастұз көмірі де тас көмірдің кокс қалдығы нашар піскен СС маркасына жатады. Оларды жағу кезінде қазанның конвекциялық қызу беттері шлактанып, шлак қатайып түтіктер бетіне жабысып қалған. Ал Екібастұз көмірі сонымен қатар ауамен қоспаланғанда жану реакцияларына түсу қабілеті өте  төмен болып шықты.Мұндай қиындықтар қазанның жұмысына яғни бу өнімділігіне 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 болғызбау үшін) әдістерін ойластыру;

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

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

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

         70-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 ҚР Министрлер кабинеті энергияны сақтау жөніндегі ұлттық бағдарламаны қабылдады. 1997 жылы ҚР-ның энергияны сақтау туралы 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.

        Келесі кестедегі мәліметтер өндіру барысында энергияны өте көп қажет ететін, жеке өнімге шығындалған энергетикалық ресурстарды әртүрлі мемлекеттерде салыстыруға мүмкіндік береді.

               1.1 Кесте -  ІЖӨ меншікті энергия сыйымдылығы    

Мемлекет

Ішкі жалпы өнімнің меншікті энергия сыйымдылығы, кВт сағ/долл

Жапония

0,17

Франция

0,25

Англия

0,27

Түркия

0,37

АҚШ

0,44

Канада

0,8

Беларусь

1,5

Ресей

2,47

Қазақстан

3,34

Әзербайжан

4,5


            2 Дәріс. Отын түрлері мен оның құрамы

Жоспары:

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

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

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

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

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

 

,.  (2.1)

 

 2.2   Қатты отын және оның негізгі сипаттамалары.

               Қатты отынды топтарға бөлу

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

      1. Жану жылуы, отынның жылу бөлу қабілеттігі. Отынның жану жылуы оны тасымалдау мүмкіндігін анықтайды.

      2. Ыстық өнімділігі- 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.Жаропроизводительность

      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 өнімділігі азаяды.

       4. Ұшпа заттар мөлшері . Отынды жанғанда, алдымен қызады. Сол кезде оның бойынан алдымен су буы, соңынан ұшпа заттар қоспасы(жанғыш газдар СО,Н2, СН4, СmHn 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 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

                                                              (2.2)

     отынның жұмыс массасында

                                                   (2.3 )

      отын қолданушыға қандай күйде жеткізілсе, сондай күйде болады.

                Аналитикалық массасында – отын ұсақталған және зертхана

      жағдайында сақтағанда, ылғалдығы енді өзгермейтіндей болып кептірілген 

                                                                        (2.4)

 Құрғақ масса- отынның ылғалдығынан басқа құрамаларының     қосындысына тең

               .                              (2.5)

     Күлділіксіз масса – минералдық қоспадан басқа құрамаларының қосындысына тең 

                                                           (2.6)

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

                      .                                        (2.7)

   Жылу электр станциясының қатты отындарына көмір және оны өңдеу барысындағы өнімдер, жанғыш тақтатастар және торф жатады. Тас көмірдің күлділігі =5-15%, ылғалдығы және төменгі жану жылуы =23-27,33 МДж/кг. ТМД елдерінде тас көмірлерді мемлекеттік стандартқа сәйкес келесі топтарға бөледі.  

  2.1 Кесте - Тас көмірлерді топтау 

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


(топтау ұшпа заттар мөлшері мен кокс қалдығының сипатына негізделген).

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

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

2.2 Кесте - Қоңыр көмірлерді топтау 

Көмірдің маркасы

Жұмыс массадағы ылғалдық мөлшері, %

Б1

40- жоғары

Б2

30-40

Б3

30-дан кем

2.3 Қатты отынның негізгі жылутехникалық қасиеттері

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 (сорттарға) бөлінеді

      2.3 Кесте - Қатты отынды өлшемдері бойынша топтау 

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

 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

                                                                                                 (2.7)

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.

                            .                                              (2.8)

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.

           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.

         2.4 Сұйық  отын және оның негізгі сипаттамалары. Сұйық отынды топтарға бөлу

          Сұйық отын ретінде шикі мұнайдан шығатын 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.

      3 дәріс. Жану теориясының негізгі сұрақтары

Жоспары:

- отынның жануы;

- қышқылдатқыш;

- жанудың заттық және жылулық теңестігі;

- жануға қажетті ауаның  және жану өнімдерінің көлемдері;

- ауа артықтығын анықтау. Ауаның және жану өнімдерінің қажыры.

 3.1 Отынның жануы. Қышқылдатқыш. Жанудың материалдық және жылулық теңестігі

          Қазан қондырғыларының ошақ құрылымдарында органикалық отынды

жағу 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.

          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. Бу генераторларының ошақтарын таза оттегімен үрлеу экономикалық тұрғыдан тиімсіз.

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

         Алғашқы заттар химиялық қосылыстарға еніп жаңа өнімдер туғызады, олардың мөлшері Дальтон заңына сәйкес стехиометриялық қатынастармен анықталады. Дальтон заңына сәйкес отынның жанғыш элементтері оттегімен әсерлескенде реакцияға белгілі мөлшердегі өзара қатынаста түседі.

