2 сентября, 2012 
admin Определяемые величины. Состав твердого и жидкого топлива определяют в процессе технического и элементарного анализа в процентах по массе
Ср + 5р + Нр + Ор + Ыр-гЛр+ И!7р = 100%.
Объемы воздуха и продуктов сгорания при работе на твердом и жидком топливе подсчитывают, исходя из элементарного состава топлива, выраженного в процентах по массе, а при сжигании газообразного топлива — по компонентному составу газа, данному в процентах по объему.
При сжигании топлива определяют количество кислорода, необходимое для сгорания топлива в стехиометрических условиях и с учетом избытка воздуха, поступающего в установку.
Обозначим:
L0 — количество воздуха, кг, необходимое для сгорания 1 кг топлива в стехиометрических условиях;
L — количество воздуха, кг, необходимое для сгорания 1 кг топлива с учетом избытка воздуха, поступающего в установку;
Vo2—объем кислорода м3, необходимый для сгорания 1 кг твердого и жидкого топлива или 1 м3 горючего газа в стехиометрических условиях;
Vo2— объем кислорода, м3, необходимый для сгорания 1 кг твердого и жидкого или 1 м3 газообразного топлива, с учетом избытка воздуха, поступающего в установку;
П— объем воздуха, м3, необходимый для сгорания 1 кг твердого и жидкого или 1 їм3 газообразного топлива в стехиометрических условиях;
Ув — объем воздуха, м3, необходимый для сгорания 1 кг твердого и жидкого или 1 м3 газообразного топлива, с учетом избытка воздуха, поступающего в установку;
А — коэффициент избытка воздуха (или коэффициент расхода воздуха), т. е. отношение объема воздуха, поступающего в установку, к объему воздуха, необходимому для сгорания топлива в стехиометрических условиях: а=Ув: Ув. Поскольку объем избыточного воздуха, поступающего в установку, может возрастать вследствие подсосов воздуха по тракту, при определении коэффициента избытка воздуха указывают, для какой зоны установки он подсчитан (например, ат — в топке; ап — после пароперегревателя; аз — после экономайзера; ар — после рекуператора; ак — после котла-утилизатора; ау. г — в уходящих газах);
VC02—объем двуокиси углерода в продуктах сгорания, м3, иа 1 кг твердого или 1 м3 газообразного топлива;
Vso2—объем сернистого газа в продуктах сгорания, м3, иа 1 кг твердого и жидкого или 1 м3 газообразного топлива;
VR02— суммарный объем кислотных окислов КОг в продуктах сгорания (CO2+SO2), м3, на 1 кг твердого и жидкого или 1 м® газообразного топлива;
Усо— объем окиси углерода в продуктах неполного сгорания, м3, на 1 кг твердого или 1 м3 газообразного топлива;
Ун. — объем водорода в продуктах неполного сгорания, м3, на 1 кг твердого и жидкого или 1 м3 газообразного топлива;
^сн4 — объем метана в продуктах неполного сгорания, м3, на 1 кг твердого и жидкого или 1 м3 газообразного топлива;
V02— объем избыточного кислорода в ‘продуктах сгорания, м3, иа 1 кг твердого и жидкого или 1 м3 газообразного топлива;
Vn2 — объем азота в продуктах сгорания, м3, на 1 кг твердого или 1 м3 газообразного топлива в стехиометрических условиях;
Vn2—объем азота в продуктах сгорания, м3, на 1 кг твердого и жидкого или 1 м3 газообразного топлива с учетом коэффициента расхода воздуха;
Vh2o — объем водяного пара в продуктах сгорания, м3, на 1 кг твердого и жидкого или 1 м3 газообразного топлива при полном его сгорании в стехиометрических условиях;
VH2o — объем водяного пара в продуктах сгорания, м3, на 1 кг твердого и жидкого или 1 м3 газообразного топлива с учетом коэффициента расхода воздуха.
Объемы кислорода, воздуха и продуктов сгорания подсчитывают при нормальных условиях.
Различают объем сухих продуктов сгорания Vc. r и суммарный объем Vs. влажных продуктов сгорания, включающий водяной пар, и подсчитывают:
VI г— объем сухих продуктов сгорания, м3, образующийся при полном сгорании 1 кг твердого и жидкого или 1 м3 газообразного топлива в стехиометрических условиях; Vc г — объем сухих продуктов сгорания, м3, на 1 кг твердого н жидкого или на 1 м3 газообразного топлива с учетом неполноты сгорания и избытка воздуха;
H — коэффициент изменения объема сухих газов по отношению к теоретическому, h = Vc г: V°r. Подобно коэффициенту избытка воздуха а коэффициент изменения объема сухих продуктов сгорания h может возрастать вследствие присосов воздуха по тракту, в соответствии с чем различают Лт, йп, Аэ, Ар, Ак, Лу г; —суммарный объем влажных продуктов сгорания, м3, образующийся при полном сгорании 1 кг твердого и жидкого или 1 м3 газообразного топлива в стехиометрических условиях;
Vz— суммарный объем влажных продуктов сгорания, м3, на 1 кг твердого и жидкого или 1 м3 газообразного топлива с учетом неполноты горения и избытка воздуха.
