Теоретичні основи теплотехніки (стр. 15 из 35)

Важливою характеристикою палива є теплота згоряння. Теплота згорання - це кількість теплоти, яка виділяється при повному згорянні одного кілограма твердого палива і при охолодженні продуктів горіння до початкової температури процесу.

В паливі є три горючих компоненти - С, Н,S.

Розрізняють вищу

і нищу теплоту згоряння палива. Різниця між ними полягає в тому, що в вищу теплоту згорання палива входить кількість теплоти, яка може бути виділена прнконденсаціїводяноїпарн, яка знаходиться в гродукгахзгоранняпалива. Тобто

;

Де r-питома теплота пароутворення;

Gn - маса пари, кг.

В відповідності із реакцією горіння

2Н2 + О2 =2Н2О.

При згоранні 1кг водню утворюється 9

кг водяної гащ плюс кількість вологи яка міститься в паливі.

Питома теплота пароутворення r = 2500кДж/кг. Відповідно:

Теплота згоряння палива залежить від температури, при якій проходить процес спалювання, але як правило подають дані при температурі 20°С.

Експериментально теплоту згорання визначають шляхом спалювання в калориметрах.

Для порівняння енергетичної вартості різних видів палива вводять поняття умовного палива, теплот а згорання як ото прийнята рівною

Qуіл = 29,33Дж/кг .

Баластом робочого палива є сірка,попіл і волога.

Сірка хоча й горить входить в склад баласту оскільки утворює шкідливі речовини.

Склад сірки в торфі, дровах, малоефірнистій нафті - 0,3-0,4%, антрациті, кам'яному і бурому вугіллі 2-6%.

Погіл, який утворюється після горіння має вигляд сипучої маси або сплавлених кужів -шлаку. При температурах горіння попіл розм'якшується, а поті м плавиться.

Плавкість попелу х аракгеризуєть ся тема ературами початку

Деформації t1,розм'якшення t2, рідкого стану t3.

В залежності від температури рідкого стану попелу розрізняють

Легкоплавкий - tз <1200°С

Середньоплавкий- tз <1200ч

14000С

Тугоплавкий – t3 >1400°С.

Вихід ляетких речовин. При нагріві палива без доступу повітря проходить термічний розклад палива з виділенням летких речовин і твердого нелеткого залишку.

В складлеткихречовинвходять гази: СО2,СО,СтНт, Н2S.

В склад нелеткого залишку входять вуглець С (кокс) і попіл А

Вихід летких речовин коливається від 4% для антрациту, до 85% для нафти.

Процес сухої перегонки при t = 1050-1100°С називається коксуванням.

Характеристики окремих видів палива. Торф - найбільш молоде паливо. Вихід летких речовин 70%, вологість

= 40...50%, нижча теплота згорання =8,37...10,47 МДж/кг

Буре вугілля використовується як енергетичне паливо місцевого значення. Середній склад: С°-68%; Н° -5,5%; О0 - 25,0%; N0 -1,0%

Нижча теплот а згорання

= 27200 kДж/кг

Характеризується високою сірчистістю,

попільністю АР = 10 25 % і вологістю Wр=30%.

Кам'яне еугтля - об'єд ну є багато видів палива. Д0 числа загальних ознак, які відрізняють кам'яне вугілля від бурого і торфу відносяться: відсутність видимих неозброєним оком слідів рослинних залишків, мала гігроскопічність W0 <10%, загальна лужна реакція продуктів сухої перегонки, висока теплота згоряння.

В основу класифікації покладений вихід летких речовин VГі характеристика нелеткого залишку. Марки палива:

Д-довгополум'яний, Г- газовий, ГЖ— газовий жирний,Ж-жирний, КЖ-коксовий жирний, К— коксовий, ОС-отощений сгікниц СС- слабосгікний, Т— тощий, ПА-напівантрацит, А-антрацит.

Кам'яне еугтпя класифікується також по розміру кусків, мм.

К- крупне (50 -100), О- оріх (25- 50),М- мілке (13-25), С- сім'я (6-13), Ш— штиб (< 6), Р— рядовий (не обмежений).