         Жану процесінің материалдық теңестігін көрсету үшін қазан қондырғысының келесі жалпы көрінісін қолданады.

         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.

 


           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 Жануға қажетті ауаның  және жану өнімдерінің көлемдері. Ауа артықтығын анықтау

        Қатты және сұйық отынның жаңғыш 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.

           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

2 + 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

 .                             (3.2)

         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

          (3.3)

немесе ықшамдалғаннан кейін

          .                             (3.4)

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

           .         (3.5)

           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

 .                       (3.6)

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

 (3.7)

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

                              .                                           (3.8)

1 кг көміртегі жанғанда 1,866 м3 СО2, ал 1 кг күкірт жанғанда 0,7 м3 SO2  түзіледі. Яғни сұйық және қатты отындар үшін үш атомды газдар көлемі

                                                        (3.9)

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

                                  .                                          (3.10)

        Жану өнімдеріндегі су буының теориялық көлемі жалпы жағдайда келесі теңдеуден анықталады

                                    (3.11)

         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

                                     .                                                  (3.12)

Жану өнімдерініңғ жалпы қосынды теориялық көлемі

                               .                                                    (3.13)

           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

                            ,                                               (3.14)     

                         ,                                            (3.15)

                         .                                                            (3.16)

Жоғарыда көрсетілген формулалар көмегімен жану заттарының көлемін

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

              4 дәріс. Қазандық қондырғының жылулық теңестігі

Жоспары:

- отынды тиімді пайдалану;

- жылулық теңестік;

- 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

                                                                                            (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.

               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.

              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 және жылу шығындарына жіктелуі қондырғының жылулық теңестігінен көрінеді.

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 

 әкеген 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 

     қажеті ауа мөлшеріне қатынасы;

              - қондырғыға кіретін ыстық ауа мен салқын ауа қажырлары.

          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

                                           (4.4)

мұнда  - отын шығыны, кг/с.

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

                                                                  (4.5)

          мұнда  qc.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

                .                          (4.6)
            - 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 теңдеуден қазан қондырғысында жағылатын сағаттық отын шығынын да анықтауға болады 

                                      .                           (4.7)

           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

                                          .                      (4.8)       

             5 дәріс. Жану теориясының элементтері және отынды жағуды ұйымдастыру

Жоспары:

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

- тепе-теңдіктің температураға және қысымға тәуелділігі;

- жанудың кинетикалық тұрақтылары, әрекеттесуші массалар заңы;

- химиялық реакциялар жылдамдығының температураға тәуелділігі;

          - Аррениус заңы.  

          5.1 Жанудың химиялық реакциялары кинетикасы және  химиялық реакцияларының тепе-теңдігі. Тепе-теңдіктің температураға және қысымға тәуелділігі  

      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 берілетін

турбуленттік 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:- реакцияға түсетін заттардың химиялық символдары, - стехиометриялық коэффициенттер, олар реакцияға түсетін заттардың мөлшерін (мольдер санын ) көрсетеді.

          Реакциялар басталған кезде алғашқы заттар () мөлшері азая бастайды, себебі тіке реакция жылдамдығы кемиді, ал кері реакциялар жылдамдығы артады, себебі тіке реакция өнімдері () көбейеді. Бір уақытта тіке 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.

         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, оның 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. Гомогендік тура реакцияның жылдамдығы келесі формуламен анықталады    ,  ал кері реакцияның жылдамдығы   . Реакциялар тепе-теңдігі орындалуы үшін  , немесе      . Осыдан реакцияның тепе-теңдік тұрақтысын анықтайды   

                                                                                     (5.1)

          мұнда - пропорционалдық коэффициенттері.

Тепе-теңдіктіңі изохоралық процесте температураға тәуелдігін келесі формула айқындайды:

 

          реакция нәтижесінде бөлінген немесе жұтылған жылу мөлшері. Осыдан изохоралық процесте - 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.

                           ,                                           (5.2)

          мұнда   - қоспаға кіретін жеке газдардың парциал қысымдары. 

Тепе-теңдікті изобаралық процесте температураға тәуелдігін келесі формула айқындайды

         реакция нәтижесінде бөлінген неиесе 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. 

    5.2 Химиялық реакциялар жылдамдығының температураға тәуелділігі.    Аррениус заңы

  Бұл тәуелділікті Аррениус тәжірибеден анықтады және заң түрінде келесі экспоненталдық тәуелділікпен өрнектеді

                                                                                                        (5.3)

         мұнда    -  экспонент алдындағы көбейткіш;

                   - екпінділік(активтендіру) энергиясы, Дж/моль;

                  газдың әмбебап тұрақтысы;

                 - толық температура абсолют тік температура, К;

          және  кинетикалық тұрақтылар деп аталады, олар отынның реакцияға түсу қасиеттерін анықтайды және тәжірибеден табылады;

           - тұрақтысының өлшем бірлігі реакция ретімен анықталады.

          5.1-ші суретте реакция тұрақтысы -ның температураға тәуелділігі көрсетілген.

 


         5.1 Сурет                               5.2 Сурет

      5.1 - cуреттегі тәуелділікті анықтайтын Аррениус формуласы

                                                   (5.4)          

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

         5.1 – ші 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 екпінді деп атайды.Температура жоғарылаған сайын екпінді молекулалар саны көбейеді.