Последовательность подсчета. Подсчет ведут в следующей последовательности:
1. Производят технический анализ топлива и определяют содержание золы и влаги по методике, изложенной в гл. I.
2. Определяют (по разности) содержание горючей массы топлива.
3. Устанавливают состав горючей массы топлива элементарным анализом или по справочным таблицам.
4. Пересчитывают содержание горючих компонентов топлива с горючей массы на рабочую (по формуле, приведенной на стр. 113).
5. Подсчитывают количество кислорода и воздуха, необходимое для сгорания топлива, и количество продуктов сгорания на основе стехиометрических уравнений горения углерода Ср, серы Sp и водорода Нр.
Подсчет расхода кислорода и воздуха:
С + 02=С02;
12 кг 32 кг 44 кг;
S + Oa = SOa;
32 кг 32 кг 64 кг;
Н2 + 0,5-02 = Н20.
2 кг 16 кг 18 кг
‘ Следовательно, при полном сгорании 1 кг углерода в стехиометри — ческом количестве кислорода расходуется 32: 12=2,67 кг кислорода и образуется 3,67 кг двуокиси углерода (углекислого газа). При сгорании 1 кг горючей серы Sr, ‘входящей в состав органических соединений S0 и в состав колчедана (сульфидов) SK, расходуется 1 кг кислорода и образуется 2 кг сернистого газа.
Из уравнений горения углерода и серы видно, что на 1 кг-атом углерода или горючей серы расходуется 1 кмоль кислорода.
В действительности при сгорании колчедана расход кислорода несколько больше. Так, железный колчедан сгорает по уравнению
4FeS2 + 1102 = 2Fe203 + 8SOa.
Однако погрешность, допускаемая при подсчете расхода кислорода, необходимого для сгорания топлива, без учета дополнительного расхода кислорода на окисление металла, входящего в состав колчедана, сравнительно невелика. Поэтому расход кислорода и воздуха подсчитывают обычно без учета этой величины.
Следовательно, расход кислорода на 1 кг горючей серы меньше расхода на 1 кг углерода во столько раз, во сколько раз атомный вес серы больше атомного веса углерода. Отсюда 1 кг горючей серы эквивалентен в отношении расхода кислорода 12:32=0,375 кг углерода. Расход кислорода на горение углерода и серы иногда подсчитывают суммарно, исходя из содержания в топливе «условного углерода», т. е. суммы C+0.375S, обозначаемой К. При сгорании 1 кг водорода расходуется 8 кг кислорода и образуется 9 кг водяного пара.
Количество кислорода воздуха Ов, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, равно
0В=0,01 (2,67СР -f S? 4-8НР—ОР) кг, (III. 1)
Где Ср, Sr, Hp и Op — соответственно содержание углерода, горючей серы, водорода и кислорода в рабочем топливе, % (по массе).
Количество сухого воздуха L°, необходимое для горения 1 кг топлива (принимая содержание в воздухе 23% кислорода по массе), равно
L°B=-i-(2,67CP + SP + 8HP-OP) кг, (Ш.2)
Или
L°B=JL(2)67K, f + 8HP—Ор) . (III.3)
|
Ув = -4т-(2,67Кр — г8Нр — Ор) мэ/кг. (III.4) |
Отсюда объем воздуха VI, теоретически необходимый для сгорания I кг топлива, равен 1°: 1,293 м3, т. е.
1
2gi5r(2,67Kp + 8№—О") мэ/кг
Или округленно 1
30
По нормам теплового расчета котлоагрегата
Ув=0,0889Кр — f-0,265Hp—0,0333-Ор м3/кг, (III.5)
Где 0,0889=^2,67: (23-1,293); 0,265=8 : (23-1,293); 0,0333 = 1 : (28-1,293).
Коэффициенты при углероде, водороде и сере в этой формуле подсчитаны с точностью до четвертого знака без округления атомных весов и процентного состава воздуха. Это значительно превышает точность элементарного анализа топлива.
