Определяемые величины. Состав твердого и жидкого топлива определяю)’ В процессе технического и элементарного анализа в процентах по массе

СР -1- йР — І — НР 4- ОР — А/’ + Л ■’ 4- /о.

Состав газообразного топлива фиксируют в процентах по объему, при­чем определяют не элементарный, а компонентный состав газа Н» + СО + СИ, + С4Н; — Ь С,1-1 ^ + СіНю — і — С, И » +-

4- С II + + СОі + 0-. -1- М-2 = 1^0%.

1 н т 1 1 1 * V*

Подсчет объемов воздуха и продуктов сгорания при работе па твердом и жидком топливе ведут исходя из элементарного состава топлива, выражен­ного в процентах по массе, а при сжигании газообразного топлива — но компонентному составу газа, данному в процентах по объему.

П])Н сжигании топлива определяют количество кислорода, необходимое для сгорания топлива в стехиометрических условиях и с учетом избы, ;а воздуха, поступающего в установку

Обозначим:

— количество возду. а в л:,;, необходимое сгорания! лу топлив;; в стехиометрических условиях;

Ь — количество. чуха в кг, необходимое для сгораиия 1 т..’

Учетом избытка возду поступающего в установку;

Объем кислорода в и..ч3. необходимый для сгорания ку

И жидкого чипа или ] горючего газа в стехнометричеси условиях;

1’о — — объел кислорода в и.-: необходимый для сгорания 1 кг гордого

И жидкого и. ш I им" зоибразпо]о топлива, с учетом избытка воз — ду а, поступающего г. установку;

Объем но: лу ча и ннеобходимый для сгорания 1 кг твер; и жпдлого 1 газооб[)азпого топлива в стехиометрпчес

.товиях;

Гв объем воздуха в необходимый для сгорания 1 кг твердого

•жидкого или 1 им3 газообразного топлива, с учетом избытка ви. духа, поступающего в установку;

— коэффициент избытка воздуха (или коэффициент расхода во.

Духа), т. е. отношение объема воздуха, поступающего в устан" ку, к объему воздуха, необходимому для сгорания топлива в сте­хиометрических условиях: а. = Уи 1-в. Поскольку объем избы­

Точного воздуха, поступающего в установку, может возрастать вследствие подсосов во; духа по тракту, при определении коэф­фициента избытка воздуха указывают, для какой зоны установки оп подсчитан (например: ат — в тоике; <хп — после пароперегре­вателя; а;, — после экономайзера; у. р — после рекуператора; а у. — после котла-утилизатора; ау — в уходящих газах);

Гси: — объел двуокиси углерода в продуктах сгорания в нм3 па 1 кг твер­дого или 1 им’л газооб!)азного топлива;

1*50. — объем сернистого газа в продуктах сгорания в им3 на 1 кг твердого и жидкого или 1 им3 газообразного топлива;

I I; — суммарный объем кислотных окислов 1Я02 в продуктах сгорания (С0; УО„) в нмя па 1 кг твердого и жидкого или 1 нм3 газообрв. иого топлива;

Г, — объем окиси углерода в продуктах неполного сгоранш в Нм3 на

1 кг твердого или 1 им’-1 газообразного топлива;

— объем водорода в продуктах неполного сгорания в нм3 на 1 твер­дого и жидкого или 1 нм3 газообразного топлива;

1 ,_н. — объем метана в продуктах неполного сгораиия в н. и3 на 1 кг твер­дого и жидкого пли 1 нм3 газообразного топлива;

Т*о. — объем избыточного кислорода в продуктах сгорания в н.:3 па 1 кг

Твердого и жидкого или 1 к.!;3 газообразного топлива;

Г”. — объем азота в продуктах сгорания в н. и3 на 1 кг твердого ели 1 км3 газообразного топлива в стехиометрических условиях;

IV. — объем азота в продуктах сгорания в и.”3 на 1 кг твердого и жидкого или 1 им3 газообразного топлива с учетом коэффициента расхода воздуха;

► н о — объем водяного иара в продуктах сгорания в нм3 на 1 кг твердого и жидкого или 1 нм3 газообразного топлпва при полном его сгора­нии в стехиометрических условиях;

1 н, о — объем водяного пара в продуктах сгорания в НЛ13 на 1 кг твердого и жидкого или 1 нм3 газообразного топлива с учетом коэффициента расхода воздуха.