         Екпінді молекулалар кәдімгі молекулалардан ешқандай химиялыз өзгеріссіз пайда болады. Жеке молекуланың энергиясының өзгеруін активтену процесі, ал екпінді молекула пайда болуы барысында жұтылған энергияны активтену жылуы деп атайды. Екпінді молекулалар мен кәдімгі молекулалар арасында тепе-теңдік сақталады, тепе-теңдік тұрақтысы температураға аса тәуелді.  

          (5.3) - ші 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 – суретте молекулалардың реакцияға түсу және екпінді күйге өтуі кезінде энергиясының өзгеруі бейнеленген.

         Екпінді 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.

                6 дәріс. Жану кинетикасы

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 +O= SO2.

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

     Мысалы бу өндірулігі  Dn = 2650 т/сағ, жалпы қуаты  W = 800 МВт энергоблокта, отын шығыны  Bp = 128 кг/с болатын Березовск көмірі жағылады. Отынды жағуға қажет теориялық ауа көлемі V0 = 555 м2 . 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  Wр, Sp, Np, 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

                                                                  (6.1)

    мұндағы Q – реакция жылуы,кДж/моль;

    Q- берілген жанғыш қоспаның қажыры, кДж/моль;

    Qг  -  жану өнімдерінің қажыры, кДж/моль;

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

    Qд - 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 жылу сыйымдылықтарына 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

Жоспары: 

- жалынның газдық ағында таралуы;

- газдық  жалынының нормалдық және массалық таралу               

жылдамдықтары;

- аудандар заңы.  

7.1 Жалынның газдық ағында таралуы.

Газ ауа қоспасын тұтандыру үшін оны бір ғана нүктеден сыртқы тұтандыру көзінің(қатты ысыған дене немесе от ұшқындары) көмегімен локальды қыздыру керек.  Осы жерде қоспаның тұтануынан бөлінген жылу басқа газ қабаттарына беріліп, олардың тізбекті тұтануына әкеледі. Жалынның мұндай таралуын жылулық деп атайды.

Жалынның тыныш газда немесе ламинарлық қозғалыстағы газ ағынында, не болмаса турбуленттік қозғалыста таралуына байланысты жалынның нормалдық және турбуленттік таралуын қарастырады.

Жалын нормалдық таралғанда химиялық реакциялар алғашқы жанбаған қоспаны жану өнімдерінен бөліп тұратын өте жұқа аймақта өтетінін тәжірибелер көрсетеді. Осы жұқа аймақты жалын деп атайды. Жалын шебі өте жұқа болады. Газдар жылуды өте нашар өткізетіндіктен жалынның нормалдық таралуы баяу жүреді.

Жалынның қозғалған ағында орын ауыстыруын қарастырайық. Егер жалын газ ағынымен бірге қозғалса, оның орын ауыстыруы тездетіледі.

          Егер жалын газ ағынына қарама-қарсы қозғалса, оның орын ауыстыруы

баяулайды.

Жалын орын ауыстыруының қортқы жылдамдығы қозғалмайтын координаталар жүйесіне қарасты жалын шебіне түсірілген нормаль бойымен бағытталған (7.1-сурет) және келесі формуламен анықталады

                                          .                                                 (7.1)

     Бұл формулада  - қарастырылған нүктеде қоспа қозғалысы жылдамдығы нормалға проекциясы;  - газдар жылдамдығы мен жалын бетіне тұрғызылған нормаль арасындағы бұрыш.

Жалын шебінің тұрақтылығын ()

                                                                                               (7.2)

теңдігі көрсетеді. Тұрақты(стационарлық) жалын деп газ ағынына қарама-қарсы қозғалатын және нормалдық таралу жылдамдығы газ жылдамдығының жалын шебіне тұрғызылған нормалға проекциясына тең жалынды айтады. Сонда жалын шебінің бірлік элементін динамикалық теп-теңдікте және кеңістікте тыныштықта болады деп қарастыруға болады. (7.1) теңдеуін (7.2) теңдеуіне қойып,  бұрышын анықтауға болады

                                                                                        (7.3)

ол ағын қозғалысына қарасты жалын шебі элементінің орналасуын анықтайды.

 

                               

          7.1 Сурет. Жалын таралуының нормалдық жылдамдығын

          Михельсонның конустар тәсілімен анықтау.

7.2 Газдық  жалынның нормалдық және массалық таралу жылдамдықтары

Жалында өтетін химиялық реакцияның ең негізгі сипаттамасы болып жалын таралуының  нормалдық жылдамдығы саналады. , см/с - пен өлшенетін, жалын шебінің кішкене элементінің алғашқы таза қоспаға қарасты орын ауыстыруының сызықтық жылдамдығы. Ол берілген нүктеде жалын шебіне түсірілген нормаль бойымен бағытталады.

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 жылдамдығы  қоспа тығыздығы  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.