Горючі спанщ представляють собою суміш сапропелітових (нафтоподіоних) продуктів, утворених в результаті розкладу багатих жирами водних мікроорганізмів, які закінчили свою життєдіяльність з мінеральними речовинами, які попалив сапропелітові накопичення в результаті обвалів.

Характеризуються високим виходом летких речовин (до 85%), високим вмістом водню (цо 10%) і високою попільністю (до 10%). Нижча теплота згорання

=5,87 10 МДж/кг .

Нафта - складна система вуглеводів різного складу. Розрізняють 6 її типів. Основні із них - метанова і нафтонова.

Нафту класифікують по вмісту сірки (малосірчиста

<0,5%, висок о сірчиста <3,5%)9 смолистих речовин і по температурі застигання масляної фракції (малопарафіниста tзаат <-16°С, парафіниста tзаат -15 до + 20°С, високопарафіниста tзаат >20°С).

Для енергетики використовують тільки відходи нафтопереробної промисловості - мазути.

Теплота згоряння мазуту

=39200КДж/кг. Важливою характеристикою мазутів є їх відносна в'язкість, виражена в градусах Енглера. В залежності від цього мазути позначаються марками 40,100,200.

Газоподібне паливо. В котельних установках використовується природній і доменннйгаз.

Склад газоподібного палива представляють в об'ємних відсотках горючих інегорючих газів.

= 128СО2 +107H2 + 355СН4+628CmHn

Природні гази поділяються надві групи: сухі гази чисто газовихродовищ і попутні "жирні гази", які супутні нафтодобуванню. Теплота згорання сухого природного

=35,52 35,61 МДж/кг

15.2 Горіння палива

Горінням, називають процес швидкого окислення горючого у висок отемпературн їй зоні.

Температура запалювання - це температура, до якої необхідно нагріти паливо і необхідне для його горіння повітря, щоб почалось інтенсивне з'єднання елементів палива з киснем повітря.

Температура запалювання становить для кам'яного вугілля 300- 350 С, метану 650-7500С дров225-280°С, антрациту 650-700°С.

Дня газоподібних палив існує межа, за границями якої горіння палива неможливе.

Основним джерело м теплоти для підігріву горючої суміші до температури запалювання є теплота продуктів згоряння

При спалюванні твердого палива велике значення має час згорання, який впливає на розміри пічкової камери

τг=τд+ τк

де τд - час дифузійних проц есів;

τк час на кінетичні процеси виконання хімічних реакцій.

Швидкість протікання хімічних реакцій пропорційна концентраціям реагуючих речовин і визначається за формулою:

Де с1 і с2-концентрації реагуючих речовин;

к -постійна реакції.

Постійна реакції, яка залежить від природи реагуючих речовин оцінюється формуггою Арреніуса:

де Е- енергія активації, кДж/кмоль ;

R-універсальна газова стала;

к0 - визначається експериментально.

Енергія активації необхідна для послаблення і руйнування зв'язків.

Для газових сумішей Е = 85 -170 кДж/кмоль.

15.3 В шпроти повітря для горіння палива

Мінімальна кількість повітря необхідна для повного згоряння палива називається теоретичною кількістю повітря. її можна визначити використовуючи реакції горіння:

С + О2=СО2S+О2=8О2

2С+О2=2СО 2Н2 + О2 = 2Н2О

СО + О2 = 2СО2 СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О

Наприклад, ізреакцїповногозгорання вуглецю ввдно, що для повного згорання вуглецю масою 2кг необхідно 32кг кисню і в результаті цього утвориться 44кг СО2.

Тобто для згорання 1кг С необхідно

кг О2. При кількості вуглецю Сp

в 1кг палива потрібно

кг О2=

Загальна кількість кисню визначається за формулою:

Враховуючи, що кисню в повітрі 0,231%, а також питому вагу сухого повітря 1,293кг/м3, одержима ,

V0=0,0889(Cp+0,375Sp)+0,265Hp-0,0333Op ,м3/кг

Відношення дійсної кількості повітря до теоретично необхідної, назвається коефіцієнтом надтіищ повітря: