Схема элементарного состава

В основу классификации твёрдого топлива положена горючая масса. Возникает необходимость перерасчета с одной массы на другую. Коэффициент для пересчета получается из сопоставления состава сравниваемых масс.

Например: C^P+H^P+S^P+O^P+N^P =100% - W^P - A^P

C^Г+H^Г+S^Г+O^Г+N^Г =100%

Коэффициент для пересчёта с одной массы на другую равен:

т.е. для того чтобы пересчитать каждый элемент рабочей массы необходимо воспользоваться формулой:

и т.д.

Коэффициенты пересчёта состава жидких и твёрдых топлив с одной массы на другую

заданная масса	исходная масса
рабочая	сухая	горючая	органическая
рабочая
сухая
горючая
органическая

Если топливо нагревать без доступа воздуха, то происходит выделение летучих. Выход летучих и свойства твёрдых осадков являются важными теплотехническими характеристиками топлива. Выход летучих определяют по уменьшению горючей массы топлива при его нагревании в течение 7 минут без воздуха. Величина выхода летучих и температура их выхода зависит от возраста топлива. Наименьшую температуру выхода и наибольший выход летучих имеют молодые топлива.

Теплота сгорания топлива

Её определяют опытным путём. Количество выделяемой теплоты зависит от конечного состояния продуктов сгорания, в частности от того, в каком агрегатном состоянии находится влага (в виде пара или воды). Различают высшую ( ) и низшую ( ) теплоту сгорания топлива.

Различие между этими теплотами состоит в том, что учитывает теплоту, которая выделяется при конденсации водяных паров, т.е. влага в продуктах сгорания находиться в виде воды, а теплоту конденсации не учитывает. Поскольку температура в котельном агрегате высока, то конденсации влаги не будет и теплота, затраченная на испарение, просто теряется. Поэтому в тепловых расчётах котельного агрегата используется низшая теплота сгорания топлива. Если известна , то можно рассчитать :

,

где - количество теплоты, затраченной на испарение влаги, содержащейся в топливе, образовавшейся при горении водорода;

- скрытая теплота парообразования при давлении 0,1 МПа (1 атмосфера).

Если отсутствуют опытные данные, то ориентировочное значение для твёрдого топлива и мазута можно рассчитать по формуле Д.Н. Менделеева:

Условное топливо

Для сравнения различных видов топлива используют понятие условного топлива(понятие это искусственное). Теплота сгорания такого топлива равна 29,3 МДж/кг (твёрдое, мазут) или 29,3 МДж/м³ (газ). Понятием условного топлива пользуются для сравнения удельных расходов топлива на единицу выработанной энергии или для сравнения различных топливных ресурсов.

Т.е. каждое топливо имеет свой эквивалент, который можно рассчитать

Перевод расхода рабочего топлива в расход условного топлива производят по следующему уравнению:

Приведённые характеристики топлива

При сравнительной оценке качеств топлив, удобны приведённые к низшей теплоте сгорания характеристики топлива, %:

Они показывают, сколько на 1 МДж низшей теплоты сгорания приходится W, A, S, %, рабочей массы топлива. В зависимости от приведённой влажности (W^П) принято считать топливо:

1. Маловлажными, если

2. Топлива средней влажности, если

3. Высоковлажными, если

Характеристики топлива

Твердое топливо характеризуется абразивностью – свойством, при контакте с другими материалами вызывать износ последних, что зависит от количества содержащихся в нем колчеданной серы, золы и ее состава. Эта характеристика топлива важна для выбора оборудования системы пылеприготовления.

Твердость твердого топлива и сопротивляемость его измель­чению (размолу) характеризуются коэффициентом размолоспособности k_ло (отношение удельного расхода электроэнергии, за­траченного на помол антрацита, к удельному расходу энергии, требуемому для помола рассматриваемого топлива). Чем мягче топливо, тем больше величина k_лo. Этот показатель топлива учи­тывается при проектировании систем пылеприготовления и, в пер­вую очередь, при выборе типа и производительности размольного оборудования.

Плотность твердого топлива (в кг/м³), как одна из его ха­рактеристик, широко используется в расчетах систем загрузки, хранения и подачи топлива к системам пылеприготовления. Раз­личают кажущуюся и насыпную плотности. Под кажущейся плот­ностью понимают массу единицы объема куска топлива с внутрен­ними порами, заполненными воздухом и влагой. Насыпная плот­ность представляет собой массу топлива, содержащуюся в единице объема, заполненного кусками топлива, т. е. учитывает также объем воздуха между кусками топлива.

Ископаемые твердые топлива делят на торф, бурые, каменные
угли и антрацит.

1)Торф - геологически наиболее молодое твердое
топливо. Характеризуется невысокой степенью разложения органических остатков и относительно низкой теплотой сгорания, повышенным содержанием летучих ( ), водорода (Н^г=5 6 %), кислорода (О^г>30%) и азота (N^r=2 2,5%). Торфу свойственна очень высокая гигроскопичность и влажность (W^р=35 60 %). Теплота сгорания низкая 8000 15000 МДж/кг.