 7.3 Аудандар заңы

 Мысал ретінде жалынның горизонтал орналасқан құбырда қозғалуын қарастырайық. Тәжірибелер көрсетуі бойынша, горизонталь құбырда жалын шебі құбыр осіне симметриялы орналаспайды. Оны 7.2-суреттен көруге болады. Жану аймағы тығыздығы төмен жану өнімдерінен тығыздығы жоғары алғашқы таза қоспаны ажыратып тұрады. Таза қоспа тығыздығы жоғары болғандықтан салмағы ауыр, құбырдың астыңғы тұсында ағады, ал жеңіл жану өнімдері  он үстінгі тұстарына жылжиды.

            7.2 Сурет. Жалынның горизонталь құбырда 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 .                     

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

.

Аудандар заңын жалын шебі элементіне қолданып келесі теңдеуді алуға болады

                                             (7.8)

 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  жалын шебі 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

Жоспары:

- газды жағу;

- біртекті газ қоспасының ламинарлық жануы;

- газдық оттықтар түрлері, газдық оттықтарды топтау және оттықтарда  

қоспалануды ұйымдастыру.

8.1 Газды жағу

 Газды жағу ошақ құтысында 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 бөлек-бөлек 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. Қоспа ның ламинарлық қозғалысы кезінде оның жылдамдықтары оттықта парабола бойымен бағытталады

 =0,5.

         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-сурет), 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

                                                                                       (8.1)

мұнда - дөңгелек оттық радиусы.

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

                                                    .                                            (8.2)

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.

 Жалын шебі орнықты орналасады, конустық бет құрайтын шептің әрбір нүктесінде газ ағыны жылдамдығының нормалдық құраушысы  жалын таралуының  нормалдық жылдамдығына тең

                                        .                                         (8.3)

8.3 Газдық оттықтар түрлері, газдық оттықтарды топтау және оттықтарда қоспалануды ұйымдастыру

Газдық оттықтардың топталуын қарастырайық. Оттықтарды топтау газдың ауамен араласуына негізделген. Араласуды 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 араластырушы.

Газдық оттықтарды  газ қысымына байланысты топтауға 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. 

8.3.1 Диффузиялық оттықтар. 

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

            8.2 Сурет - Біртекті диффузиялық оттық 

Диффузиялық газ оттығы шамот кірпішінен қаланған тік ошақ қуысында орналасады.  

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.

Инжекциялық оттықтың негізгі сипаттамасы инжекция еселеуіші

                                                                                                  (8.4) 

         мұнда  - сорылған біріншілік ауа үлесі. Сорылған біріншілік ауа үлесі  болуы мүмкін. Тіпті кейбір инжекциялық оттықтар ауамен алдын-ала араласуды іске асырады.

Екіншілдік ауа үлесі ауаның ошақтағы ауаның жалпы артықтық еселеуіші мәнімен анықталады 

                                         .                                                (8.5)

Газдың химиялық толық жануын қамтамасыз ету үшін ошақтағы - әрине бірден үлкен болуы керек.  нм3/сағ көлеміндегі табиғи газды жағу үшін қажет толық екіншілік ауа көлемі

                                                                               (8.6)

мұнда    - 1 нм3 газды жағуға қажет теориялық ауа көлемі,= 9,52 нм3

           8.3 Сурет - Инжекциялық оттық 

          8.3.2 Араластырушы оттықтар. 

          Мұндай оттықтар газды кинетикалық (қозғалыста) жағу ережесімен     жұмыс істейді. Оттықты ошақтың көлемдік жылулық кернеуі (10÷40)103 кВт/м3  және қималық жылулық кернеуі (50÷80)103 кВт/м2  жоғары болғанда

қолданады.   Оны қолдану ошақтағы химиялық кем жануды азайтады және қысқа   жалынды жарқыраған алауды береді.  

 

8.4 Сурет - Араластырушы оттық 

Бір-біріне қарама-қарсы берілген газ бен ауаның қоспалануы араластырғышта іске асады. Газ саптамалар арқылы беріледі, ал ауа саңылаулар арқылы беріледі.

Саңылаудың ашылуын шибер арқылы реттейді. Араластырғыш туннель тәрізді ұзын құбыршалардан тұрады. Араласқан қоспа ошаққа осы құбыршалар арқылы беріледі. 

9 дәріс. Газды жағуды үдетудің негізгі тәсілдері

            Жоспары:

-                біртекті газ қоспасының турбуленттік жануы;

-      газмазуттық оттықтар;

-      газмазуттық ошақтар;

-      газмазуттық ошақтар мен оттықтар үйлесімі. 

9.1 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 9.1 – 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 АД 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 9.1 – 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.                          

 

 

 

 

 

 

9.1-сурет.

             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. 

9.2  Газмазуттық оттықтар. Газмазуттық ошақтар. Газмазуттық ошақтар мен оттықтар үйлесімі 

Газмазуттық ошақтар газ бен мазутты жағуға арналған. Газ мазуттық ошақтарды төменгі бөлігінде арнайы түбі бар параллелипед пішінінде жасайды. Барлық қабырғалары мен түбі өте тығыз экрандалған, яғни түтіктер жүйесі орнатылған, түтіктерде 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.

