книги из ГПНТБ / Романов Б.А. Котельные установки предприятий нефтяной и газовой промышленности
.pdfГлава I
ТОПЛИВО И ЕГО ГОРЕНИЕ
§1. ВИДЫ ТОПЛИВА. СОСТАВ жидкого
ИГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ТОПЛИВА. ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ
Топливом называется любое вещество, которое при сгорании (окислении) выделяет значительное количество тепла на единицу массы или объема и доступно для массового использования.
Вкачестве топлива применяют природные и производные орга нические соединения в твердом, жидком и газообразном состоя ниях. В топках котельных агрегатов предприятий нефтехимической
игазовой промышленности сжигается, как правило, жидкое и газообразное топливо.
Наша страна располагает большими запасами нефти .и газа. Добыча нефти по девятому пятилетнему плану в 1975 г. должна достигнуть 480—500 млн. т, а добыча газа 300—320 млрд. м3.
Врезультате переработки нефти — после отгонки легких фрак ций, получается топочный мазут, который используется как топ ливо. Большое значение сейчас, а также в перспективе имеет для
нашей страны природный газ, который добывается из недр земли,' где он находится под высоким давлением (до 15 МПа). К при родным газам относятся и попутные газы, выделяющиеся из нефти при ее добыче. Природный газ из чисто газовых место рождений обычно транспортируется по магистральным газопро водам на большие расстояния. Попутный газ большей частью используют вблизи нефтяных промыслов. На нефтеперерабаты вающих заводах в результате переработки нефти получаются газы крекинга, пиролиза и другие, относящиеся к так называемым искусственным газам.
Топливный баланс СССР изменяется в сторону большего использования жидкого и газообразного топлива, т. е. таких ви дов топлива, которые для своей добычи требуют минимальных капитальных затрат, обладают высокой теплотой ' сгорания и имеют другие ценные качества.
Минимальную себестоимость (в пересчете на условное топ ливо) имеет природный газ, который в 2—3 раза дешевле жидкого топлива и в 4—5 раз дешевле донецкого угля.
9
Жидкое и газообразное топлива выгодно отличаются от твер дого топлива: они имеют высокую теплоту сгорания, содержат мало золы и влаги (в газообразном топливе зола и влага отсут ствуют), легко транспортируются на большие расстояния. Любое топливо состоит из углерода — С, водорода — Н, кислорода — О, азота — N, летучей серы — S.-ь золы (минеральных остатков) — А и влаги — W.
Топливо в том виде, в каком оно подается в топку котельного агрегата и сгорает, называется рабочим топливом.
Элементарный состав рабочего топлива в процентах характе
ризуется уравнением |
|
|
|
|
|
|
|
Ср + Нр |
Ор -г Np -f §л -f Лр + |
= |
ЮО. |
(1) |
|||
Верхний индекс |
«р» при элементах топлива указывает, что |
||||||
это уравнение относится к «рабочему |
топливу». |
Первые |
пять |
||||
элементов образуют |
так |
называемую |
|
горючую |
массу топлива. |
||
Важнейшими горючими элементами топлива являются угле |
|||||||
род С и водород Н. |
Так, |
при сгорании |
1 кг углерода выделяется |
||||
33,7 МДж тепла, а |
при |
сгорании |
1 |
кг |
водорода — 120 |
МДж. |
|
Сера при сгорании |
также выделяет |
тепло |
(9 МДж/кг), |
но яв |
|||
ляется нежелательным горючим элементом котельного топлива. При горении летучей серы образуется сернистый газ SO2 , который
вызывает коррозию металла труб котельного агрегата и, попадая с уходящими газами в атмосферу, вредно действует на окружаю щую местность.
В связанном состоянии почти в любом топливе находятся кис
лород О и азот N, |
образующие внутренний балласт. Наличие |
этих элементов уменьшает тепловыделение топлива. |
|
Зола А и влага |
W — нежелательные примеси, составляю |
щие внешний балласт топлива. Содержание золы и влаги в топ ливе определяется, главным образом, внешними факторами — способом добычи, хранением, доставкой и т. д. Наличие золы и влаги уменьшает количество выделяемого тепла при сгорании топлива. Кроме того, часть тепла топлива бесполезно теряется, так как расходуется на испарение влаги, содержащейся в топливе (около 2,5 МДж на 1 кг влаги).
