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

КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПОК И ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОВ



Сжигание топлива в котлах и в различных технологических аппаратах осуществляется в топочных устройствах (топках). При использовании в качестве источника энергии физической и химической теплоты отходящих газов промышленных печей для подвода к котлу такого теплоносителя применяют различные устройства.

Общая классификация топочных устройств показана на рис. 31

По назначению все топки можно разделить на тепловые, силовые и технологические.

Тепловые топки предназначаются для преобразования химической энергии топлива в физическую теплоту высокотемпературных газов для последующей передачи теплоты этих газов через поверхности нагрева нагреваемой среде (воде, пару).

Силовые топки служат для получения продуктов сгорания не только с высокой температурой, но и с повышенным давлением. Эти продукты сгорания используются непосредственно для силовых целей в газовых турбинах, соплах реактивных двигателей, поршневых двигателях и т. п.

Рис. 31. Общая классификация топочных устройств

В технологических топках сжигание топлива или протекание экзотермических реакций при переработке сырья совмещается с использованием в элементах котла выделяющейся при этом теплоты. Рассмотрим в основном тепловые топки котлов, а также некоторые непосредственно к ним относящиеся топочные устройства технологического назначения.

Как это показано ранее, тепловые топки подразделяют на слоевые для сжигания кускового топлива и камерные—для сжигания газообразного и жидкого топлива, твердого топлива в пылевидном (мелкодробленом) состоянии, а также для сжигания смеси топлив. Слоевые и камерные топки, в свою очередь, могут быть классифицированы по ряду признаков(рис.32).

Независимо от схемы организации горения полное время сгорания любого топлива в топке котла τr складывается из времени, необходимого для подвода окислителя к топливу (смесеобразование), τсм, времени нагрева компонентов горения до температуры воспламенения τн и времени, необходимого для протекания самой химической реакции горения, τх т. е.

τr= τсм+ τн+ τх , (15.1)

Этапы смешения и нагрева являются здесь физической стадией процесса τф, а реакции горения — химической τх.

Если τф<< τх то процесс находится, как известно, в кинетической области. Полное время сгорания топлива определяется в этом случае скоростью (кинетикой) химического процесса. Для кинетической области τr ≈ τх

Рис. 32. Классификация слоевых топок

 

При τф>> τх т. е. когда время транспортировки окислителя к горючему значительно больше времени, необходимого для осуществления собственно химической реакции горения, процесс находится в диффузионной области, для которой τr ≈ τх.

Если время протекания химической реакции соизмеримо со временем физической стадии (τх ≈ τф), то процесс находится в промежуточной области и полное время сгорания топлива τr определяется скоростью наиболее медленного этапа.

При сжигании газообразного топлива физическими стадиями процесса являются, образование горючей смеси из газа и окислителя (воздуха) и прогрев ее до температуры воспламенения. Горение газовоздушной смеси протекает с достаточно интенсивным тепловыделением, поэтому на прогрев ее до воспламенения требуется незначительное время. Кроме того, прогрев часто проходит параллельно с завершением смесеобразования, поэтому он не требует дополнительного времени. Таким образом, практически из подготовительных этапов физической стадии определяющим является этап смешения, т. е. τф ≈ τсм.

Рис. 33. Схема подачи в топку газа и окислителя:

Вг— подача топлива; VIв — воздух, подаваемый совместно

с топливом; VIIв — воздух, подаваемый раздельно

Время τсм зависит от способа подачи в топку газа – топлива и окислителя (рис. 33).

При подаче в топку через горелку предварительно перемешанной газовоздушной смеси (VIв=Vв; VIIв=0) имеем τсм =0. В этом случае имеет место так называемый кинетический принцип организации процесса горения топлива. При раздельной подаче в топку горючего газа и окислителя (VIв=0; VIIв= Vв), когда τсм имеет наибольшее значение, реализуется диффузионный принцип, а при подаче в топку частично перемешанной смеси (VIв>0; VIIв>0) — смешанный принцип организации процесса горения газообразного топлива.

Рис. 34. Схема горения капли жидкого топлива: 1— жидкость топлива; 2— пары топлива; 3 — зона горения; 4 — область диффузии окислителя и продуктов сгорания

При сжигании в камерной топке жидкого топлива физическими стадиями процесса являются этапы предварительного тонкодисперсного распыления топлива на мелкие капли, прогрев их, испарение и образование горючей смеси. Химической стадией процесса является этап горения этой смеси. Схема горения капля жидкого топлива показана на рис. 34.

Процесс горения твердого топлива также состоит из ряда последовательных этапов. В первую очередь происходят смесеобразование и тепловая подготовка топлива, включающая подсушку и выделение летучих. Получающиеся при этом горючие газы и коксовый остаток при наличии окислителя далее сгорают с образованием дымовых газов и твердого негорючего остатка — золы. Наиболее длительным оказывается этап сгорания кокса - углерода, который является основной горючей составляющей любого твердого топлива. Так, например, для антрацитов содержание углерода на горючую массу составляет 93—95, а для дров и торфа 50—60 %. Поэтому механизм горения твердого топлива в значительной степени определяется горением углерода.

15.2 Показатели работы топочных устройств

К современным топочным устройствам котлов предъявляется ряд требований: топочное устройство должно обеспечить заданную тепловую мощность установки с получением теплоносителя требуемых параметров; оно должно быть надежным в условиях длительной эксплуатации, безопасным и простым в обслуживании; при работе топки сгорание топлива должно быть по возможности более полным с минимальными потерями от химической и механической неполноты сгорания; должна иметься возможность изменения нагрузки котла в достаточно широком диапазоне; топка должна иметь относительно небольшой расход энергии на собственные нужды; должна быть предусмотрена возможность применения резервного топлива.

Основными показателями топочного устройства являются:

1) пригодность для сжигания данного топлива;

2) тепловая производительность МВт,

Q=ВрQрр ; (15.2)

3) коэффициент избытка воздуха на выходе из топки αт

4) потеря теплоты от химической неполноты сгорания qх.н, %;

5) потеря теплоты от механической неполноты сгорания qм.н, %;,

6) видимая объемная плотность тепловыделения в топке qv, МВт/м3, характеризующая возможность сжигания в единице объема топки топлива Вр, кг/с (или м3/с) при располагаемой теплоте Qрн, МДж/кг (или МДж/м3 с минимально допустимыми значениями qх.н и qм.н

qv= ВрQрр/Vт; (15.3)

7) видимая плотность теплового потока зеркала горения (для слоевых топок) qR , МВт/м2, характеризующая возможность сжигания на решетке площадью R, м2, топлива в количестве Вр, кг/с, с теплотой сгорания Qрн, МДж/кг, при минимально допустимых значениях qх.н и qм.н

qR= ВрQрн/R; (15.4)

8) видимая плотность теплового потока, МВт/м2 через сечение топки площадью Fт

qF= ВрQрр/Fт; (15.5)

9) доля золы, уносимой газами из топки, аун;

10) необходимое давление воздуха перед топкой - р, Па;

11) температура дутьевого воздуха tв °С.

 




Поиск по сайту:

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