Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА



На рис. 26 показана схема материальных балансов рабочих веществ в котле. Материальный баланс процесса горения рассмотрен применительно к сжиганию твердого топлива с получением газообразных и твердых продуктов сгорания.

В приходной части баланса процесса горения — количество топлива В, кг/с, и окислителя — воздуха Lв кг/с, организованно поступающих в топку для сжигания, а также воздух, подсасываемый (при работе под разрежением) по тракту котла в топку — ΔL1 и балластный воздух ΔL2 и ΔL3, не участвующий в процессе горения топлива.

В расходной части материального баланса в общем виде — газообразные продукты сгорания, покидающие котел, ΔLг кг/с, и твердые минеральные остатки—зола (шлак), выпадающие по тракту (Gзл1, Gзл2) улавливаемые в золоуловительной установке (Gзл3) и уносимые газообразными продуктами сгорания (Gзл4), кг/с.

В общем случае уравнение материального баланса процесса горения топлива в котле имеет вид

В + Lв+ ΣΔL = Lг+ ΣGзл (13.1)

При работе на газообразном топливе в этом уравнении не содержатся члены, характеризующие твердые минеральные составляющие. При работе котла под наддувом отсутствуют присосы воздуха.

При определении расхода окислителя (кислорода, воздуха) учитывают, что для твердого и жидкого топлив, состав рабочей массы которых задается в процентах, горючими составляющими являются углерод, водород и сера:

Ср р+Sрор+кр+Nрр+Wр = 100(13.2)

Согласно закону кратных отношений Дальтона горючие составляющие топлива вступают в химическое реагирование с кислородом в определенном количественном соотношении. Расход кислорода и количество образующихся продуктов сгорания определяются из стехиометрических уравнений горения, записанных для одного моля каждого горючего составляющего. Относя эти уравнения к 1кг горючего, и выразив газообразные вещества в объемных единицах, делением их массовых количеств на значение плотностей получим количество кислорода и выход продуктов сгорания на 1 кг каждой составляющей горючей массы топлива в м3 при давлении 0,1013МПа (760мм. р. ст.) и 20оС

для диоксида углерода: С + О2=СО2 образуется

12,01кгС+32кгО2=44,01кг СО2 (13.3)

Рис. 26. Схема материальных балансов рабочих веществ в котле:

1 — топочная камера; 2— испарительные поверхности нагрева; 3 — экономайзер; 4 — пароперегреватель; 5 — воздухоподогреватель; 6 — золоуловитель

для сжигания 1 кг С до СО2 требуется VО2=32/(12,0 ·1,428)= 1,866м3/кг О2, где 1,428 кг/м3 плотность кислорода

для диоксида серы: S + О2 = SО2

32,06кг S + 32кг О2 =64,06 SО2 (13.4)

потребуется О2 - VО2=32/(32,06 ·1,428)= 0,69м3/кг

для водорода: 2Н + О2 = 2 Н2О

4,032кг Н2 + 32кг О2 = 36,032кг Н2О (13. 5)

потребуется О2 - VО2=32/(4,032 ·1,428)= 5,56м3/кг

Суммируя затраты О2 на сжигание горючих элементов, содержащихся в 1кг топлива, и вычитая количество О2, находящегося в топливе, получим теоретически необходимое количество О2 для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива V0О2, м3/кг:

(13.6)

где , , , ОР - соответственно массовое содержание углерода, серы, водорода и кислорода в топливе, %; - плотность кислорода, кг/м3

В воздухе содержится О2 примерно 21% по объему, поэтому теоретически необходимое количество воздуха для горения V0 м3/кг т.е. количество воздуха, которое необходимо для полного сжигания 1 кг топлива при условии, что весь содержащийся в нем кислород прореагирует, составляет

V0= /0,21=0,0889·( +0,375 )+0,265 - 0,333 ОР (13.7)

или в кг/кг

L0 = 0,115 (СР + 0,375 )+ 0,342НР — 0,0431ОР (13.7 а)

В процессе горения, по мере расходования топлива, кислорода и уменьшения их действующих концентраций, выгорание топлива все более замедляется. В камерах сгорания парогенераторов условия реагирования ухудшаются также из-за недостаточно совершенного перемещения больших масс топлива и воздуха в процессе горения. Поэтому воздуха для горения подают больше его теоретически необходимого количества. Отношение количества воздуха, действительно поступившего в топку VВ, к теоретически необходимому количеству называют коэффициентом избытка воздуха:

αТ = VВ /V0 (13.8)

Необходимый αТ в топке зависит от сорта топлива, способа его сжигания и конструкции топочного устройства. Высокореакционное твердое топливо обладает большим выходом летучих веществ, легко воспламеняется и быстрее сгорает, поэтому нуждается в меньшем избытке воздуха, чем топливо с малым выходом летучих. Эффективное перемешивание топлива с воздухом достигается в газовоздушных смесях, поэтому сжигание мазута и газового топлива требует наименьшего избытка воздуха. Различные избытки воздуха нужны при сжигании одного и того же топлива, но в разных топочных устройствах (например, в прямоточных, или вихревой топочной камере), отличающихся эффективностью перемешивания. Расчетный коэффициент αТ устанавливается с учетом всех факторов согласно нормам теплового расчета паровых котлов (Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. Под ред. К.В. Кузнецова, В.В. Митора, И.Е. Дубовского, Э. С. Карасиной — М.: Энергия, 1973 - 296 с). Обычно его применяют для разных топлив в пределах:

при сжигании твердых топлив.............................1,15...1,25

при сжигании жидких топлив .............................1,03... 1,1

при сжигании газовых топлив..............................1,05... 1,1

Уменьшение αТ дает экономию расхода энергии на привод тягодутьевых машин и повышает КПД котла, однако, его снижение ниже расчетного значения ведет к быстрому росту недожога топлива и снижению экономичности котла.