Все основные теплотехнические расчеты процесса сгорания топлива ведут по элементарному составу рабочего топлива. В об щем случае элементарный состав рабочего топлива меняется в зависимости от содержания золы и влаги. Элементарный состав горючей массы топлива не зависит от внешних факторов, является стабильным, поэтому этим понятием пользуются при изучении физических свойств топлив и их классификации.
Важной теплотехнической характеристикой топлива является его удельная низшая теплота сгорания, представляющая количе ство тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг жидкого
или твердого топлива (или |
1 м3 газообразного топлива) в обыч |
ных практических условиях, |
когда водяные пары, содержащиеся |
ю |
|
в продуктах сгорания, не конденсируются, а удаляются в атмо сферу.
Низшую удельную теплоту сгорания жидкого топлива Q» в МДж/кг можно определить по приближенной формуле Д. И. Мен делеева
Qp = |
0,338СР + |
1,025НР — 0,108 (Ор — Sp) — 0,025U7P. |
(2) |
|||||||||
Газообразное топливо состоит из смеси отдельных |
газов (ком |
|||||||||||
понентов); |
так природный газ состоит |
из метана и более тяже- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
Таблица |
I |
|
|
|||
|
Теплота сгорания компонентов газообразного топлива |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
Низшая удельная теплота |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
сгорания (?£ |
|
|
|||
|
Газ |
|
|
Относительная |
|
|
объемная, |
|
||||
|
|
|
молекулярная |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
масса (.1 |
массовая, |
МДж/м* (в |
|
||||
|
|
|
|
|
|
МДж/кг |
|
нормальных |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
физических |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
условиях) |
|
||
Окись углерода (СО) • |
. |
28,01 |
|
10,1 |
|
|
12,6 |
|
||||
Водород |
(Н2) ................................. |
S ) |
|
|
2,016 |
|
120,0 |
|
|
10,8 |
|
|
Сероводород ( H .. |
\ . |
. |
34,08 |
|
15,0 |
|
|
22,8 |
|
|||
Метан (С Н ,|).................... |
|
16,04 |
|
50,0 |
|
|
35,8 |
|
||||
Ацетилен ( G . H . ) ............................ |
|
|
26,04 |
|
48,3 |
|
|
56,3 |
|
|||
Этилен (С оН .і)............................. |
|
|
|
28,05 |
|
47,2 |
|
|
59,1 |
|
||
Этан (С.,Н0) ................................. |
|
|
|
30,07 |
|
47,5 |
|
|
63,7 |
|
||
Пропилен (С Д Іо )......................... |
|
|
42,08 |
|
45,8 |
|
|
86 ,0 |
|
|||
Пропан (С3Н8) ............................. |
|
|
|
44,09 |
|
46,4 |
|
|
9 1 ,2 |
|
||
Бутилен (С4Нч) . ......................... |
56,10 |
|
45,3 |
|
|
113,0 |
|
|||||
Пентплен (CsH10) ......................... |
|
|
70,13 |
|
45,0 |
|
|
141,0 |
|
|||
Бутан (CjH10) ............................. |
|
. . • . |
. |
58,12 |
|
4 5 ,8 |
|
|
129,0 |
|
||
н-Пентаи (п = С5Н12) |
72,15 |
|