Различают объем сухих продуктов сгорания Гс ц суммарный объем влажных продуктов сгорания, включающий водяной пар. и подсчитывают: ГеР. объем сухих продуктов сгорания в образующийся при полном

Сгорании 1 кг твердого и жидкого или 1 пм’л газообр; зпого топлива а стехиометрических условиях;

Гс — объем сухих продуктов сгорания в іи’[‘ на I кг твердого и жидкого или на 1 газообразного топлива с учетом неполноты сгорания избытка воздуха;

/і — коэффициент изменения объема сухих зов по отношению к теоре­тическому, h = Vc І’! Подобно коэффициенту избытка возду а, коэффициент изменения объема сухих продуктов сгорания h мо — жет возрастать вследствие присосов воздуха по тракту, в соответ­ствии с чем различают: hT, hu, /г.,, /г,,. /?.К1 /гу

— суммарный объем влажных продуктов сгораиил и им:, образующийся при полном сгорании 1 кг твердого и жидкого или I нм’л газообра: пого топлива в стехиометрических условиях:

Ts — суммарный объем влажных продуктов сгорания в на I кг твер­дого и жидкого или t н.г газообразпого топлива с учетом неполноты горения и избытка во. духа.

Последовательность подсчета. Подсчет ’.едут следующей последова­тельности.

1. Производят технический анализ топлива и определяют содержание золы и влаги по методике, изложенной в первой главе.

2. Определяют (по разности) содержание горючей массы топлива.

3. Устанавливают состав горючей массы топлива нутом элементарно анализа или по справочным таблицам.

4. Пересчитывают содержание горючих компонентов топлива с горючей массы на рабочую (по формуле, приведенной па стр. 1Г>).

5. Подсчитывают количество кислорода и воздуха, необходимое для

Рания топлива, и количество продуктов сгорания па основе стехиометриче­ских уравнений горения углерода С1′, серы S1’ и водорода Н1′. |

Подсчет расхода кислорода п воздуха

= со2

Иг

S + Oi =S03

Яікг Sп>4 04 >;г

’На II-jO

2К 1» к

Следовательно, при полном сгорании I кг углерода в с ■ мюметрическом

Количестве кислорода расходуется 32 12 2,67 кг кислорода и образуется

3,67 кг двуокиси углерода (углекислого газа). При сгорании L кг горючей серы S, входящей в состав органических соединении S0 и в состав колчедана (сульфидов) S,; расходуется 1 кг кислорода н образуется 2 кг сернистого газа.

Из уравнений горения углерода и серы видно, па L кг-атои углерода или горючей серы расходуется 1 кг-молекцла кислорода.

Б действительности при сгорании колчедана расход кис. та несколько больше. Так, ж ‘лезныи колче чан сгорает но уравнению

4’пO. i

Однако погрешность, допускаема:! при подсчете расхода кислорода, ходимого! Я сгорания топлива, без учета дополнительного расхода кислоро­да на окисление металла, входящего в состав koj ‘дана, сравнительно неве­лика. Поэтому подсчет расхода кислорода и bol, 7ха иронзводя г обычно без учета этой величины.

Следовательно, расход кислорода на 1 кг горючей серы меньше расхода за 1 кг углерода во полько раз, во сколько раз атомный вес серы больше

Атомного веса углерода. Отсюда, 1 кг горючей серы эквивалентен в отноше­нии расхода кис юрода 12 32 = 0,3713 кг углерода. Расход кислорода на го­рение углерода и серы иногда подсчитывают суммарно, исходя из содержания J! топливе «условного углерода», т. е. суммы С + 0,375 S, обозначаемой К. При сгорании 1 кг водорода расходуется 8 кг кислорода и образуется 9 кг иодяного пара.