Подсчет объема продуктов сгорания. Суммарный объем продуктов сгорания VI, образующихся при полном сгорании топлива в стехиомет — рическом объеме воздуха, равен
^ = -^o + V^V^ + V^o + V^ м3/кг, (III.6)
Где
VCO2=0,01.3,67Cp-^-=0,0M,87Cp м3/кг; (ІІҐГ7)
VSO2=0,01 -2SP J^1L=0,01 -0,7SP м3/кг; (Ш.8)x
^o2 = ^co2 + ^so2=0,01.1,87Kp=0,0187Kp м3/кг. (ІИ.9)
При сжигании твердого топлива приходится считаться с тем, что не весь углерод переходит в газообразные продукты сгорания. Часть не — сгоревшего углерода уносится с дымовыми газами, проваливается сквозь колосниковую решетку, теряется с золой и шлаками. Это — потери вследствие механической неполноты сгорания. При их учете объемы СОг и ROz подсчитывают по формулам:
Vco2=1.87 м3/кг; (ШЛО)
Где — потери тепла Вследствие механической неполноты сгорания, %. Объем водяного пара в продуктах сгорания
V»h2o=0,01 (9Нр + Гр)-^і-=0,111Нр + 0,0124Гр мч/кг. (III.12)
Объем водяного пара в продуктах сгорания с учетом содержания в воздухе около 1% влаги по массе (1,6% по объему) равен
V°h2o=0,01 (9НР + Wp) + Vb • 0,016 =
18
=0,lllHp + 0,0124irp + 0,016V0B м3/кг. (III.12а)
45
Объем азота в продуктах сгорания твердого или жидкого топлива JVP_ 22,41 „0 о ІУР
+ + м3/кг. (III. 13)
Основное количество азота, являющегося главным компонентом продуктов сгорания, поступает из воздуха. Количество азота, переходящее в продукты сгорания из топлива, составляет (всего около 1 % суммарного количества азота, содержащегося в продуктах сгорания. Поэтому в расчетах, не претендующих на особую точность, выражение 0,008№ в формуле (III.13) можно опустить.
При подсчете объема продуктов сгорания с учетом избытка воздуха а следует дополнительно иметь в виду содержание в продуктах сгорания избыточного кислорода и сопутствующего ему азота воздуха. При точных подсчетах учитывают также увеличение содержания в продуктах сгорания водяного пара, вносимого избыточным воздухом.
Содержание в продуктах сгорания избыточного кислорода равно
У^в=(а-1).У°о2. (III. 14)
Суммарный объем продуктов сгорания с учетом избытка воздуха равен
= 1’87-W" ‘V’ +(0,П1№ + 0,0124Гр + 0,016Ув) + + 0,79У°ва4 0,21У£(а—І) м3/кг (III.15)
Состав продуктов сгорания определяют газовым анализом, причем водяной пар, содержащийся в продуктах сгорания, конденсируется в процессе отбора пробы. В соответствии с этим состав дымовых газов, определяемый в газоанализаторах в процентах по объему, относится к составу газов, не содержащих водяного пара, т. е. к сухим продуктам сгорания Ус. г. Отношение объемов сухих и влажных продуктов сгорания обозначают буквой В
B=V0c. r:V(III. 16)
Чем выше содержание водорода и влаги в топливе, тем больше водяного пара содержится в продуктах сгорания и тем существеннее различие между объемами сухих и влажных продуктов сгорания. Для топлива с малым содержанием водорода и влаги (антрацит, кокс, доменный газ) различие между объемами сухих и влажных продуктов сгорания невелико и значение В близко к единице. У топлива с высоким содержанием водорода величина В значительно меньше единицы, например у мазута В=0,88, у природного газа 0,81. Еще более низким значением В характеризуются высоковлажные виды твердого топлива. Так, у бурых углей и торфа с содержанием 50% влаги значение В равно — 0,72.
Объем продуктов полного сгорания углерода и серы равен объему кислорода, израсходованного на сгорание углерода и серы, а объем водяного пара, образующийся при сгорании водорода, вдвое больше объема кислорода, израсходованного на горение водорода. В соответствии с этим суммарный объем влажных продуктов сгорания У£ больше объема воздуха, расходуемого на сгорание топлива Ув. Естественно, что различие в объемах влажных продуктов сгорания и воздуха возрастает с увеличением содержания в топливе водорода и влаги и становится особенно заметным у высоковлажных видов твердого топлива — дров, торфа, бурых углей. Так, объем влажных продуктов сгорания фрезер — ного торфа с содержанием 50% влаги примерно на 40% превышает объем воздуха, необходимого для сгорания торфа (при а= 1).