45,4 |
|
|
146,0 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
2 |
|
Элементарный состав и низшая |
удельная теплота сгорания топочного мазута |
|||||||||||
|
|
Элементарный состаг , % |
|
Низшая |
|
|
||||||
|
|
|
Кисло |
|
|
|
Удельный |
|||||
|
Угле |
Водо |
Сера |
|
|
удельная' теп |
||||||
Мазут |
род II |
|
|
теоретический |
||||||||
род |
род |
азот |
летучая |
Зола |
Влага |
лота сгорания |
расход возду |
|||||
|
СР |
HP |
ОР + |
sP |
.4P |
WP |
QP, |
|
МДж / кг |
ха L0t |
кг/кг |
|
|
Л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
+ NP |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Малосерни- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стыіі |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М-40 |
84,9 |
10,8 |
0,6 |
0,5 |
0,2 |
3,0 |
|
39,5 |
|
13,5 |
||
М-100 |
85,2 |
10,2 |
0,8 |
0,5 |
0,3 |
3,0 |
|
38,9 |
|
13,3 |
||
М-200 |
85,5 |
9,9 |
0,8 |
0,5 |
0,3 |
3,0 |
|
38,8 |
|
13,3 |
||
Сернистый |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М-40 |
82,6 |
10,6 |
0,6 |
2,9 |
0,3 |
3,0 |
■ |
38,9 |
|
13,3 |
||
М-100 |
83,1 |
10,0 |
0,7 |
2,9 |
0,3 |
3,0 |
|
38,4 |
|
13,1 |
||
М-200 |
83,4 |
9,7 |
0,7 |
2,9 |
0,3 |
3,0 |
|
38,2 |
|
13,0 |
||
11
ю |
Т а б л и ц а 3 |
|
Средний состав и расчетные характеристики природных и попутных нефтяных газов некоторых месторождений
|
Состав газа, ° / |
объем». |
|||
Газ и месторождения |
m |
£ |
БутанСЧН 10 |
X |
Углекислый СОгаз. |
£ |
X |
X |
|||
X |
X |
U |
|
и |
|
и |
О |
ж |
|
|
|
ж |
га |
|
га |
|
|
СВ |
га |
С |
|
|
|
Й |
а |
|
5 |
|
|
|
|
о |
|
t |
|
Азот N. |
Сероводород HjS |
|
Низшая |
удельная |
Удельный |
теоретиче |
|
|
теплота |
сгорания |
|||
|
|
|
QP |
ский расход воздуха |
|
Относи- |
|
|
ч н |
|
|
тельная |
|
|
|
|
|
молеку |
|
|
|
|
|
лярная |
объемная |
массовая |
|
|
|
масса р. |
М Дж/м3 |
мя/м 3 |
кг/кг |
||
I |
(при |
0° С |
М Дж /кг |
||
0,1 |
МПа) |
|
|
|
|
Природный газ газовых месторо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ждений |
|
93,0 |
3,1 |
0,7 |
0,6 |
|
0,1 |
2,5 |
|
17,2 |
36,8 |
47,7 |
9,72 |
16,4 |
Г азлинское ■ |
............................. |
|
|
|||||||||||
Березовское ................................. |
|
95,1 |
1,1 |
0,3 |
— |
— |
0,4 |
3,1 |
— |
16,7 |
35,3 |
47,1 |
8,97 |
15,6 |
Ш ебелинское..................... |
• . |
89,9 |
3,1 |
0,9 |
0,4 |
— |
0,3 |
5,4 |
— |
17,6 |
35,5 |
45,2 |
9,41 |
15,5 |
Северо-Ставропольское . . . . |
98,7 |
0,3 |
0,1 |
0,1 |
— |
0,1 |
0,7 |
— |
16,2 |
35,8 |
50,2 |
9,50 |
17,0 |
|
Теньгинское ................................. |
|
91,4 |
5,3 |
1,4 |
0,7 |
о , з |
0,6 |
0,3 |
— |
17,8 |
38,7 |
48,7 |
9,55 |
15,5 |
Попутный газ нефтяных месторо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ждений |
|
81,6 |
6,5 |
3,0 |
1,9 |
1,4 |
4,0 |
1.5 |
0,1 |
20,6 |
40,7 |
44,4 |