Количество кислорода воздуха Оп, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, равно

’р — I — S;: о") ;■•••, (in.1)

Где С1′, S1,’, Ш’ и О’’ — соответственно содержание углерода, горючей серы,

Водорода и кислорода и рабочем топливе и процентах по весу.

Количество сухого воздуха TЯ, необходимое для горения 1 кг топлива (принимая содержание п воздухе 23 ро кислорода по весу), равно 1

LnR—= — туг (-’Д>70" SII" О" (III.2)

Или

^=-4"(-.67кР (III.3)

Отсюда объем воздуха теоретически необходимый для сгорания 1 кг

Топлива, равен//0: 1,203 л. Vя, т. е.

1

V •—,-■^7- »7K*’ STI1′ ОР) /».»=>*

Или округленно:

Г;; ,07k1, -1-811" (in.4)

По нормам теплового расчета котлоагрегата

V;; 0,0Я8!1К’* ,:-.r. r.II11 — о, О: :*..0"н. н3//; (III.5)

Где 0,0889 2,67 (23-1.203); 0,265 8 (23-1,293); 0,0333-1 : (23-1,293).

Коэффициенты при углероде, водороде и сере в формуле (III. 5) 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 F-j» образующийся при полном сгорании топлива в стехиометрическом

Объеме воздуха, равен

П = ^:0. У ^ + (III.6)

Где

Г, =11,М 0,(H.1,S7(;P;ui3/a — (III.7)

0,01 (III.8)

I, .,, Г0 S7R1’ — 0,0187k1’л.»!11/ (III.9)

При лиаиии твердого топлива приходится считаться с тем, что не весь углерод переходит в газообразные продукты сгорания. Часть несгоревшего углерода уносится с дымовыми газами, проваливается сквозь колосниковую решетку, тефжгген золой и шлаками. Это — потери вследствие механиче­ской неполноты сгорания. При их учете объемы С02 и R02 подсчитывают

По формулам:

Гр 100 — (ц

_ ! 87 -ь_ ———- ‘ 11 мЧкг; (Ш. 10)

1,Л( 1ии 100 ‘

Кр Ю0 — 71

V г>о I 87—————————————- пмя1кг. (III. И)

Но.. 1,0/ 100 юо у

Где </4 потери тепла вследствие механической неполноты сгорания, %.

Объем подяного пара в продуктах сгорания

/,1

17, 0,01 (<)ПР — ТГР) -==£й~ О,011М11 11 ил1’//; (111.12)

Объем водяного пара в продуктах сгорания с учетом содержания в возду­хе около 1% влаги по весу (1,0% по объему) ранен

7]’10 0,011 0ИР 17") ■■ ^’1- 7°.0,010 0,111 II1’ 0,012". 17" 4-0,01 Г. 7® 1,м3/кг.

(Ш.12а)

Объем азота в продуктах сгорания твердого или жидкого топлива

Г" = 0,707"+ -^!’- 0,797° + 0,х „л, уКг. (111.13

В 100 28 и т

Основное количество азота, являющегося главным компонентом продуктов сгорания, поступает из воздуха. Количество азота, переходящее в продукты сгорания из топлива, составляет всего лишь около 1 % суммарного количест­ва азота, содержащегося в продуктах сгорания. Поэтому в расчетах, не пре­тендующих на особую точность, выражение 0,008 N1’ в формуле (111.13) можно опустить.

При подсчете объема продуктов сгорания с учетом избытка воздуха а следует дополнительно учесть 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

7*™ = (*-1).7°о2.

Суммарный объем продуктов сгорания с учетом избытка воздуха равен

К11 ЮО —■ </|

= 7Т)П + Уп п — 4- У""1’ = 1,87 . +

Н02Т П,0 N… I О. • 100 10(> I

+ (0,111ПР 0,01:,41УР+ 0,0167^+ 0,707;;з-|- ,-_>17“(а -1)» (III 1Г.)

