16. Issiqliqdan foydalanishning energetik va ekologik muammolari. Energiya resurslarini tejashning asosiy yo’nalishlari. Yonish mahsulotlaridan atrof-muhitni himoya qilish muammolari. Reja

Qattiq yoqilg‘ining yonishi. Qattiq yoqilg‘ini yonish jarayoni ketma – ket keladigan quyidagi bosqichlardan tashkil topgan:qizdirish, namlikni bug‘lanishi, uchuvchan moddalarni ajralishi va koksning hosil bo‘lishi, uchuvchan moddalar va koksni yonishi. Bu bosqichlardan asosiysi, koksni, ya’ni uglerodni yonishi hisoblanadi. Bundan tashqari koksni yonishi qolgan bosqichlarga qaraganda ko‘proq davom etadi (yonish vaqtining 90% gacha) va xuddi shu bosqich qolganlari uchun issiqlik sharoitini yaratadi. Yonish bosqichigacha bo‘lgan bosqichlar uchun issiqlik sarflanadi. Bu sarflar yonish issiqligining 20 – 25 % gacha bo‘lishi mumkin. Yonish to‘liq va to‘liqmas (chala) bo‘ladi. Yoqilg‘ining yonuvchan elementlari kislorod bilan quyidagicha reaktsiyaga kirishib yonsa, bunday yonish to‘liq yonish deyiladi:


(12.16)

bunda Q - yonish vaqtida ajralib chiqqan issiqlik miqdori.

Bu reaktsiya kilomollarda quyidagicha yoziladi.

12 C + 32O₂=44 CO₂+409 MJ/kmol (12.17)

yoki

(12.17) tenglamadan ko‘rinib turibdiki, 1 kg uglerodni to‘liq yonishi uchun kg kislorod zarur bo‘ladi. Reaktsiya natijasida kg CO₂ hosil bo‘ladi va 34,1 MJ issiqlik ajralib chiqadi.
Vodorodning yonishi:

2H₂+O₂=2H₂O+242 MJ/kmol (12.18)

yoki
H₂+8O₂=9H₂O+121 MJ/kg

Bu reaktsiyada 1 kg H₂ yonishi uchun 8 kg kislorod zarur bo‘ladi, reaktsiya natijasida 9 kg suv bug‘i hosil bo‘ladi va 121 kg MJ issiqlik ajralib chiqadi.

Oltingugurtning yonishi:

(12.19)
yoki

1 kg oltingugurt yonganda 1 kg kislorod sarflanadi. Reaktsiya natijasida esa 2 kg SO₂ hosil bo‘ladi va 9,04 MJ issiqlik ajraladi.

Yonish mahsulotlari ichida yonuvchan elementlar va yonmagan yoqilg‘i zarralari qolgan bo‘lsa, bunday yonish to‘liqmas (chala) yonish deyiladi.
Uglerodning chala yonishi:
(12.20)
yoki

ya’ni 1kg uglerod chala yonganda kg kislorod sarflanadi, reaktsiya natijasida esa kg CO hosil bo‘ladi va 10,3 MJ issiqliq ajralib chiqadi.

Hosil bo‘lgan uglerod oksidi yonadi:


(12.21)
yoki

ya’ni 1 kg CO yonishi uchun 4/7 kg kislorod sarflanadi, reaktsiya natijasida esa 11/7 kg CO₂ hosil bo‘ladi va 5,1 MJ issiqlik ajraladi.

Yoqilg‘i to‘liq yonganda uglerod, vodorod va oltingugurtning yonishida olinishi mumkin bo‘lgan barcha issiqlik chiqadi. Yonish mahsulotlarida yona olmaydigan moddalargina: karbonat angidrid CO₂, suv bug‘lari H₂O va oltingugurt angidrid SO₂ qoladi. Yonuvchi elementlar chala oksidlanganda yonish mahsulotlari bilan birga ko‘p miqdorda uglerod (II)–oksid CO, vodorod H₂, metan CH₄ va yona oladigan boshqa uglevodorodli birikmalar ham chiqib ketadi.
Hozirgi zamon o‘txona texnikasida qattiq yoqilg‘ini yoqishning asosan to‘rt xil usuli – qatlamli, qaynayotgan qatlamli, mash’alali va uyurmali yonish usullaridan foydalaniladi (12.2 - rasm).