Қоспалануды жақсарту үшін газдық отын, ал мазутты жаққанда – мазут пен барлық ауа ошаққа оттық арқылы кіреді. Бу генераторымен үйлесіміне байланысты оттықтар жануды тұрақтандыру, оны аэродинамикалық және жылулық тұрғыдан ұйымдастыру үшін қажет. Газмазуттық оттықтар екі отынды газды және мазутты бір оттық арқылы жағуға мүмкіндік береді.

     Олар фронттық 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 тік ағынды бу қазандарында орын алады. Мысалы ВТИ құрастырған ошақтарда осы үйлесім алаудың турбуленттігін күшейтті. 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.

           9.2 - Сурет. ЦКТИ газмазуттық оттығы:

     1- ауа қорабы, 2 – тангенциалды орналасқан  регістр, 3- газдық сақиналы колектор.

          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, амбразура? а өтеді. Газ 3-ші сақиналы канал арқылы өтеді және каналдың басында орналасқан радиалдық  тесіктен бері леді. 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

Жоспары:

- сұйық отынның қасиеттері;

- сұйық отынды жағу ерекшеліктері;

- сұйық отынның еркін бетінен жануы;

- сұйық отын тамшы түрінде жануы;

- сұйық отынның алауда жануы.

          10.1 Сұйық отынның қасиеттері 

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

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. Бірақ 40С-та судың абсолюттік тығыздығы 1 г/см3 болғандықтан мазуттың салыстырмалы тығыздығы оның абсолюттік тығыздығына тең болады. Тікелей айдалған мазуттың тығыздығы 0,95 г/см3- тан төмен болса, крекинг мазуттың тығыздығы одан жоғары, тіптен 1,06 г/см3 дейін болуы мүмкін.

Тығыздық тұтқырлықпен қатар мазуттың құрамындағы суды тұнығу шарттарын анықтайды. Егер мазуттың тығыздығы – онда су тез 100-200 сағат аралығында тұнығады, мазуттың тұтқырлығы болған жағдайда ол су қабатынан төмен орналасады да, су тұнықпайды.

Тұтқырлық мазуттың ең маңызды қасиеті. 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 

                                                           (10.1) 

мұнда  шарик тұрақтысы, оны тұтқырлық өлшеуішті эталондық сұйықтарды қолданып, градуирлеу нәтижесінде анықтаған. Динамикалық және

кинематикалық тұтқырлықтарды біле отырып, шартты тұтқырлықты келесі формуламен анықтауға болады

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

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. Бірақ 40С-та судың абсолюттік тығыздығы 1 г/см3 болғандықтан мазуттың салыстырмалы тығыздығы оның абсолюттік тығыздығына тең болады. Тікелей айдалған мазуттың тығыздығы 0,95 г/см3- тан төмен болса, крекинг мазуттың тығыздығы одан жоғары, тіптен 1,06 г/см3 дейін болуы мүмкін.

Тығыздық тұтқырлықпен қатар мазуттың құрамындағы суды тұнығу шарттарын анықтайды. Егер мазуттың тығыздығы – онда су тез 100-200 сағат аралығында тұнығады, мазуттың тұтқырлығы болған жағдайда ол су қабатынан төмен орналасады да, су тұнықпайды.

Тұтқырлық мазуттың ең маңызды қасиеті. 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 

                                                           (10.2) 

мұнда  шарик тұрақтысы, оны тұтқырлық өлшеуішті эталондық сұйықтарды қолданып, градуирлеу нәтижесінде анықтаған. Динамикалық және

кинематикалық тұтқырлықтарды біле отырып, шартты тұтқырлықты келесі формуламен анықтауға болады

                   .                     (10.3) 

Шартты тұтқырлық мазутты маркалау үшін қолданылады.

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. 

                        .                       (10.4) 

Шартты тұқырлық мазутты маркалау үшін қолданылады.

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. Бұл температура жарқырау температурасынан кем дегенде 100С-ге кішірек болуы керек.

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 отынды жағу ерекшеліктері

      Сұйық отын ретінде энергетикада шикі мұнайдың фракцияларға бөлінуі нәтижесінде алынатын дизель жанар майы, мазут қолданылады. Сұйық отынды келесі ерекшеліктерін біле отырып жаққан қолайлы.Сұйық отын беті ашық ыдыс ішіне құйылған болса, оны еркін бетінен жағуға болады. Сұйық отын қазанның ошақ құрылымына тамшылар түрінде шашырайтын болса, онда жеке тамшының жану механизмі қарастырылады. Сонымен қатар жеке тамшының алауда жануын да қарастыруға болады. 

10.3 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.да, 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

q Л  = Wг[ ccр (tк-t0) + λп], кВт/м2                  (10.5)

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

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

          lП – сұйық отынның булану жылуы, кДж/кг;

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

10.4 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 dг –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 кеңістікпте сұйық отынның булары мен жану өнімдері 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

                            (10.6)

      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.

Тамшының төңірегіндегі сфералық кеңістікте жану аймағы пайда болады.  

 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 отынды жағуды үдету үшін оның булануын және булардың ауамен қоспалануын тездету қажет. Осы екі мәселені шешу үшін шашыратқыштары бар оттықтарды қолданады. Мұндай оттықтың ауаны өткізуші арнайы бөлігі болады. Оттыққа енген ауа сұйық отынды майда-майда тамшыларға ыдыратады. 11.1-ші суретте тура ағынды оттықтан шыққан сұйық отын ташыларының алауда жану сүлбесі көрсетілген.

