Джерела енергії і генератори енергії (стр. 4 из 13)

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 nкДж/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 кг32 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 +2Н О

1μ2μ 1μ2μ

1 м³ 2 м³~ 1 м³ 2м³

Взагалі для вуглеводнів:

C

H (m+ ) О =mCO + H O

{m+

} μmμ 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 L^0:

L

=0,115 (C +0,37S )+0,342H –0,043O (1–14)

ПоділившиL⁰ на густину сухого повітря 1,293 кг/м³, дістанемо:

V⁰ = 0,089 (С

+ 0,37 S ) + 0,265 Н^р – 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 Н О. Сума Vco + Vso + Vo + V =Vc.г. становить об'єм сухих газів. Повний об'єм газів Vг.= Vc.г. + Vн о =. Vco + Vso + Vo + V + Vн о.

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 + Vн о + 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).