Горючі сланці. Горючі сланці є сумішшю сапропелітових (нафтоподібних) продуктів, які утворилися внаслідок розкладання багатих на жири водних мікроорганізмів, що припинили свою життєдіяльність, з мінеральними речовинами, що потрапили в сапропелітові скупчення внаслідок обвалів, замулювань тощо. Сланці відзначаються великим виходом летких речовин (Vг до 85%), високим вмістом водню (Нг до 10%) і високою зольністю (Аг до 70%), помітну частину якої становлять карбонати (СаСО3).
Дуже ефективний метод використання сланців - суха перегонка. Їх застосовують також для енергетичних потреб і на великих теплових електростанціях.
Нафта. Нафта-складна суміш вуглеводнів різного складу. Розрізняють шість її типів. Основні з них - метанова і нафтенова. До останнього часу була загальноприйнятою органічна теорія походження нафти. Нині знову висувають варіанти теорії її мінерального походження. Нафту класифікують також за вмістом сірки (малосірчаста S<0,5%, сірчаста S< 1% і високосірчаста S<3,5%), смолистих речовин і за температурою застигання масляної фракції (малопарафіниста t заст. <-16 °С, парафіниста t заст. = -15 + 20° С і високопарафіниста t заст.>20°С).
Нафта - дуже цінна сировина для хімічної промисловості, виробництва легких палив, мастил та ін. Тому для енергетичних потреб використовують тільки відходи нафтопереробної промисловості - мазути. Склад мазуту мало відрізняється від складу нафти: C =86-88%, H =10 - 11%. Із сірчастих нафт виробляють високосірчасті мазути, в яких вміст сірки S досягає 4%.
Вологість мазуту W =2-3% (якщо під час зливання застосовують паровий розігрів, то W до 5%), а теплота згоряння Q = 39 770 кДж/кг. Мазут - перспективне паливо.
1.4 Газоподібне паливо
У котельних установках широко застосовується газоподібне паливо: природний і доменний гази. Інші штучні гази або зовсім не застосовують для енергетичних потреб, або застосовують дуже рідко (газ підземної газифікації).
На відміну від інших видів палива, склад газоподібного палива задається звичайно в об'ємних процентах. При цьому в розрахунках вводиться нормальний кубічний метр сухого газу. Крім сухої частини, гази містять також домішки: водяну пару, пил, смоли, кількість яких задається в грамах на 1 м3 сухого газу. Теплота згоряння газоподібного палива - це теплота реакції горіння 1 м3 газу. Її можна визначити спалюванням у спеціальній калориметричній установці (типа юнкерса), або калориметричною бомбою; підрахунком за складом газу і відомою теплотою згоряння окремих компонентів
Q = 128СО + 107Н2+ 355СН4 + 628СmН n кДж/м3. (13)
Природні горючі гази поділяють на сухі гази суто газових родовищ і попутні «жирні» гази, що супроводжують нафтовидобуток.
Сухий природний газ є сумішшю вуглеводнів, невеликої кількості інертних газів і сірководню. Основною складовою такого газу є метан, вміст якого досягає 80-98%, решта складових - вуглеводні метанового ряду СnН2n+2, N2, СО3 і Н2S. Природний газ - висококалорійне паливо, теплота згоряння його Q =(33,5-35,5) 103 кДж/м3.
Доменний (колошниковий) газ містить окис вуглецю (20-30%), водень (5-10%), азот (50-55%) і двоокис вуглецю (6-12%). Теплота згоряння його мала: Q= 4,18 103 кДж/м3. Доменний газ використовують на металургійних заводах як паливо котельних установок і технологічних печей.
2. Горіння палива і газові розрахунки
2.1 Стехіометричні співвідношення
Горінням називають процес інтенсивного з'єднання горючої речовини з окислювачем (киснем), що відбувається при високих (1000-2000°С) температурах і характеризується інтенсивним тепловиділенням.