2) К бурым углям (марка Б) относят угли с высшей теплотой сгорания обеззоленной рабочей массы < 23,9МДж/кг. По геологическому происхождению они близки к торфу. В бурых углях достаточно велико содержание летучих ( ), водорода (Н^г=4 6,5 % и более) и кислорода (О^г=15 30%). Они отличаются высокой гигроскопичностью и влажностью, содержание углерода достаточно велико (С^г=55 78%), а количество слаборазложившихся растительных остатков мало. По влажности бурые угли классифицируют:

Б1 — с влажностью более 40 %;

Б2 — с влажностью 30—40 % ;

БЗ — с влажностью менее 30 %.

3) К каменным относят угли, у которых >23,9МДж/кг. Они характеризуются высокими содержанием углерода (75—97%), плотностью и теплотой сгорания. С увели­чением содержания углерода доли кислорода, водорода и летучих в топливе уменьшаются. По выходу летучих с учетом способности спекания твердого остатка принята следующая классификация каменных углей:

- длиннопламенные (Д);

- газовые (Г);

- газовые жирные (ГЖ);

- жирные (Ж);

- коксовые жирные (КЖ);

- коксовые (К);

- обогащенные спекающиеся (ОС);

- слабоспекающиеся (СС);

- тощие (Т).

По мере перехода от углей марки Д к Т выход летучих ме­няется от 36 % и более (Д) до 9-17 % (Т), а влажность соответ­ственно от 14 до 5 %.

К полуантрацитам (ПА) и антрацитам (А) относят угли с >23,9 МДж/кг и выходом летучих менее 9 %. В них содержится 89 92,5% С^г, 2 3,6 % Н^г, 0,8 1,3 % N^г , 2,2 5 % О^г, 0,6 0,9 % S^г.

У полуантрацитов выход летучих больше 5 % и теплота сгора­ния выше чем у антрацитов. ПА и А являются высокосортными топливами; в энергетических котлах используют их отходы.

По размерам получаемых при добыче кусков уголь классифи­цируют следующим образом:

- плита (П);

- крупный (К);

- орех (О);

- мелкий (М);

- семечко (С);

- штыб (Ш);

- рядовой (Р).

Размер кусков угля от класса К к классу Ш уменьшается от 50-100 до 6-13 мм. В классе Ш куски угля мельче 6 мм, а в классе Р размер кусков неограничен и может составлять 0-200 (300) мм.

Жидкое топливохарактеризуется условной вязкостью и темпе­ратурами застывания и вспышки.

1) Условную вязкость принято выражать в условных градусах (ВУ). Ее определяют как отноше­ние времени вытекания определенного объема (2-10^{-4 м3}) жидкого топлива ко времени вытекания такого же объема воды при темпе­ратуре 20 °С.

Условную вязкость жидкого энергетического топлива (мазута) обычно включают в его маркировку. Так, цифры, стоящие после буквы М, в марках мазута (например, М 40 и М 200) - условная вязкость при температуре 50°С (соответственно 40 и 200°ВУ).

Для качественного распыления и надежной транспортировки жидкого топлива по трубопроводам его вязкость не должна пре­вышать 2-3 °ВУ. Для выполнения этого условия необходим предварительный подогрев топлива. Температура подогрева ма­зута зависит от его марки и составляет 80-140 °С.

2) Температура застывания – минимальная температура, при которой жидкость теряет текучесть, и слив и перекачка ее стано­вятся невозможны. У мазута эта температура зависит от марки и составляет 5-25 °С.

3) Температура вспышки – температура, при которой пары жид­кого топлива в смеси с воздухом вспыхивают при соприкосновении пламенем. Для мазута температура вспышки равна 80-140 °С.

При открытой системе подогрева мазута температура его должна быть ниже температуры вспышки на 10-15 °С.

В качестве искусственного жидкого топлива в котлах исполь­зуется мазут трех марок: М40, М100 и М200 - тяжелый остаток перегонки нефти, получающейся после отделения из нее легких фракций (бензина, керосина, легроина и д.р.). Мазут — малозольное и почти безводное топливо. Его классифицируют по со­держанию в нем соединений серы и по вязкости.

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих (во­дорода Н₂ углеводородов метанового ряда, тяжелых углеводоро­дов СН₂, сероводорода H₂S и оксид углерода СО), небольшого количества негорючих газов.

Газообразным топливом для котельных является природный газ. Его делят на две большие группы:

1) газ из чистогазовых месторождений

2) газ из газоконденсатных месторождений

Непосредственно в местах добычи его очищают от механических примесей, осушают, затем отправляют к потребителям. Природный газ имеет высокую теплоту сгорания до 50 МДж/м³, и в основном состоит из метана СН₄ (85-98%) в зависимости от месторождения.

