Комбинированное сжигание потоков различных промышленных отходов в топках котлов. Часть 2

При сжигании потоков промышленных отходов (смеси разных веществ) в камерах сгорания теплогенерирующих установок образуется тепловая энергия. При этом энергетический вклад химических соединений, входящих в их состав, различен. В статье рассмотрены энтальпии сгорания наиболее характерных химических веществ, составлены уравнения энергетического баланса при одновременном сжигании нескольких массовых потоков топлив с учетом их теплотворной способности. Исследованы общие механизмы теплопередачи к стенкам камеры сгорания. Приведен анализ вклада конвекции и излучения в общее количество теплоты, переданной теплогенератору, в зависимости от температуры процесса. Показано, что теплообмен излучением между камерой сгорания и трубами котла зависит от тепловых радиационных свойств отложения золы. При этом излучательная способность образовавшегося отложения золы уменьшается с повышением температуры. Рассмотрена зависимость максимального излучения пламени от соотношения массового содержания углерода и водорода (С/Н) в топливе на примере исходных горючих химических веществ, входящих в состав твердых, жидких и газообразных отходов промышленных технологий. Определены основные загрязняющие вещества при сгорании промышленных отходов. Подробно проанализированы механизмы образования оксидов азота (NO_x), твердых частиц, оксидов серы (SО_x), галогеновых кислот, полимеров, сажи, летучих органических соединений и золы. Исследовано распределение различных процессов формирования оксидов азота в зависимости от величины, обратной коэффициенту избытка воздуха  (φ = 1/α). Приводится физическая схема и система химических уравнений механизма образования сажи, включающая наиболее важные этапы формирования полициклических ароматических углеводородов. Рассмотрены стадии выделения реактивных золообразующих элементов. Показано, что зольные отложения создают серьезные проблемы при эксплуатации теплогенераторов, особенно с такой развитой поверхностью теплообмена, как котельные установки. В связи с этим также уделено внимание формам и условиям протекания  процессов  осаждения золы. Определены условия сгорания, влияющие на состояние, размер и распределение твердых частиц и конденсированной фазы золы.

1. Гламаздин, П. М. Экологические аспекты модернизации водогрейных котлов большой мощности / П. М. Гламаздин, Д. П. Гламаздин, Ю. П. Ярмольчик // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2016. Т. 59, № 3. C. 249–259. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-3-249-259.

2. Зельдович, Я. Б. Окисление азота при горении / Я. Б. Зельдович, П. Я. Садовников, Д. А. Франк-Каменецкий. М.-Л.: Изд-во АН СССР. 1947. 148 с.

3. Industrial Furnaces / W. Trinks [et al.]. 6th ed. Hoboken, New Jersey: Jon Wiley & Sons. 2004. 496 p. https://doi.org/10.1002/9780470172612

4. The John Zink Hamworthy Combustion Handbook. Vol. 1. Fundamentals / E. Charles, Jr. Baukal. Bosa Roca: Taylor & Francis Group. 2013. 651 p. https://doi.org/10.1201/b15101

5. Pollutants from Combustion: Formation and Impact on Atmospheric Chemistry / ed. Ch. Vovelle. Dordrecht: Springer. 2000.

6. Turns, S. R. An Introduction to Combustion: Concepts and Applications / S. R. Turns. 3rd ed. New York: McGraw-Hill, 2000. 676 p.

7. Ярмольчик, Ю. П. Механизмы образования и методика расчета выбросов загрязняющих веществ при сжигании природного газа в зависимости от эмиссионного класса горелок // Ю. П. Ярмольчик // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 6. С. 565–582. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-6-565-582.

8. Warnatz, J. Verbrennung. 2. Auflage / J. Warnatz, U. Maas, R. Dibble. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 1997. https://doi.org/10.1007/978-3-642-97947-7

9. Joos, F. Technische Verbrennung / F. Joos. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2006. https://doi.org/10.1007/3-540-34334-2

10. Ярмольчик, Ю. П. Комбинированное сжигание потоков различных промышленных отходов в топках котлов. Ч. 1 / Ю. П. Ярмольчик, Р. Шрёгер, Х. Хаберфельнер, М. Пихлер, Д. Костич, Г. В. Мороз // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 3. С. 236–252. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-3-236-252.

11. AP42-Compilation of Air Pollution Emission Factors / Environmental Protection Agency. 1995. Vol. 1.

12. Есьман, Р. И. Анализ процессов горения в турбулентных смешивающихся осевых и тангенциальных потоках / Р. И. Есьман, Ю. П. Ярмольчик // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2009. № 2. С. 47–52.