Процес горіння навіть найпростіших за своїм хімічним складом горючих речовин досить складний і для багатьох речовин ще мало вивчений. Ще складніший він для таких комплексних сполук, як органічне тверде паливо. Проте для першого етапу звичайних теплових розрахунків котельних агрегатів і промислових печей - газових розрахунків - досить знати початковий і кінцевий стани системи пальне - окислювач, не розглядаючи процес горіння, проміжних стадій і його кінетики.
Формули, що застосовуються в газових розрахунках, виводять із стехіометричних рівностей, які дають співвідношення реагуючих речовин у молях, вагових і об'ємних одиницях. Нижче наводяться стехіометричні співвідношення для основих горючих елементів твердого, рідкого і газового палива:
С + О2 = СO
1μ 1μ 1 μ
12 кг 32 кг 44 кг
1 м3 ~ 1 м3
2С + О= 2СО
2μ 1μ 2μ
24 кг 32 кг 56 кг
1 м3 2м3
2СО + O = 2СO
2μ 1μ 2μ
2м3 1 м3 ~ 2 м3
СН + 2О == СО +2НО
1μ 2μ 1μ 2μ
1 м3 2 м3~ 1 м3 2м3
Взагалі для вуглеводнів:
CH(m+) О=mCO+HO
{m+} μ mμ μ
{m+} м~mм м
2.2 Витрата повітря
Мінімальна кількість повітря, потрібна для повного згоряння палива, називається теоретичною кількістю повітря. Вона може бути виражена в м3 на 1 кг палива (V0) або в кг/кг (L0).
Користуючись стехіометричними співвідйошеннями, легко визначити вагову теоретичну кількість кисню в кілограмах на 1 кг палива:
L=++7,94-
Потім, беручи до уваги вагову частку кисню в повітрі, що дорівнює 0,231, з рівності L=знаходимо L0:
L=0,115 (C+0,37S)+0,342H -0,043O(1-14)
Поділивши L0 на густину сухого повітря 1,293 кг/м3, дістанемо:
V0 = 0,089 (С + 0,37 S) + 0,265 Нр - 0,033 O (15)
Щоб забезпечити в реальних топках максимальне згоряння палива, до них треба підвести більшу кількість повітря, ніж V0. Відношення дійсної кількості повітря V до V0 називається
коефіцієнтом зайвини повітря в топці α:
α=
Значення α залежать від виду палива і конструкції топки і коливаються від 1,03 для газового палива, до 1,5 для твердого палива, що спалюється на колосниковій решітці
2.3 Об'єм продуктів згоряння
У топкових обладнаннях сучасних котлоагрегатів середньої і великої потужності досягається практично повне згоряння палива. Тому при розрахунках вважають, що воно згоряє повністю. У цьому випадку продукти згоряння складаються з вуглекислого газу СО2, сірчастого ангідриду SO2, невикористаного у процесі горіння азоту N, зайвинного кисню О і водяної пари НО. Сума Vco + Vso + Vo + V =Vc.г. становить об'єм сухих газів. Повний об'єм газів Vг.= Vc.г. + Vно =. Vco + Vso + Vo + V+ Vно.
Щоб дістати зручні для проектування формули, доцільно ввести поняття теоретичного об'єму продуктів згоряння V, тобто об'єму димових газів, який був би при повному згорянні палива теоретичній кількості повітря. У цьому разі V= Vco + Vso + Vно + V (невикористаного кисню в димових газах нема, а відзначати особливим індексом Vco і Vso, непотрібно, бо Vco і Vso, не залежать від коефіцієнта зайвини повітря).
Об'єм триатомних газів V = Vco + Vso, прийнято позначати VRo.