         Отынды жағуға қажет ауа оттықтың ернеуінен беріледі, ол сұйық отынды қармап алып, ошаққа батырылған ағынша түрінде алып шығады. Ошапқта 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.

 

     

 

 

 

 

     

                 11.1 Сурет - Сұйық отын алауының көрінісі

 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 тұтану аймағынан  - аралығына созылатын және алаудың жалпы ұзындығына  - кіретін алау бөлігінде (3) жүреді.

              Тұтану аймағы 1 алау қамтитын кеңістікті екі бөлікке бөледі: 2- ші ішкі, 3-ші сыртқы облыстар. Сонымен - тұтану аймағының ұзындығы, - жанудың жалғасатын аймағының ұзындығы,  - алау ұзындығы. 

            11.1 Сұйық отын форсункалары    

            Мазутты ошаққа шашыратып беру үшін форсункалар қолданылады.

                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.

11.2     Механикалық форсункалар 

         Мазут құбырдан сорғы арқылы 1-ші форсунканың аузына беріледі. Кейін оның 2-ші өңешіне жетіп, әрі қарай 3-ші форсунка корпусына енеді. Оған 4-ші гайка кигізілген. Гайка арқылы корпусқа екі немесе одан көп таратушы 5 және 6 құйындатушы дискілер орнатылады. Құйындатушы дискінің бұрыштай (тангенциалды) орналасқан тар каналдары арқылы мазут құйындатушы каналға кіреді. Мазуттың жылдамдығы өте үлкен болғандықтан, ол каналдың 7-ші тар ауызы арқылы ытқып шығады. Каналда мазут екі түрлі күштің: осьтік және ортадан тепкіш күштердің әсеріне бірден тап болады. Сондықтан тар ауыздан шыққанда ол дөңгелек қимасы бар қуыс гиперболид сияқты пішінге ие болады. Гиперболидтың қабырғалары майда мазут тамшыларынан құралады.Мұндай форсунка шойын қалып арқылы регистр деп аталатын оттық бөлігіне бекітіледі. Регистр арқылы оттықтан ошаққа ауа құйындап беріледі. Құйындап шыққан ауа мазут тамшыларын кернеп, гиперболоид қабырғасын жұқарта бастайды. Қабырға жұқарған сайын мазут тамшылары кішірейіп, жану өнімдерімен тезірек жылу алмасады.

          11.2 Сурет - Механикалық форсунка құрылысы 

Механикалық форсунканың артықшылықтары:

         - форсунка мазутты үнемдеп жауғаға мүмкіндік береді, себебі мазутты жақсы шашыратады, алдын-ала мазутты сығымдауға басқаларға қарағанда аз энергия шығындалады;

         - 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. 

11.3 Айналмалы(ротациялық) форсункалар 

Төменде 11.2 – суретте ротациялық форсунканың шашыратушы ұшы 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=130УВ болғанда шашырату сапасы қанағаттанарлық. Мұндай форсункаларды өнеркәсіптік және кемеде орнатылған қазандарда және аса қуатты энергетикалық қазандарда қолданады.

 


 

11.3 Сурет - Айналмалы форсунканың шашыратушы ұшы

11.4 Бу форсункалары

Ең көне және сенімді бу форсункаларын орыстың Шухов атты конструкторы құрастырған. Егер ағындарды дұрыс реттесе, мұндай форсункалар өте тиімді жұмыс істейді. Бу 0,5-2,5 Мпа қысыммен ішкі түтікте қозғалып, кеңейетін саптамаға кіреді, мазут оның сыртындағы сақиналы каналда қозғалады. Саптамадан өте үлкен жылдамдықпен (1000 м/с) шыққан бу мазутты ілестіріп алып, диффузор арқылы ошаққа бірден шығады. Мазуттың бірінші рет тамшыларға ыдырауы будың кинетикалық энергиясы есебінен жүреді. Екінші рет тамшыларға ыдырауы ошаққа берілген ауа есебінен жүреді. Бумен шашырату кезінде өте майда тамшылар пайда болады. Егер ошақта қысқа жалынды жану процесмін ұйымдапстыру қажет болса, диффузордан кейін саптама орнату қажет.

Мұндай форсунканың артықшылығы: оның каналы мазутпен ластанбайды, бумен өте жақсы үрленеді; мазуттың жоғары қысымын туғызу міндет емес.

          Кемшілігі: бу шығыны біршама мол, бу генераторы өндіретін будың 2% -ын құрайды, форсунка шулы жұмыс істейді.

Мұндай форсункалар мазутты негізгі отын ретінде қолданатын қазандарда орнатылады. Форсунканың қалыпты жұмысын қамтамасыз ететін мазут тұтқырылығы 6-70УВ.