10,7 |
15,1 |
Жирновское................................. |
|
|||||||||||||
Ромашкинское . ......................... |
40,0 |
19,5 |
18,0 |
7,5 |
4,9 |
0,1 |
10,0 |
— |
30,9 |
59,9 |
43,4 |
15,4 |
14,4 |
|
Туймазинское ............................. |
|
39,5 |
20,0 |
18,5 |
7,7 |
4,2 |
0,1 |
10,0 |
— |
30,8 |
59,7 |
43,6 |
15,5 |
14,6 |
Узеньское..................................... |
|
60,0 |
18,9 |
11,6 |
5,1 |
3,0 |
0,3 1,1 |
|
25,9 |
55,1 |
47,7 |
14,3 |
16,0 |
|
лых углеводородов. Поэтому теплоту сгорания газообраз
ного топлива Qn в МДж/кг S |
|
|
|||||||||
можно определять по теп- = |
|
|
|||||||||
лотам |
сгорания |
отдельных ѵо |
|
|
|||||||
газов, входящих в смесь, |
“ |
|
|
||||||||
Qn = |
'iQi -f- гoQ Ч- • |
• |
• |
(3) |
|
|
|||||
гщі + г2р2 + • |
• |
■ |
|
|
|||||||
|
|
|
|||||||||
или теплота сгорания газо |
|
|
|||||||||
образного |
топлива |
|
Q» |
в |
|
|
|||||
МДж/'м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
qv _ |
r\Q\ 4~ r2Qi + • • |
• |
|
|
|
||||||
Ѵн |
|
|
22,4 |
|
|
|
|
|
|
||
где г\, г2,... ■— объемное |
со |
5 |
|
||||||||
держание |
отдельных |
горю |
X |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
чих |
газов^ в_ газообразном |
о |
|
||||||||
ѵо |
|
||||||||||
топливе; |
Qi, Q2, ...— низшая |
cd |
|
||||||||
Cu |
|
||||||||||
теплота сгорания этих газов |
О |
|
|||||||||
О |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CL |
|
|
в МДж/кмоль; рі, рг,....— |
С |
|
|||||||||
со |
|
||||||||||
относнтельная |
молекуляр- |
о |
|
||||||||
ная масса |
этих |
газов в |
га |
со |
|
||||||
cd |
и |
||||||||||
зообразном топливе. |
|
|
|||||||||
|
|
5 |
|||||||||
В |
табл. |
1 |
приведены |
s |
|
||||||
н |
|
||||||||||
данные |
о |
теплоте |
сгорания |
о |
|
||||||
компонентов |
газообразного |
|
|
||||||||
топлива, в табл. 2, |
3 и 4 — |
|
|
||||||||
данные |
о |
жидком |
топливе, |
Ч) |
|
||||||
природном и попутном га |
|
||||||||||
3 |
|
||||||||||
зах |
и |
газах |
переработки |
Xн- |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«J |
|
|
нефти. |
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|||
Чем |
меньше |
удельная |
cd |
|
|||||||
о. |
|
||||||||||
теплота |
сгорания |
топлива, |
|
|
|||||||
тем больше его расходуется |
|
|
|||||||||
в котельном |
агрегате. |
|
|
|
|||||||
Для сравнительной оцен |
85 |
|
|||||||||
ки различных |
топлив |
вво |
5 |
|
|||||||
дится понятие |
об |
условном |
из |
|
|||||||
Cl |
|
||||||||||
топливе. |
|
|
топливом |
на |
О |
|
|||||
Условным |
|
|
|||||||||
зывается топливо с удель |
|
|
|||||||||
ной низшей теплотой сгора |
|
|
|||||||||
ния 29,3 МДж/кг. Для пере |
|
|
|||||||||
вода |
расхода |
натурального |
|
|
|||||||
топлива В в условное Ву |
|
|
|||||||||
следует |
величину |
В умно- |
|
|
|||||||
« |
X |
и |
1 1 |
3 |
ы |
шА
С!