11.Расчёты горения топлива

Процесс горения топлива – это совокупность химических реакций окисления, его горючих элементов. Сопровождается значительным выделением теплоты и света. При организации этого процесса стремятся создать условия, при которых происходит наиболее полный переход химически связанной энергии в теплоту продуктов сгорания. Для процессов горения необходим окислитель, которым является кислород. Скорость химической реакции горения возрастает с увеличением температуры, поэтому в топках котла стараются поддержать высокий уровень температуры и обеспечить не прерывный подвод окислителя. Для эффективного горения топлива необходимо определить условия. В зависимости от условий будет наблюдаться полное или частичное окисление топлива. При полном окислении топлива продукты сгорания не могут реагировать с окислителем, а значит, и выделять теплоту. Продуктами полного окисления являются высшие окислы: СО₂, SO₂(SO₃), Н₂О,…

При неполном горении возможны 2 случая: не все рабочие элементы окисляются или при горении образуются продукты, которые в дальнейшем могли бы участвовать в химических реакциях. Неполное горение может быть связано с недостаточной подачей окислителя, неравномерным поступлением воздуха и топлива и т.д. Наибольшее количество теплоты выделяется при полном горении топлива.

Количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг твёрдого или жидкого топлива, или для 1 м³ газообразного топлива, при условии, что весь кислород, содержащийся в воздухе, среагировал с топливом, называется теоретически необходимым.

Для полного сгорания топлива необходимо подавать в топку воздуха больше, чем

Соотношение действительного расхода воздуха к теоретическому расходу называется коэффициентом избытка воздуха.

Закон Гесса

Тепловой эффект любой химической реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ, но не зависит от пути по которому протекает реакция. Пользуясь законом Гесса можно определить высшую теплоту сгорания некоторых реакций.

Например:

Реакции горения

Объем продуктов сгорания и количество необходимого воздуха определяется на основании элементарных реакций горения.

- горение углерода

С+О₂=СО₂

1кмольС+1кмольО₂=1кмольСО₂

12 кг +32кг=44кг

или 1кгС+2,67кгО₂=3,67кгСО₂

1кгС 2,67кгО₂

- горение водорода

2Н₂+О₂=2Н₂О

2∙2кг+32кг=36кг

1кгН₂+8кгО₂=9кгН₂О

1кгН₂ 8кгО₂

- горение серы

S+O₂=SO₂

32кг+32кг=64кг

1кг S+1кгO₂=2кгSO₂

1кгS 1кгO₂

Если в топливе содержится O₂, то его следует учитывать.

Для сжигания одного кг топлива потребуется кислорода в количестве:

2.67C+8H+1S, кг

Если в топливе есть кислород, то потребуется 2.67C+8H+1S – О, кг кислорода, где

О – количество кислорода, содержащее в топливе

Если для горения топлива подается воздух, содержание кислорода в котором 23%, то теоретически необходимое количество воздуха определится:

, кг/кг

учитывая, что

,

Исходные формулы для расчётов

1) теоретический объем воздуха, необходимый для горения

а) для твердого топлива

б) для газообразного топлива

2) теоретические объёмы продуктов сгорания (α=1) рассчитывается по следующим формулам:

а) для твёрдого и жидкого топлива

рабочий состав в % по массе

б) теоретические объёмы продуктов сгорания для газообразного топлива определяются:

,

где -влагосодержание газообразного топлива, отнесённое к 1 м³.

Как правило, теоретический объём воздуха рассчитывается для рабочей массы топлива, но в топку подают воздуха больше, чем теоретически необходимо. Через неплотности топки и газоходов котлов, работающих при давлении ниже атмосферного в газовоздушный тракт котла может подсасываться дополнительное количество воздуха. По ходу движения продуктов сгорания количество присасываемого воздуха постоянно увеличивается, т.е.

за перегревателем
за промежуточным пароперегревателем
за экономайзером
за i-той поверхностью

При проектировании котлов и их топок обычно задаются коэффициентом избытка воздуха на выходе из газоходов и регламентируют .

Топка
с мет. обшивкой	0,05
без обшивки	0,1
Газоходы поверхностей нагрева
фестон ширмы
пароперегреватель	0,03
переходная зона	0,03
водяной экономайзер	0,02
воздушный подогрев труб	0,03
воздушный подогрев регенератора	0,2

Экономичный топочный режим горения твёрдого топлива обеспечивается при избытке воздуха в горелках

Избыток воздуха в топочной камере определяет не только количество продуктов сгорания, но и температуру в топке. Чем больше воздуха подается в топку, тем больше продуктов сгорания и тем меньше температура горения топлива.

С учётом избытка воздуха количество продуктов сгорания определится:

1) Объём избыточного воздуха

2) Объём водяных паров

3)Объём продуктов сгорания

• ⇐ Назад
• 1
• 2
• 3
• 456
• 7
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• Далее ⇒