Состав продуктов сгорания определяют посредством газового анализа, причем водяной пар, содержащийся в продуктах сгорания, конденсируется в процессе отбора пробы. 13 соответствии с этим состав дымовых газов, опре­деляемый в газоанализаторах в процентах но объему, относится к составу га­зов, не содержащих водяного пара, к сухим продуктам сгорания V,-

Отношение объемов сухих и влажных продуктов сгорания обозначают бук­вой В

В = Г’ П. (ТП.-115)

Чем выше содержание водорода и влаги в топливе, тем больше водяного пара содержится в продуктах сгорания п 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 Н близко к единице. У топлива с высоким содержанием водорода величина В

ГЮ значительно меньше единицы, например у мазута В 0,88, у природного газа — 0,81. Еще более низким значением В характеризуются высоковлаж — ные виды твердого топлива. Так, у бурых углей и торфа с содержанием 50 "о влаги значение В равно — 0,72.

Объем продуктов полного сгорания углерода и серы равен объему кис. рода, 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 ила; енмх продуктов сгорания У’’, больше объема воздуха, расходуемо­го на сгорание топлива V", Естественно, что различие в объемах влажных про­дуктов сгорания и воздуха возрастает с увеличением содержания в топливе водород я и влаги и становится особенно заметным у высоковлажных видов

Твердого топлива дроп, торфа, бурых углей. Так, объем влажных продук­тов сгорания фрезерного торфа с, содержанием 50% влаги примерно на 40% превышает объем воздуха, необходимого для сгорания торфа (при а = 1).

Объем сухих продуктов сгорания твердого и жидкого топлива меньше объема воздуха кц, необходимого для сгорания топлива, и притом тем в большей степени, чем выше содержание в топливе «свободного водорода» (II — 0/8), т. е. водорода за вычетом эквивалентного по весу количества кис­лорода. Так, объем сухих продуктов сгорания мазута (при а = 1) при­мерно па ()% 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. 15.

Соотношении об’м’мон поад)а и продуктом сгорании тнер; го и жидкого топлива (округленно) ‘огишио (‘.одержа­ Ние И.’ЫГИ 11 ТОП.1ИНП И>, <’/ ОГп. см сухих Продукччт Сгорапип Оиъеч волдуха У;; Суммарный Объем влажных продуктов 170 Сгорания Липа V0 с. г НМл1к? Топлииа % к ^с. г НмР/нг Топлипа % "К. г Углерод 7,0 100 7,0 100 7,0 100 Антрацит 7,1 1С0 7,2 101 7,5 105 Пол у антрацит ‘,0 100 7,2 103 7,5 107 Каменный у] о: 7,0 100 7,2 103 7,В 108 Камсшшй уголь тазовый 0,3 100 6,5 103 7,0 111 Бурый уголь •ллбиигкпй 17 4,1 100 4,2 102 4,7 115 Бурый УГОЛЬ ИОДМОСКОИШ.1Й 33 2,9 100 3,0 103 3,6 124 Бурый угол александрийский 2,2 100 2,23 102 3,1 140 Торф кугконой 40 2.95 100 3,0 102 3,9 132 Торф фрезерный По 2,45 100 2,3 102 3,4 140 Дрова 40 2,8 100 2,8 100 3,7 132 Мазут !*,7 100 10,3 10Ь 11,0 113

Объем сухих продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива, при заданном коэффициенте избытка воздуха а можно подсчитать по формуле а суммарный объем влажных продуктов сгорания по формуле

К0 100 — <71

+ уо, + ^н, о = 1,87 щ— +

+ 0,797° + 0,217° (а — 1) + (ОДИН1’ + 0,0124И"Р + 0,01(57°а) пм3/кг. (III.18)

Применение приведенных формул иллюстрируется примерами подсчета.