При проектных разработках котлов и парогенераторов величину αТ выбирают в зависимости от вида сжигаемого топлива, метода сжигания и конструкции топки. Для пылеугольных топок по условиям достижения большего значения КПД и интенсификации процесса горения оптимальными являются αТ = 1,2...1,25, при этом нижний предел относится к бурым и каменным углям, а верхний к тощим углям и антрацитам. При размоле бурых и каменных углей в молотковых мельницах рекомендуется выбрать верхний предел, т.е. αТ = 1,25. При жидком шлакоудалении из-за повышения температурного уровня и уменьшения присосов коэффициент αТ может быть снижен: для однокамерных топок до 1,2; двухкамерных и циклонных топок - до 1,1. При сжигании природных газов и мазута в агрегатах, снабженных автоматикой горения и регуляторами давления в газопроводе, коэффициент αТ может быть снижен до 1,05.

Продукты сгорания

На действующих парогенераторах балансовыми испытаниями при различных нагрузках определяется оптимальное значение αТ, при котором суммарная величина потерь тепла от механической и химической неполноты сгорания топлива и потерь тепла с уходящими газами оказывается минимальной.

Значение состава топлива и реакций окисления его горючих веществ позволяет рассчитать объем получающихся после сжигания топлива продуктов сгорания. В процессе эксплуатации осуществляется постоянный и периодический контроль состава продуктов сгорания для оценки полноты выгорания топлива и определения плотности газового тракта.

При тепловых расчетах котла или парогенератора по составу дымовых газов и температуре определяют энтальпию за каждой поверхностью нагрева. Значение объема газов позволяет выполнять аэродинамические расчеты. Реакции горения при высоких температурах идут с большой скоростью, поэтому состав конечных продуктов сгорания близок к равновесному. В зонах, где оказалась нехватка кислорода, могут остаться продукты неполного окисления исходных горючих компонентов. Состав продуктов сгорания при сжигании 1кг твердого или жидкого топлива или 1м3 газового топлива можно записать в следующем виде:

Топливо(1кг)+воздух→

(13.9)

где Vi - объемы отдельных газов в продуктах сгорания, м3/кг или м33. Продукты сгорания топлива удобно разбить на три группы. Группа 1 в (13.9) - продукты полного окисления горючих элементов топлива. Они состоят из трех атомных сухих газов, обозначаемых через VRО2:

VRО2 = VСО2 + VSО2 (13.10)

и объема водяных паров VН2О. В составе трехатомных сухих газов всегда VСО2 >> VSО2 поскольку содержание серы в топливах мало. Группа 2 в (13.9) - объемы азота и кислорода, представляющие собой остаток сухого воздуха после горения топлива и водяных паров (Vв.п.). Здесь VN2 >> VО2 т.к. О2 в значительной мере израсходован на окисление. Vв.п включает в себя испарившуюся влагу топлива и влажность самого воздуха. Группа 3 в (13.9) - продукты неполного окисления горючих элементов топлива, при этом VСО > VН2 > VСН4. Соотношение между объемами VСО и VН2 в среднем составляет 3:1. Наличие в продуктах неполного сгорания объема VСН4 свидетельствует о грубых отклонениях режима горения от нормы.

Рассмотрим полное сгорание топлива при условии, когда в продуктах сгорания VСО2 =0; VН2 = 0; VСН4 = 0; VО2=0. Количество воздуха, необходимого для полного сгорания 1кг (м3) топлива при условии безостаточного использования О2, называют теоретически необходимым объемом воздуха V0 . В этом случае, согласно (13.9), теоретический объем продуктов сгорания:

V0Г = VСО2+ VSО2+V 0Н2О + V0N2 (13.11)

Здесь выделяют теоретический объем сухих газов:

V0СГ = VСО2+ VSО2+ V0N2=+VRО2+V 0N2 (13.12)

и полный объем газов:

V0СГ = VС.Г.+ V 0Н2О (13.13)

При этом в объем V0 входят все составляющие водяных паров в продуктах сгорания, рассмотренные выше, а объем V 0N2 образуется в основном из азота воздуха с небольшим дополнением азота топлива, выходящего из него при нагреве вместе с другими летучими веществами.

Результаты расчетов приведены в таблице 13.1

Та б л и ц а 13.1.

Расход кислорода и выход продуктов сгорания при сжигании горючих составляющих топлива

 

ЛЕКЦИЯ 10




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.