Топливо. Механические топки

Содержание

Слайд 2

Виды органических топлив Органические топлива бывают: ● твердые: антрацит, каменный и

Виды органических топлив


Органические топлива бывают:
● твердые: антрацит, каменный и

бурый угли, торф, дрова,
бытовые и промышленные отходы (топлива расположены
в порядке убывания их геологического возраста);
● жидкие: нефть и продукты ее перегонки – бензин,
керосин, лигроин, мазут;
● газообразные: природный газ метан, синтезгаз, доменный
и шихтовый газы, которые являются отходами
металлургического производства.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 3

Элементарный состав топлив Твердые и жидкие топлива состоят из: ● углерода

Элементарный состав топлив


Твердые и жидкие топлива состоят из:

углерода С, водорода Н – наиболее ценных горючих
составляющих;
● кислорода О, азота N – внутреннего балласта;
● серы S, золы А и влаги W – вредных компонентов.
Золу и влагу еще называют внешним балластом.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 4

Элементарный состав топлив Элементарный состав топлива может быть задан по: рабочей

Элементарный состав топлив


Элементарный состав топлива может быть задан

по:
рабочей массе
Ср+Нр+Ор+Nр+Sр+Aр+Wр=100 %;
сухой массе:
Сс+Нс+Ос+Nс+Sс+Aс=100 %;
горючей массе:
Сг+Нг+Ог+Nг+Sгл=100 %.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 5

Высшая теплота сгорания топлива Соотношения между долями компонентов: ; . Высшая

Высшая теплота сгорания топлива


Соотношения между долями компонентов:
; .


Высшая теплота сгорания топлива:
это теплота, выделяемая при полном сгорании 1 кг топлива,
с учетом теплоты конденсации водяных паров из продуктов
сгорания.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 6

Теплоты сгорания топлива Низшая теплота сгорания топлива не учитывает теплоту конденсации

Теплоты сгорания топлива


Низшая теплота сгорания топлива не учитывает теплоту


конденсации водяных паров.
Они определяются по формулам Менделеева, кДж/кг:
Qвр=338Cр+1249Hр+108,5(Sр-Oр);
Qнр=338Cр+1025Hр+108,5(Sр-Oр)-25Wр.
Их разность: Qвр-Qнр=224Hр+25Wр.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 7

Экспериментальное определение теплоты сгорания топлива Если не известен элементарный состав топлива

Экспериментальное определение теплоты сгорания топлива


Если не известен элементарный состав топлива

теплоту
сгорания топлива можно определить экспериментально,
сжигая точно взвешенную навеску топлива в среде чистого
кислорода в «калориметрической бомбе».
Чугунная бомба опускается в воду, масса и температура
которой точно измеряются.
После охлаждения бомбы водой измеряется конечная
температура воды и по уравнению теплового баланса
точно находится теплота, выделенная при сгорании
навески топлива.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 8

Кокс и летучие Эту теплоту относят к массе навески и получают

Кокс и летучие


Эту теплоту относят к массе навески и

получают опытное
значение теплоты сгорания топлива.
При нагревании твердого топлива без доступа воздуха оно
разделяется на твердую (кокс) и летучую части.
Твердая часть состоит из углерода и золы, летучая – из
горючих и негорючих газов (Н2О, СО2, СО, СН4, Н2 и сложных
углеводородов).

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 9

Свойства кокса Кокс с большим содержанием смол механически прочный, он используется

Свойства кокса
Кокс с большим содержанием смол механически прочный,
он используется

в металлургии.
Плохо спекающийся кокс – это энергетическое топливо.
Топливо с большим выходом горючих летучих Vлг очень
хорошо воспламеняется.
Такое топливо часто добавляют в тощие угли (с малым
выходом горючих летучих), чтобы улучшить их
воспламеняемость.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 10

Условное топливо Теплоты сгорания разных топлив значительно отличаются. Порядок низшей рабочей

Условное топливо

Теплоты сгорания разных топлив значительно отличаются.
Порядок низшей

рабочей теплоты сгорания:
● бурые угли 15…20 МДж/кг;
● каменные угли 20…25 МДж/кг;
● мазут ~40 МДж/кг;
● метан ~40 МДж/м3.
Это затрудняет сравнительные экономические расчеты для
ТЭС и котельных, работающих на разных топливах.
Поэтому введено понятие условного топлива, теплота
сгорания 1 кг или 1 м3 которого Qу=7000 ккал (~29300 кДж).