|
Н CL |
Z |
||
я Е |
|
массовая жДМ/кг |
||
|
|
|
||
Ч |
с . |
|
|
|
| е |
|
ь = |
|
|
с: га |
|
объемная "м/МДж |
0°при(С МПа0,1и ) |
|
я н |
|
|||
|
|
|
||
3 |
ч |
|
|
|
2 g |
|
|
|
|
ЕР |
|
|
|
|
|
|
Относи тельная молеку лярная масса |.і |
|
|
|
|
|
“N |
J-OEV |
5ОЭ |
|
ц ія іг э к м э ім д |
||
SsH ѴосІоѴоноёээ
ООвѴосіэимЛ чэшіо
НffodoVog
o!HsO нэігпінэц
“Н'Э iiainiiXg
8Нсэ наі/ішосіц
*•Н5Э нэігнхе
0 1Н5Э 1IBJ.HDU
0,НГЭ HBJ-Ag
SН'Э. HBUodu
н*э »ßj-e
‘ НЭ нвхаѵѵ
СО |
О ) |
h - |
CN |
|
LO |
Ю |
щ |
Ю |
|
12,3 |
17,9 |
ОО |
15,9 |
|
0 0 |
||||
|
|
|
||
46,9 |
46,7 |
46,7 |
44,4 |
|
46,9 |
67,8 |
71,6 |
59,9 |
|
|
і |
|
|
|
22,5 |
32,4 |
34,6 |
30,3 |
|
о ' |
1 |
1 |
1 |
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
6,4 |
|
0,8 |
|
1 |
|
|
|
|
|
||
14,0 |
3 ,2 |
15,3 |
2 ,6 |
|
1 |
2,2 |
2 ,6 |
4 ,6 |
|
5,0 |
3 ,7 |
7,6 |
5 ,5 |
|
9 ,0 |
2 ,0 |
|
4 ,5 |
|
17,0 |
Г - |
3 ,3 |
6 ,5 |
|
|
||||
1 |
с о |
6 ,7 |
2 ,9 |
|
|
|
13,0 |
О |
|
1 |
ОО |
|
||
1 |
5,8 |
9 ,6 |
6,2 |
|
о |
|
to |
|
|
см |
|
|
||
Ю |
Ю |
ОО |
СО |
|
— |
CN |
со |
■Ч* |
|
|
|
CN |
|
|
• о> • « |
X |
|||
|
CL |
8$ |
||
|
А |
X |
§ |
|
. зЯ .О ' |
||||
13
жить на топливный эквивалент Э
Ву = ВЭ. |
(4) |
Топливный эквивалент получают путем деления удельной низ шей теплоты сгорания натурального топлива Qp на удельную
теплоту сгорания условного топлива Qy
|
|
|
|
Э = |
Q5 |
|
|
|
|
|
(5) |
Если QP выразить в МДж/кг пли в МДж/м3, уравнение |
(5) |
||||||||||
примет вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Э = |
|
|
|
|
|
|
(5а> |
|
|
|
|
29.3 |
|
|
|
|
|
|
|
Пример 1. Определить низшую удельную теплоту сгорания малоеернистого |
|||||||||||
мазута М-100 по формуле Д. И. Менделеева; |
состав мазута; |
углерод 0= 85,2% , |
|||||||||
водород Иf* = 10,2%, кислород Ор=0.-1%, |
азот Np=0,4%, |
сера Sp =0,5%, |
зола |
||||||||
/1р=0,3%, влага Н''р=3%. |
|
|
|
|
|
(2) |
|
|
|||
Р е ш е н и е . |
Низшая удельная теплота сгорания мазута |
|
|
||||||||
QP = |
0,338CP + |
1,025НР — 0,108 (Ор — Sp) — 0,0251Рр = |
|
|
|||||||
= 0,338 -85,2 + |
1,025 • |
10,2 — 0,108 (0,4 — 0,5) — 0,025 • 3 = |
|
||||||||
|
= 39,2 МДж/кг (пли 39,2 |
• 239 = 9370 ккал/кг). |
|
|
|||||||
Точное значение |
теплоты |
сгорания |
мазута |
М-100 |
(табл. |
2) |
QjJ = |
||||
=38.9 МДж/кг. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
** „ * |
|
Таким образом, расхождение между полученным значением удельной те |
|||||||||||
плоты сгорания |
по (2) |
и точным |
значением |
достигает 0,3 МДж/кг, т. е. 0,77%. |
|||||||
Пример 2. Определить |
расход условного |
топлива, |
если |
|
в топке |
котельного |
|||||
агрегата сжигается 540 м3/ч крекинг-газа с удельноіі низшей теплотой сгорания;
Qp =67,8 |
МДж/м3. |
|
|
|
|
|
Р е ш е н и е . |
1. Топливный эквивалент крекпнг-газа |
|||||
|
|
Э = |
67,8 |
= |
2,31. |
|
|
|
29,3 |
||||
|
|
29,3 |
|
|
|
|
Это |
значит, |
что 1 м3 газа эквивалентен |
2,31 |
кг |
условного топлива. |
|
2. Расход условного топлива |
|
|
|
|
||
|
|
Ву = В ■Э = |
540 - 2,31 |
= 1250 |
кг/ч. |
|
§ 2. РАСХОД ВОЗДУХА. КОЭФФИЦИЕНТ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА. |
||||||
|
МАССА И ТЕПЛОЕМКОСТЬ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ |
|||||
Для |
осуществления непрерывного |
и полного горения топлива |
||||
в топку котельного агрегата наряду с топливом необходимо под водить воздух.