          

 

 

 

 

 

 

            11.4 Сурет - Жоғары қысымды бу форсункалары

 11.5 Төменгі қысымды ауа форсункалары 

  Мұндай форсункалар қазандарда өте сирек, көбінесе өнеркәсіптік пештерде қолданылады. Цилиндр тәрізді ыдысқа дөңгелек штуцер арқылы мазутты құйылған. Стрелкалар арқылы ыдысқа үрленген ауа көрсетілген. Оның механикалық әсерінен біртұтас сұйық бөлшектерге ыдырап, саптаманың сыртындағы тар канал арқылы сыртқа ,ошаққа шығады. Тар каналда мазуттың қысымы өте төмендегендіктен, кавитация құбылысы орын алады. Мазут төмен қысымда қайнап, буланады, үйкеліс күшінің әсерінен мазут тамшылары қайтадан кең ыдысқа еніп, енді барлық сұйық көлемінде бу көпіршіктері пайда болады. 10.6 - суретте ортадан тепкіш форсунка көрсетілген.

11.5 Сурет - Төменгі қысымды ауа форсункасы 

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 тқтқырлығы мен беттік керілуін төмендетеді;

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

12 дәріс. Қатты отынды жағу ерекшеліктері

Жоспары:

- қатты отынның қабатта жануы;

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

- бір өлшемді ағында тозаң ауа қоспасының тұтануы және жануы;

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

- оттықтарды топтау. 

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

Өнеркәсіптік қазандарда қатты отын қабаттарда немесе алаулы-қабаттарда жанады. Отын қабаттары ошақ құрылымында орналасады.

Сонымен 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.

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 жеткізіліп және ол торда қозғалыссыз жатсын. Оның жануы келесі түрде өтеді:

Қабаттың жоғары жағында таза отын (1) орналасады, ол қызып және кеуіп жатады. Оның астында жанып жатқан кокс (2) орналасады, ал одан төмен колосниктік тордың бетінде шлак (3) орналасады (12.1-сурет). Осы қабаттардың бір-бірінен анық ажырайтын беттері болмайды, өте жиі олар бірімн-бірі араласып кетеді. Бірақ қатты отын әбден жанғанша осы аймақтардың бәрінен өтеді.

      Қабаттың биіктігі бойынша температураның өзгерісі 12.1-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, косониктің тордың астынан берілетін, жоғары бағытталған ауа ағынымен әсерлесіп суынады және қатаяды, тордың бетіне жиналады. Колосниктік тордың бетінде жиналған шлак қабаты торды өте жоғары температуралардан қорғайды. Шлак қабатынан өткен ауа қызып, қабаттарда бір қалыпты таралады.

 12.1 Сурет - Отынның қабатта жануы және қабаттағы температураның өзгерісі: 1 – таза отын қабаты; 2- жанған кокс; 3- шлак қабаты 

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 легі 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 бөлшегінің 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- ге 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.        

12.2 Бір өлшемді ағында тозаң ауа қоспасының тұтануы және жануы 

Энергетикалық қазанның ошақ құтысында қатты отын тозаң түрінде жанады, ал құйынды ошақтар мен қайнаған қабаты бар ошақтарда отын майда-майда ұсақтар түрінде жанады. Сонымен қазіргі кезде көмір тозаңы ошаққа ауа арқылы тасымалданады, ауаның артықтық еселеуіші αт = 1,2-1,25 –ға тең болады. Өте ірі қазандарда отын мен ауа шығыны орасан зор. Мысалы 300 МВт-тық ірі блокта отын шығыны яғни антрациттік бидай – сағатына 115 тоннаны, ал ауа шығыны сағатына 885000 м3-ты құрайды.

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 орнықты бағытталады.

Жану физикалық процестерге толы химиялық реакциялардың өзара әсерлесуі жағдайында орын алады. Келесі физикалық процестерді атауға болады:

- жанғыш қоспа компоненттерінің ошақ құтысындағы күрделі қозғалысы;

- алғашқы қоспаның және реакция өнімдерінің арасындағы турбуленттік және молекулалық диффузия мен ағындық жылуалмасу;

- алғашқы қоспа мен жану өнімдері ағындарының арасындағы жылу алмасу;

- ошақ құтысы экрандарының жанып жатқан газ ағыны бөлшектерімен сәулелік жылуалмасуы;

- тозаң бөлшектерінің қызуы, ұшпа заттардың қаттыдан газдануы, олардың газдық ортада тасымалдануы және жануы. 

12.3 Көмір тозаңын жағуға арналған оттықтар: тік ағынды, құйынды. Оттықтарды топтау 

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.     

Құйынды оттықтардың антрациттер үшін жұмыс өндірулігі 4 – пен 11-12 т/сағ  аралығында болады, яғни жылулық қуаты 25-75 МВт құрайды. Құйынды оттықтар арқылы өтетін тозаң ауа қоспасы мен екіншілік ауа ошаққа   бұрмаланған ағыншалар түрінде шығады. Құйынды оттықтардың келесі түрлері кең тараған: екіншілік ауа мен тозаңдалған ауаны бұрмалайтын ұлуша тәрізді құйындатқышы бар екі ұлушадан тұратын оттықтар; ұлушасы мен қалақшалары бар оттықтар және тура ағынды ұлушалы оттықтар. Сонымен құйынды немесе турбуленттік оттықтардың бір немесе екі ұлушасы болады. 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.  