12.2 – rasm. Qattiq yoqilg‘i o‘txonalari tasnifi
a) qatlamli usul; b) qaynayotgan qatlamli usul; v) mash’alali usul; g) uyurmali usul.

Yonayotgan qatlam tuzilishini ko‘rib chiqish yonish jarayonini chuqurroq o‘rganish imkonini beradi (12.2 - rasm). Qatlamli yoqish – bu yoqilg‘ini panjarali cho‘g‘donda qatlamlab yoqish usulidir. Yoqilg‘i yonish natijasida bevosita cho‘g‘donda kul va shlakdan iborat g‘ovak yostiq hosil bo‘ladi. Uning ustida yonayotgan koks qatlami bo‘ladi. Koks ustiga yangi yoqilg‘i qatlami beriladi. Bu yerda Q issiqlik hisobiga isiydi. So‘ngra yoqilg‘i quriydi, ya’ni undagi namlik bug‘lanib ketadi, shundan keyin uchuvchan moddalarning chiqishi va koks hosil bo‘lishi boshlanadi.

12.3–rasm. Yoqilg‘ining yonayotgan qatlamining tuzilishi.

Uchuvchan moddalar va koksning yonishi natijasida issiqlik chiqadi va o‘txona ichining temperaturasi ko‘tariladi. Yonish uchun zaruriy havo kolosnik cho‘g‘don tagidan kiradi. Havo cho‘g‘don teshigi va g‘ovak shlakli yostiq orqali o‘tib isiydi. Havo keyingi harakati davomida o‘z yo‘lida koks va yoqilg‘i qatlamiga duch keladi. Ular bilan o‘zaro ta’sir etishib, yoqilg‘i qatlami yonadigan o‘txona gazlari oqimiga aylanadi va qatlam ustki alangasini hosil qiladi. Qattiq yoqilg‘ini qatlamli yoqish quvvati past bo‘lgan (bug‘ unumdorligi 35 m/soat gacha) qozonlarda keng tarqalgan.

Biroq bu usulni quvvati yuqori bo‘lgan qozonlarda qo‘llab bo‘lmaydi, chunki bunda yonish yuzasi yetarli bo‘lmaydi. Shuning uchun quvvati katta bo‘lgan qozonlarda qattiq yoqilg‘i chang holatiga keltirilib yoqiladi. Buning uchun yoqilg‘i, avvalo maxsus tegirmonlarda chang holiga keltiriladi va kamerali o‘txonaga gorelka orqali uzatiladi.
Kamerali o‘txonalarda yoqilg‘i mash’ala va uyurmali usullarda yondiriladi (12.2 – rasm,v va g). Mash’ala qilib yoqish usulida yoqilg‘i va yonish uchun zaruriy havo o‘txonaga maxsus moslamalar yordamida beriladi. Yonishning mash’ala usuli yoqilg‘i zarralarining havo oqimi va yonish mahsulotlari bilan birgalikda to‘xtovsiz harakatlanib turishi bilan qatlamli yoqish usulidan farq qiladi. Shuning uchun qattiq yoqilg‘i chang (kukun) holatga keltirilishi lozim. Kukun zarralarining o‘lchami mikronlar bilan o‘lchanadi. Buning natijasida yoqilg‘ining havo kislorodlariga tegishi va reaktsiyaga kirishish sirti kattalashadi. Ko‘mir changi kamerali o‘txonaga havo bilan (birlamchi havo) birgalikda gorelka orqali uzatiladi. Havoning qolgan qismi (ikkilamchi havo) yoqilg‘isiz o‘txona uzatiladi. Mash’ala uzunligi bo‘ylab yoqilg‘i yonishini uch bosqichga ajratish mumkin: tayyorgarlik bosqichi, yoqilg‘ini jadal yonish bosqichi va qoldiq koksni yonib tugash bosqichi (12.4 - rasm).