Подсчет 1.

Подсчитать объем воздуха 7£, объем и процентный состав сухих 7° г и влажных 7^

Продуктов сгорания антрацита марки АШ состава: 70,5% Ср; 1,7% Б5; 1,4% Нр; 1,9%

Ор; 0,8% Г^р; 16,7% Ар; 7,0% Ж? при а = 1,0 и 1,25.

Кр = СР+0,375 Эр = 70,5 + 0,375-1,7 = 71,14%.

Теоретически необходимый объем воздуха по формуле (Ш.5)

7° =(0.0889 Кр +0,265 Нр —0,0333 Ор) =6,63 м3/кг,

Или по более простой формуле (Ш.4)

1 TOC o "1-5" h z 1

72 = — до — (2,67КР + 8НР — Ор) = —201,3 =0,63 м*/кг.

Результаты подсчета по этим формулам совпадают.

Объем продуктов сгорания при а = 1

Кр 71,14

7° л =1,87 ——- = 1,87 —— !—— = 1,33 м*/кг

Н0′ 100 100

7дг0 = 0,И1 Нр + 0,0124И7’Р + 0,0167° = 0,35^/«;

7°2 = 0,797° + 0,8 • = 0,79.6,63 + 0,8-0,008 = 5,258 + 0,005 е 5,25 м’/кг.

Объем сухих продуктов сгорания

Ус. т = *ПО, + Vч, = 1 -33- + 5>25 = 6-у8 м’/кг.

Объем влажных продуктов сгорания

= Уког + ^ + *Н,0 = 1,33 + 5,25 + 0,35 = 6,93 л»/кг.

Состав сухих продуктов сгорания: 20,2% 1Юг; 79,8% N2.

Состав влажных продуктов сгорания: 19,2% 1Ю2; 75,7% 1Чг; 5,1 Н20.

Объем воздуха при а = 1,25 Ув = аУ° = 6,63-1,25 = 8,29 л»3/

Объем избыточного воздуха 7"эб = 0,257° = 1,66л>з/кг.

Объем продуктов сгорания при а = 1У25

Объем сухих трехатомных газов при изменении а не меняется

^НОг = ^140., = 1ЛЗ м3/кг.

Объем водяного пара с учетом содержания влаги в избыточном воздухе несколько увеличивается

7Н 0 = 7°ьо + 0,0167° (а — 1) = 0,35 + 1,06-0,016 = 0,37 м*/кг.

Объем азота значительно увеличивается N2

7К, =°,797п + 0,8 = 0,79-8,29 + 0,8-0,08 = 0,51 м*/кг.

Объем избыточного кислорода

= 0,21 К"зС = 0,21 -1,06 = 0,35 м3/’кг.

Объем сухих продуктов сгорания Ус г = 1,33 + 6,5-1 +0,35 = 8,22 м^/кг.

Суммарный объем влажных продуктов сгорания

1^. = Т^р1ог + ^к2 + ^о. "Ь ^11,0 = ^ >33 + 0,54 + 0,Зо + 0,37 = 8,59 .м3/«г.

Состав сухих продуктов сгорания: 10,2% НО.,: 79,5% N3; 4,3% 0.2.

Состав влажных продуктов сгорания: 15,5% НО»; 76,1% N3; 4,1% 02; 4,3% Н20.

Результаты приведенного расчета приведены и табл. 16.

Таблица

Результаты расчета сжигания антрацита

ІПОМТКГа
Воздуха	V,,						.о,	Н, о	Мг	О*
А 1	О,(;з	І. :>8	3	20,1	7 + 8	О. о	10,2	5,1	7. >,7	0.0
А =1,25	8,20	8,22	8, Г.!)	10,2	7-‘., 7	5.1	15,5	4,3	76,1	4,1

Ко -<М>и-

ОбЪСМЫ,

Сої’тии с. учич тов пораиип,

Со. таБ ила: ;ных продуктов сгора — НИП, ‘.і