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 11

Характеристики твердых топлив Торф характеризуется высокими внутренним балластом Ор, Nр и

Характеристики твердых топлив


Торф характеризуется высокими внутренним балластом
Ор, Nр

и влажностью (Wр=30…50%); Qнр=10…15 МДж/кг,
поэтому он является местным энергетическим топливом.
Бурые угли неспекающиеся, имеют повышенное содержание
Ор, Nр, то есть могут самовозгораться; большую влажность
(Wр=20…40%), высокую зольность (Ар=15…30%).
Из-за высокого внешнего балласта их невыгодно
транспортировать на большие расстояния, поэтому они
относятся также к местным энергетическим топливам.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 12

Каменные угли Каменные угли содержат небольшое количество внешнего балласта (Ар=5…15%, Wр=5…10%),

Каменные угли


Каменные угли содержат небольшое количество внешнего
балласта (Ар=5…15%, Wр=5…10%),

поэтому их можно
перевозить к дальним потребителям.
Они не самовозгораются, коксуются, имеют более высокое
содержание углерода и теплоту сгорания, чем бурые угли.
В результате химической переработки каменных углей
получают металлургический кокс и побочные продукты -
коксовый газ, бензол, аммиак и др.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 13

Антрациты Антрациты являются наиболее старыми по геологическому возрасту, процесс обуглероживания в

Антрациты


Антрациты являются наиболее старыми по геологическому
возрасту, процесс обуглероживания

в них почти достиг
своего предела (Ср=93…96%).
Они имеют высокую механическую прочность, плохо
воспламеняются.
Горение – это химическая реакция окисления горючих
составляющих топлива кислородом воздуха.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 14

Химические реакции окисления горючих составляющих топлива Для определения теоретического объема воздуха

Химические реакции окисления горючих составляющих топлива

Для определения теоретического объема воздуха для

полного
сгорания 1 кг топлива запишем химические реакции:
С+О2=СО2; 2Н2+О2=2Н2О; S+O2=SO2;
1 кмоль: 12кгС-32кгО2; 4кгН2-32кгО2; 32кгS-32кгО2;
1 кг: 1кгС-8/3кгО2; 1кгН2-8кгО2; 1кгS-1кгО2;
в 1кг топлива: (Ср/100)кг С -8/3(Ср/100)кг О2;
(Нр/100)кг Н2-8(Нр/100)кг О2;
(Sр/100)кг S-(Sр/100)кг О2 .

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 15

Теоретически необходимый объем воздуха Масса кислорода для окисления горючих составляющих топлива,

Теоретически необходимый объем воздуха

Масса кислорода для окисления горючих составляющих


топлива, кг О2/кг топлива:
.
Массовая доля кислорода в воздухе 0,232, плотность воздуха
при НФУ ρ0=1,293 кг/м3, тогда теоретический объем воздуха,
м3/кг топлива:
.
Из-за несовершенного перемешивания топлива и воздуха,
в топку подают избыточный объем воздуха , где
=1,1…1,5 – коэффициент избытка воздуха.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 16

Продукты сгорания твердых и жидких топлив Выход трехатомных газов, м3/кг: VRO2=1,866Kр/100,

Продукты сгорания твердых и жидких топлив

Выход трехатомных газов, м3/кг:
VRO2=1,866Kр/100,


где Kр=Ср+0,375Sрл - приведенное количество углерода, %.
Теоретический выход азота:
V0.N2=0,79V0+0,8Nр/100.
Теоретический выход Н2О:
VН2O=0,111Hp+0,0124Wp+1,24Gф+0,0161V0( -1).
Объем дымовых газов (теплоносителя):
V=VRO2+V0.N2+VH2O+ V0( -1). (2)

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 17

Теоретический объем воздуха для газообразных топлив Теоретический объем воздуха для сгорания

Теоретический объем воздуха для газообразных топлив

Теоретический объем воздуха для сгорания

газообразного
топлива, м3/м3:
V0=0,0476[0,5CO+0,5H2+∑(m+n/4)CmHn+1,5H2S-O2]. (3)
Теоретический объем азота:
V0.N2=0,79V0+0,01N2.
Объем трехатомных газов:
VRO2=0,01(CO2+CO+H2S+∑mCmHn).