Зная элементарный состав рабочего топлива и учитывая ос новные реакции горения, можно определить удельный теоретиче-
14
скин или минимальный расход воздуха L0 в кг/кг, необходимый для полного сгорания 1 кг топлива,
Г |
11,6СР + |
34,4НР + |
4.3S-? — 4,ЗОр |
/ £ \ |
|
’ |
1 |
‘ |
' Л |
||
Удельный расход воздуха |
Ѵ'0 в кубических |
метрах (при 0°С |
|||
и ОД МПа) на 1 кг жидкого |
топлива |
можно определить по |
|||
формуле |
|
|
|
|
|
Ѵ'о = — |
, |
|
(6а) |
||
|
|
Рв |
|
|
|
где рп — плотность воздуха |
в |
кг/м3 |
(при |
0°С |
и ОД МПа рп = |
= 1,293 кг/м3). |
|
минимальный |
объемный расход- |
||
Для газообразного топлива |
|||||
воздуха Ѵ0 в кубических метрах на 1 м3 топлива
Ѵ0 = 0.0238СО + 0,0238Н2 ф 0,0714H2S ф 0,0952СН4 0,167С2Н6 ф
+ 0,238СзН8 ф О,309С4Н1о+ 0,381С5На, -Д 0,143С2Н4 -- 0,214С3Н6 ф
ф 0,286С4Н„ ф 0,357С5Н1о — 0,04760.,, |
|
|
(7) |
||
где СО, Н2, H2S, |
СН4 и т. д. — объемное содержание окиси угле |
||||
рода, водорода, |
сероводорода, |
метана и т. д. в |
газообразном |
||
топливе (в %). |
|
в килограммах |
на 1 |
м3 |
газа |
Удельный расход воздуха 7/0 |
|||||
(кг/м3) можно определить по формуле |
|
|
|
||
|
£о = |
РвѴѴ |
|
|
(7а) |
Теоретический |
удельный расход воздуха L0 в |
кг/кг |
или |
L'q |
|
в кг/м3 для жидкого и газообразного топлива можно приближен но определить также делением удельной низшей теплоты сгора
ния топлива Qn в МДж/кг или МДж/м3 на 2,9
где 2,9 — расход воздуха в килограммах на 1 МДж: теплоты сго рания топлива.
Уравнение (8) важно потому, что с помощью его можно опре делить теоретический расход воздуха, не зная состава жидкого или газообразного топлива.
В действительности в топку котельного агрегата воздуха сле дует подавать больше, чем это теоретически необходимо и под считано по (6) или (7). Это связано с тем, что практически невозможно обеспечить равномерное смешение воздуха с топливом и при подаче теоретически необходимого количества в одних ча стях топки будет избыток воздуха, а в других его будет не хва тать. В результате топливо сгорает не полностью и часть теплоты
15
сгорания теряется. Эти потери тепла называются потерями от
химической неполноты сгорания. Так, например, теплота сгорания
углерода С 02 — 33,7 МДж/кг, |
а при неполном сгорании его в |
окись углерода СО выделяется |
» 9 ,8 МДж/кг, т. е. на 1 кг угле |
рода теряется около 23,9 МДж. |
|
Отношение действительного расхода воздуха к теоретически необходимому расходу воздуха называется коэффициентом избыт
ка воздуха а. |
|
|
или |
Следовательно, действительный расход воздуха L в кг/кг |
|||
V в м3/м3 можно определить по следующим уравнениям: |
|
||
|
L = |
аL0, |
(9) |
|
V = |
аѴ0. |
(9a) |
Рекомендуемые значения коэффициента избытка воздуха за |
|||
висят от вида сжигаемого |
топлива и конструкции топочных |
||
устройств. Так, при сжигании |
мазута, природного и попутного |
||
газа коэффициент избытка |
воздуха в топке ат= 1,15ч-1,20; |
при |
|
сжигании природного и попутного газа в топках с беспламенными горелками сст =1,054-1,10.