Объем сухих продуктов сгорания У°.г твердого и жидкого топлива меньше объема воздуха VI, необходимого для сгорания топлива, и притом тем в большей степени, чем выше содержание в топливе свободного водорода (Н—0/8), т. е. водорода за вычетом эквивалентного по весу количества кислорода. Так, объем сухих продуктов сгорания мазута (при а = 1) примерно на 6% меньше объема воздуха, необходимого для полного сгорания мазута, а объем сухих продуктов сгорания фрезерного торфа на 2% меньше объема воздуха.
Соотношения объемов воздуха и сухих и влажных продуктов сгорания различных видов твердого и жидкого топлива иллюстрируются данными, приведенными в табл. 27.
Таблица 27
|
Соотношения объемов воздуха и продуктов сгорания твердого н жидкого топлива (округленно)
|
Объем сухих продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива, при заданном коэффициенте избытка воздуха а можно подсчитать по формуле
У с, =^о2 + Ч + Vo2 = 1.87^.-^- +
4- 0,79Vb<x + 0,21 Vb (а— 1) м3/кг, (III. 17)
А суммарный объем влажных продуктов сгорания — по формуле
= 1,87+0,79V° + 0,2lVg(«-l) +
+ (0,111№ + 0,0124ГР + 0,016іф мэ/кг. (III. 18)
47
Применение приведенных формул иллюстрируется примерами подсчета. П о дсч ет 1.
Подсчитать объем воздуха объем н процентный состав сухнх г н влажных V| продуктов сгорания антрацита марш АШ состава: 70,5% Ср; 1,7% Sp’; 1,4% Нр; 1,9% ОР; 0,8% №; 16,7% Лр; 7,0% Wр при а=1,0 и 1,25:
КР = CP + 0.375SP = 70,5 + 0,375-1,7 = 71,14%.
Теоретически необходимый объем воздуха по формуле (III.5) Vо = (0.0889КР+ 0.265НР — О. ОЗЗЗОР) = 6,63 м3/кг,
Или по более простой формуле (III.4)
= -^j — (2.67КР + 8НР — OP) = 201,3 = 6,63 м3/кг.
Результаты подсчета по этнм формулам совпадают.
Объем продуктов сгорания при а=1
^=1.87-^-= 1,87-^^-= 1,33 мз/кг; Ун20 = 0,111НР + 0.0124WP + 0,016У° = 0,35 м3/кг;
V°Na = 0.79VJ + 0,8—^-= 0,79-6,63 + 0,8-0,008 — 5,258 + 0,006 ^ 5,25 м3/кг.
Объем сухнх продуктов сгорания
^с. г = Ко, + К, = 1.33 + 5,25 = 6,58 м’/кг.
Объем влажных продуктов сгорания
= У«о2 + ^N + ^н30 = 1.33 + 5,25 + 0,35 = 6,93 м3/кг.
Состав сухнх продуктов сгорания: 20,2% Я02; 79,8% N2.
Состав влажных продуктов сгорания: 19,2% 75,7% N2; 5,1 НгО.
Объем воздуха при а=1,25
VB = aV^ = 6,63• 1,25 = 8,29 м3/кг!
Объем избыточного воздуха Vf6 = 0,25V^= 1,66 м3/кг.
О’бъем продуктов сгорания прн а=1,25 Объем сухих трехатомных газов при изменении а не меняется: ^02=V^o2=1,33 мз/кг.
Объем водяного пара с учетом содержания влаги в. избыточном воздухе несколько увеличивается:
Ун20 = Ун20 + °>°161/в(а — 1) = 0,35+ 1,66.0,016 = 0,37 м3/кг.
Объем азота значительно увеличивается:
Ум2 = 0,79Ув+ 0,8 • — щ — = 0,79-8,29 + 0,8-0,08 = 6,54 м3/кг.
Объем избыточного кислорода
= 0,21 У"3® = 0,21 • 1.66 = 0,35 м3/кг.
Объем сухих продуктов сгорания ^с. г= 1,33 + 6,54 + 0,35 = 8,22 м’/кг. Суммарный объем влажных продуктов сгорания
Ks = уЛ02 + ^n2 + Vo2 + ^н2о = 1,33 + 6,54 + 0,35 + 0,37 = 8,59 м"/кг.
|
Состав сухих продуктов сгорания: 16,2% R02; 79,5% N2; 4,3% 02. Состав влажных продуктов сгорания: 15,5% i?02; 76,1% N2; 4,1% Ог; 4,3% H20. Результаты приведенного расчета приведены в табл. 28. Таблица 28 Результаты расчета сжигания антрацита
|
Опубликовано в рубрике 