Із стехіометричного співвідношення (I-10) видно, що при спалюванні 1 моля (12 кг) вуглецю утворюється 1 моль вуглекислого газу. Густина СО дорівнює 1,977 кг/м3, об'єм моля СО (при 0 °С і 760 мм рт. ст.) - 22,26 м3. Тому
V=· =1,86 м на 1 кг палива (16)
Аналогічно, якщо густина SO2 дорівнює 2,927 кг/м3, а об'єм моля SO становить 21,89 м3
V=0,68 м на 1 кг палива (17)
Отже
V=1,86 кг/м3 (18)
або, якщо позначити через К суму С + 0,37 S,
V=1,86 кг/м3 (19)
Теоретичний об'єм азоту V, складається з об'єму азоту, що надійшов з теоретичною кількістю повітря і становить 0,79 V° (об'ємна частка азоту разом з аргоном та іншими інертними газами в повітрі становить 0,79), і об'єму азоту, що виділився з палива, 0,8, де 0,8-питомий об'єм азоту в мз/кг:
V=0,79 V°+ 0,8м/кг (20)
Теоретичний об'єм сухих газів
V= V+V=1,86+0,79 V°+0,8м/кг (21)
Водяна пара утворюється при спалюванні палива внаслідок горіння водню і випаровування вологи палива. Крім того, в продукти горіння переходить водяна пара, внесена у топку повітрям, яке підводиться до неї.
Теоретична вагова кількість водяної пари в продуктах згоряння становить:
G=+0,013 V° кг/кг
Тут ·(із стехіометричного співвідношення) - кількість води, що утворилася внаслідок горіння водню палива;
W /100 - випарена волога палива, що перейшла в продукти згоряння;
0,013 V0 - водяна пара, внесена з повітрям (середнє значення вологовмісту повітря d, беруть 10 г. на 1 кг сухого повітря, що становить 0,013 кг на 1 м3 сухого повітря). Теоретичний об'єм водяної пари
V=
Водяна пара в продуктах згоряння сильно перегріта, бо її парціальний тиск малий, а температура висока. Припустивши, що водяна пара підлягає законові Авогадро, значення густини виводять, поділяючи молекулярну вагу Н2О на об'єм моля за нормальних умов:
==0б804 кг/м3
Такий розрахунковий спосіб цілком припустимий, хоча водяна пара при 0°С і 760 мм рт. ст. існувати не може, отже,
V==0,111H+0,0124W+0,0161V м/кг (22)
Об'єм сухих газів при α > 1 дорівнює:
Vcµ.г. = Vc.г. +(α -1) V° м3 /кг (23)
де (α-1) V°-кількість зайвинного повітря. Відповідно
Vн2о = V° н2о + 0, 0161 (α -1) V° м3 /кг (24)
Сумарний об'єм газів
Vг = VRO2 +V°N2 + Vн2о + (α - 1) V0 м3 /кг (25)
Об'ємні частки триатомних газів і водяної пари відповідно дорівнюють:
r= і r=,
а парціальний тиск їх
p=p і p=p
де р - загальний тиск продуктів згоряння. Концентрація леткої золи в димових газах
p г/м (26)
де авин - частка золи палива, що виноситься димовими газами. Вага димових газів
G=1─+1,306αV кг/кг (27)
При паровому дутті або паровому розпилюванні рідкого палива (у невеликих установках), визначаючи об'єм і вагу димових газів, треба ураховувати кількість пари (W).
Об'єми повітря і продуктів згоряння при спалюванні газоподібного палива визначають аналогічно, на підставі стехіометричних співвідношень:
V=0, o476 [0,5CO+0,5H+Σ (m+) CH+1,5HS−O] м/ м (28)
V=0,01 [CO+CO+ΣmCH+HS] м/ м; (29)
V=0,79V+0,01N; (30)
V=0,01 [H+ΣCH+HS+0,124d]+0,0161Vм/м. (31)
Тут СО, Н, N і т.д. - компоненти газового палива в об'ємних процентах; d-вологовміст газового палива в грамах на 1 м3 сухого газу.
Об'єми продуктів згоряння при α> 1 визначаються за раніше наведеними формулами.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