Масса газообразных продуктов сгорания, образующихся при горении 1 кг жидкого или газообразного топлива, определяется по закону сохранения массы вещества при химических реакциях. Масса газообразных продуктов сгорания m равна сумме 1 кг топлива, удельного расхода воздуха L = aL0 и удельного расхода форсуночного пара І^фор (при сжигании жидкого топлива и па ровом распыливании, при механическом, воздушном распыливании жидкого топлива и сжигании газообразного топлива это слагаемое отсутствует)
|
|
m — 1 + |
а L0 -f |
IP фор. |
(10) |
|
Удельный расход пара на распыливанпе жидкого топлива в |
||||||
паровых |
форсунках, в зависимости |
от |
конструкции, состояния |
|||
и режима работы, |
составляет 0,3—0,5 кг на 1 кг жидкого топлива. |
|||||
Таким образом, масса образующихся газообразных продуктов |
||||||
сгорания |
зависит |
в основном |
от расхода воздуха, |
а следова |
||
тельно, от коэффициента избытка воздуха. |
|
|
||||
Как уже указывалось, при работе с коэффициентом избытка |
||||||
воздуха, |
равным |
единице (а =1), будет |
происходить |
неполное |
||
сгорание |
топлива, |
сопровождающееся |
потерями от |
химической |
||
неполноты сгорания. Работа с большими избытками воздуха при водит к увеличению массы газообразных продуктов сгорания и, следовательно, к увеличению потерь тепла с уходящими газами. Отсюда следует, что нужно работать с таким наименьшим коэф фициентом избытка воздуха, который обеспечивает полное сгора ние топлива, т. е. отсутствие потерь от химической неполноты сгорания.
Необходимо учитывать, что неполное сгорание топлива может происходить не только при недостатке воздуха, но и при плохом
Iß
перемешивании топлива с поступающим в топку воздухом, при недостаточно высокой температуре в топке и недостаточном объе
ме топочного пространства.
Постоянный контроль за режимом горения топлива в топках котельных агрегатов осуществляется с помощью газоанализато ров, которые позволяют определять состав продуктов сгорания, т. е. содержание в газообразных продуктах сгорания углекислого газа СО2 , избыточного кислорода О2 , окиси углерода СО, водоро
да Н2 и других продуктов неполного горения топлива.
При полном сгорании топлива и теоретическом расходе воз духа (а=1) в продуктах сгорания содержалось бы максимальное количество углекислого газа СОгтах, колеблющееся для топочных
мазутов в узких пределах — от |
16,0 |
до 16,5%, для |
природного |
и газа нефтепереработки — от 12,0 до 13,5%. |
продуктах |
||
Действительное содержание |
СО2 |
в газообразных |
|
сгорания всегда меньше максимального значения и при этом тем меньше, чем больше избыток воздуха.
Основной задачей контроля процесса горения является опре деление действительного коэффициента избытка воздуха в топке ат по составу газообразных продуктов сгорания.
Коэффициент избытка воздуха приблизительно можно опреде
лить по формуле |
|
„ _ С02max |
л ц |
Важнейшей физической характеристикой продуктов сгорания является удельная теплоемкость ср, представляющая собой ко личество тепла, которое нужно затратить для повышения темпе ратуры 1 кг дымовых газов на 1 К или на 1°С (что одно и то же).
Удельную теплоемкость продуктов сгорания можно рассмат ривать как теплоемкость смеси, состоящей из двух компонентов — сухих газов /п.с.г и водяных паров т в.п, и определять как сумму произведений массовых концентраций сухих газов mcx/m и водя
ных паров mBM/m на |
их удельные теплоемкости ср с.г и ср п.п |
|||
„ |
С .Г . |
ГПа |
(С рв.п |
Qp с.г)- ( 1 2 ) |
Ср = |
-------с,■р с.г |
Ср в.п — С,р с. г + |
||
Удельная теплоемкость сухих газов |
ср с.г зависит |
от состава |
||
газов и приблизительно равна удельной теплоемкости сухого воз духа
Срс.г = Срвоз- |
(12а) |
Средняя удельная теплоемкость газообразных продуктов сго рания срт может быть подсчитана как истинная теплоемкость ср, взятая при среднеарифметической температуре процесса tmSL=
—(^ и t2— температура начала и конца процесса соот
ветственно). |
Т |
~ |
I |
' |
"■~"і |
|
|
і; |
Гос. чус,::;- .-. |
: |
|
||
|
! |
Нс*ѵ*:к.>Тѵ‘-х::,і |
еѵ:Ѵ~ | |
I7 |
||
|
І |
СгН.ѴілОТс. |
|
V. I |
j |
|
|
|
|
||||
'..ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА j
Т а б л и ц а 5
Истинные удельные теплоемкости воздуха и водяного пара (по М. П. Вукаловичу и И. И. Но викову)
Удельная теплоем кость Ср, КД ж /(кг*сС)
Темпера тура, °С
сухого ВОДЯНОГО
воздуха пара
Значения удельных теплоемкостей сухого воздуха и водяных паров в за висимости от температуры приводятся в табл. 5.