12.4 – rasm. Mash’ala uzunligi bo‘ylab temperaturani, ortiqcha havoni va kul miqdorini o‘zgarishi

Birinchi bosqichda temperatura T yuqori bo‘lmaydi, ortiqcha havo koeffitsienti  katta, kul miqdori A^q esa oz bo‘ladi. Ikkinchi bosqichda temperatura keskin ko‘tariladi, ortiqcha havo koeffitsienti jadal kamayadi va kul miqdori tez ortadi. Demak bu bosqichda yoqilg‘i jadal yonadi. Uchinchi bosqich eng ko‘p davom etadi. Bunda  deyarli o‘zgarmaydi, A^q tez ortib boradi va keyin ma’lum bir chegara qiymatiga yaqinlashadi. Demak, bu bosqichda qoldiq koks yonib bo‘ladi. Ekran quvurlariga issiqlik berish jadalligi, yonish tufayli ajralib chiqayotgan issiqliq jadalligidan katta bo‘lishi natijasida temperatura ancha pasayadi. Keyinchalik nuriy issiqliq berish, temperatura pasayishi bilan keskin kamayishi natijasida (Stefan–Boltsman qonuni), temperaturaning pasayishi sekinlashadi.

O‘txona bo‘shlig‘ida kuchli, uyurmali oqim hosil qilish usuli bilan yoqilganda yoqilg‘i zarralari uzoq vaqt o‘txonada bo‘ladi va to‘liq yonadi. Havo oqimi yoqilg‘i zarralarini uyurma traektoriyasi bo‘ylab olib yuradi va yaxshi yonishini ta’minlaydi. Uyurmaviy usulda qattiq yoqilg‘ini chang holida emas, balki yaxshi maydalangan bo‘laklar holida yoqish mumkin. Changsimon holatga keltirilgan qattiq yoqilg‘ilarni yoqishning o‘ziga xos afzalliklari bor:
a) past navli ko‘mirni, ko‘mir qizib olishda va uni boyitishdagi qoldiq chiqindilarni katta quvvatli qozon qurilmalari o‘txonalarida yoqish mumkin;
b) ortiqcha havo koeffitsienti =1,2-1,25 bo‘lganda chala yonish hisobiga bo‘ladigan isroflar juda kam va o‘txona samaradorligi iqtisodiy jihatdan yuqori bo‘ladi;
v) yonish jarayonini to‘la mexanizatsiyalashtirish va avtomatlashtirish mumkin;
g) katta quvvatli o‘txonalar qurish mumkin.
Bunday afzalliklari bilan birga qurilmalarning narxi qimmat, yoqilg‘ini maydalashga qo‘shimcha elektr energiyasi sarf bo‘ladi, tutun gazlar bilan birgalikda ko‘p miqdorda kul ham (yoqilg‘idagi umumiy kul miqdorining 80% ga yaqini) atmosferaga uchib chiqadi va atrof muhitni ifloslantiradi. Yuqorida ko‘rsatilgan kamchiliklarga qaramay, yirik elektr stantsiyalarning asosiy qismi changsimon yoqilg‘ida ishlaydi. Havoning nazariy jihatdan zaruriy miqdorini hisoblashda havo yoqilg‘i bilan ideal aralashtiriladi va kislorodning har qaysi zarrasi yonuvchan element bilan birikishiga ulguradi, deb faraz qilinadi. Lekin, amalda havoning hisoblangan miqdori yoqilg‘ining to‘liq yonishi uchun yetarli bo‘lmaydi. Yonish jarayonini kislorodning hammasi yonuvchan elementlar bilan kirishadigan qilib yetkazib bo‘lmaydi. Uning bir qismi yonish reaktsiyasiga kirishmaydi va tutun gazlar bilan birga erkin holda chiqib ketadi. Yoqilg‘ining to‘liq yonishi uchun havoni hisoblab topilganidan ko‘proq miqdorda berish zarur. Haqiqiy beriladigan havo miqdori nazariy hisoblab topilganidan necha marta ko‘pligini ko‘rsatuvchi son ortiqcha havo koefiitsienti deyiladi va  bilan belgilanadi:
=V/V₀,
 ning kattaligi yoqilg‘ining turiga, jarayon sodir bo‘ladigan sharoitlarga, yoqish usuliga, o‘txonaning tuzilishiga bog‘liq. Hisoblashlarda  ning qiymati tegishli tajriba ma’lumotlari asosida tanlanadi.  qanchalik kichik bo‘lsa, yonish jarayoni shunchalik tejamli bo‘ladi. Lekin  juda ham kichik bo‘lsa, yoqilg‘i chala yonadi va qozon agregatining F.I.K. pasayadi.
Qattiq yoqilg‘i qatlamli usulda yoqilsa, odatda =1,3 –1,5 ga teng bo‘ladi, gaz va suyuq yoqilg‘i kamerali o‘txonalarda yoqilganda =1,1-1,15 ga teng bo‘ladi.