12.2 Сурет - Екі ұлушалы құйынды оттықтар: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. 

Тура ағынды оттықтар антрацит, арық және басқа тас көмір тозаңын жағуға қажет. 12.3 - ші 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.

     12.3 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.

 12.3 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 12.4-ші суретте көрсетілген.

12.4 Сурет

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

          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 (12.5 а және в -суреттері).

         Оттықтар тангенстік орналасса (12.5  б және г суреттері), екіншілік ауа ошақ құтысының тура ортасында  ойша орналасқан шеңберге жанамалар бойымен бағытталады және сол тұстағы тозаң бөлшектерінің құйынды қозғалысын туғызады.

         12.5 Сурет - Тура ағынды саңылаулы оттықтардан ошаққа өткен газдар қозғалысының сүлбелері

 13 дәріс. Көмір тозаңын жағатын ошақтар

 Жоспары:

- көмір тозаңын жағатын ошақтардың түрлері және жылулық көрсеткіштері;

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

13.1 Көмір тозаңын жағатын ошақтардың түрлері және жылулық көрсеткіштері 

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.

     Көмір тозаңын жағатын ошақ тік бұрышты құтыға ұқсас(13.1-ші сурет). 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.

Қатты шлак аластаушы ошақтарда шлактың ірі бөлшектері ошақтың ең түбіне 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.

            13.1 Сурет - Шлакты қатты күйінде аластаушы ошақ

1- көмір тозаңы оттығы, 2- фронттық экран, 3- бүйірлік экран, 4- төбедегі экран, 5- жану өнімдерінің ошақтан шығуы, 6- ілінген түтіктер, 7- аэродинаимакалық төмпешік, 8- артқы экран, 9- ошақтың  салқын түбі 

Ошақтық процестер дұрыс ұйымдастырылса, жол -жөнекей 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.

     Шлакты сұйық күйінде аластаушы ошақтарда алау ядросы ошақтың түбіне өте жақын болады. Шлак ошақтың түбіне үнемі балқыған күйнде 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 30-70%-ы  шлак ағызғыш арқылы кетеді, ал арнайы сұйық шлак ағызушы құрылмалары бар оттықтарда күлдің 80-90%-ы осы шлак ағызушы түбі арқылы аласталады. Ошақтан оның ағызғышы арқылы ағып шыққан шлак, суық су ваннасы бар қорапқа өтіп жинақталады.

13.2-ші сурет. Сұйық шлак аластаушы ошақ: 1- жану құтысы; 11- құтының тар белдігі; 12 - ошақ құтысының салқын бөлігі; 13 – фестон; 14 - сұйық шлак ағызғыш. 

Көмір тозаңын алаулатып жағатын ошақтың жылулық көрсеткіштері    

болып ошақ көлемінің жылулық кернеуі, ошақтың қималық кернеуі,  ошақтың ПӘК-і саналады. Ошақтың пайдалы әсер коэффициенті келесі  формуламен анықталады 

                                   (13.1) 

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 NOқатысуымен 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 пәгі төмендеп, химиялық және механикалық кем жану жылу шығындары жоғарылайды.

         Отындық азот оксиді шығуының төмендеуі керісінше синилдік қышқыл СН, 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 – триоксиді күкірт диоксиді SO2     - тотығуынан пайда болады. Жану өнімдерінің құрамында үнемі су буы болғандықтан, күкірт триоксиді онымен әсерлесіп күкірт қышқылы Н2SOпайда болады. Ол су буларының қанығу температурасын(шық нүктесін) күрт жоғарылатады және ауа қыздырғыштың

түтіктерінде 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. ЖЭС және кәсіпорындардағы отын технологиясы.Дәрістер конспектісі. Алматы, АЭЖБИ: 2006.

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

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

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

5. Липов Ю.М., Третьяков Ю.М. Котельные установки и парогенераторы.- Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотичная динамика», 2003. -592 с.

6.                М.И.Резников, Ю.М.Липов. Паровые котлы тепловых электрических станции.- М.:Энергоатомиздат, 1980.- 240 с.

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

8.               Михеев В.П., Сартаев Т.С. Сжигание природного газа.- Л.: Недра,1975.-391с.

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

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

11.            Мурзаков В.В. Основы теории и практики сжигания газа в паровых котлах. – М.: Энергия, 1964.- 319 с.

12. Гинзбург-Шик  Д.И. Современные котлоагрегаты. – М.: Энергия, 1979.- 110 с. 

Мазмұны 

Кіріспе……………………………………………………………...3

1 дәріс………………………………………………………………4-6

2 дәріс………………………………………………………………6-10

3 дәріс………………………………………………………………11-15

4 дәріс………………………………………………………………16-18

5 дәріс………………………………………………………………19-22

6 дәріс………………………………………………………………22-24

7 дәріс………………………………………………………………24-27

8 дәріс………………………………………………………………28-32

9 дәріс………………………………………………………………32-36

10 дәріс……………………………………………………………..36-41

11 дәріс……………………………………………………………..41-46

12 дәріс……………………………………………………………..47-52

13 дәріс……………………………………………………………..53-56

Қолданылған әдебиеттер тізімі.......................................................57