Масса водяных паров пів,п в кг/кг, содержащихся в продуктах сгорания 1 кг топлива, равна сумме масс во дяных паров, содержащихся в 1 кг топ-
лива WP водяных паров, образовав
шихся от сгорания водорода 1 кг топ-
0 |
1,00 |
1,86 |
9НР |
и дополнительно введенного |
||
300 |
1,05 |
2,00 |
лива |
|||
600 |
1,11 |
2,20 |
в топку форсуночного пара І^фор |
|
||
900 |
1,17 |
2,42 |
|
|||
1200 |
1,21 |
2,60 |
т, |
9НР -I- ГР |
№ фор- |
(13) |
|
|
|
Гоо |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Масса |
сухих |
газов |
тс.г в кг/кг |
определяется как разность |
||
массы газообразных продуктов сгорания т и массы водяных паров Л2в.ш содержащихся в продуктах сгорания,
|
|
|
тс.г — т |
■тВ'П. |
|
|
(14) |
||
Пример 3. Определить теоретический и действительный удельный расход |
|||||||||
воздуха для сжигания 1 кг малосернлстого мазута |
М-100, |
если |
коэффициент |
||||||
избытка |
воздуха |
в топке |
котла а т = 1,2; |
состав |
мазута |
М-100 |
принять из |
||
примера |
1. |
Теоретический удельный расход воздуха (6) |
|
||||||
Р е ш е н и е . 1. |
|
||||||||
|
|
11,6СР |
34,4HP + |
4,3SP— 4,ЗОр |
|
|
|||
|
Ц>= ------ |
|
100 |
|
|
|
|
||
|
И .6 - 85, 14 - 34,4 |
- 10,3 + |
4 , 3 - 0 , 5 — 4 , 3 - 0 . 4 |
13,4 |
кг/кг. |
||||
|
|
|
|
100 |
|
|
= |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По прнблнженной’формуле (8) |
|
|
|
|
|
||||
|
|
Lo = |
Qh |
_ |
39,1 |
= 13,4 кг/кг. |
|
|
|
|
|
2,9 |
~ |
2,9 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2. Действительный удельный расход воздуха |
|
|
|
||||||
|
|
L-r = O!tL0 = |
1,20 • 13,4 = 16,1 |
кг/кг. |
|
|
|||
Пример 4. Определить теоретический и действительный объемный расход воздуха для сжигания 1 м3 газа каталитического крекинга, если коэффициент
избытка воздуха |
в топке котла |
ат=1,15; объемный |
состав |
газа |
каталитиче |
|||
ского крекинга и низшую теплоту сгорания взять из табл. 4. |
|
|
||||||
Р е ш е н и е . |
1. Теоретический объемный расход воздуха (7) |
|
|
|||||
К0= 0,0238СО + |
0,0238Н2 + |
0,0714H2S + |
0 ,0952СҢ, + |
0,167С2Н„ + |
0 ,238C3HS + |
|||
+ 0 ,309С4Н10 + 0 ,381С5Н13 + |
0 ,143С2Н4 + |
0,214С3Н0 + |
0,286С4Н8 + |
0 ,357С5Н10— |
||||
— 0,04760-8 = |
0,0238 • 15,3 + |
0,0952 - 23,8 + 0,167 • 6,4 + 0,238 |
■9,6 + |
|||||
+ 0,309 • |
13,0 + |
0,381 |
■6,7 + |
0,143 ■3,3 + |
0,214 • |
11,7 + |
||
|
+ |
0,286 • 7,6 + 0,357 - 2,6 = 18,6 |
м3/м3- |
|
|
|||
18