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 18

Энтальпия дымовых газов Теоретический объем водяных паров, м3/м3: V0.Н2O=0,01(H2S+H2+∑CmHnn/2+0,124d)+0,0161V0( -1). Объем

Энтальпия дымовых газов


Теоретический объем водяных паров, м3/м3:
V0.Н2O=0,01(H2S+H2+∑CmHnn/2+0,124d)+0,0161V0( -1).


Объем дымовых газов находится также по формуле (2).
Энтальпия дымовых газов, кДж/кг (кДж/м3):
I=I0.г+( -1)I0.в. (4)

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 19

Энтальпия газов и воздуха в формуле (4) Энтальпия газов при температуре

Энтальпия газов и воздуха в формуле (4)


Энтальпия газов при

температуре θ, °С и коэффициенте
избытка воздуха =1, кДж/кг (кДж/м3):
I0.г=VRO2(cθ)CO2+V0.N2(cθ)N2+V0.H2O(cθ)H2O.
Энтальпия теоретически необходимого воздуха, кДж/кг
(кДж/м3):
I 0.в=V0.в(cθ)в.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 20

Топки Топка – это часть парогенератора, предназначенная для сжигания топлива. При

Топки


Топка – это часть парогенератора, предназначенная для
сжигания топлива.

При этом химическая энергия топлива превращается в
тепловую энергию продуктов сгорания, за счет которой
генерируется пар.
Топки бывают слоевые, камерные, вихрекамерные.
В слоевых топках сжигается кусковое топливо в слое.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 21

Эффективность сжигания топлива В камерных топках эффективно сгорает угольная пыль (δ=0…300

Эффективность сжигания топлива


В камерных топках эффективно сгорает угольная пыль


(δ=0…300 мкм).
В вихрекамерных (циклонных) топках сжигается дробленка
(δ=4…6 мм).
Интенсивность процесса сжигания, а следовательно и
тепловое напряжение топочного объема, возрастает от
слоевых топок к циклонным.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 22

Слоевая топка 90–95 % первичного воздуха (1) для сгорания топлива в

Слоевая топка

90–95 % первичного воздуха (1)
для сгорания топлива в

слое (3)
подается под колосниковую решетку (2).
Для завершения сгорания летучих и
уноса угольной пыли, в топочную
камеру подается вторичный воздух (4).
Продукты сгорания (5) уносятся в дымовую трубу, шлак (7)
удаляется из нижней части топки.
Верхняя поверхность топлива – это зеркало горения (6),
площадь которого F принимается равной площади решетки.

4
3
2
1

5
6
7

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 23

Характеристики слоевой топки Тепловое напряжение зеркала горения: Q/F=BQнр/F (800…1300 кВт/м2). Меньшее

Характеристики слоевой топки

Тепловое напряжение зеркала горения:
Q/F=BQнр/F (800…1300 кВт/м2).


Меньшее значение для влажного, зольного угля с мелочью,
большее – для сухого, малозольного, сортированного топлива.
Объем топки Vт между зеркалом горения, стенами и потолком
топки.
Тепловое напряжение топочного объема:
Q/Vт=BQнр/Vт (230…350 кВт/м3).
Топки бывают ручные и механизированные.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 24

Механическая топка с цепной решеткой Такие топки устанавли- ваются под котлами

Механическая топка с цепной решеткой

Такие топки устанавли-
ваются под котлами

с
D = 10…25 т/ч.
Перед сжиганием уголь
дробится до кусков
размером ~40 мм.
Цепная решетка 1 – это
бесконечное полотно из колосников, смонтированных на двух
цепях, надетых на звездочки 2, одна из которых приводится
во вращение от электродвигателя через редуктор.

3
2
1

4

5

6

8

7

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Слайд 25

Описание механической слоевой топки Цепная решетка движется вглубь топки со скоростью

Описание механической слоевой топки


Цепная решетка движется вглубь топки со

скоростью 2–20
м/ч.
Топливо из загрузочного бункера 3 через дозирующее
устройство подается на решетку.
Необходимый для горения топлива воздух подается через
дутьевые окна 4.
Перемещаясь вместе с полотном, топливо сгорает.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014