Сд.02 Котельные установки и парогенераторы

1. Общая характеристика и классификация топлив.

Понятие топлива объединяет вещества, выделяющие энергию, которая может быть использована технически.

Все топлива по принципу высвобождения энергии подразделяются на две большие группы:

А)ядерное топливо, выделяющее энергию в результате внутриядерных процессов

Б)органические топлива, выделяющие энергию при окислении горючих компонентов топлива

Основным способом высвобождения химической энергии топлив является их сжигание, в ходе которого протекают сложные комплексные химические реакции, сопровождаемые выделением теплоты.

Основными видами природных топлив являются:

Древесина, торф, уголь (бурый, каменный, полуантрацитовый, антрацитовый), горючий сланец, нефть, природный газ.

Считается, что все многообразие твердых топлив, от древесины до антрацита, представляет собой различные стадии строения первичных углеобразований, среди которых основными являются растительные организмы, начиная от древесных пород и кончая мхами и планктонами.

В процессе геологического строения топлива в нем увеличивается содержание углерода и уменьшается содержание кислорода.

Нефть как топливо используется редко. В ходе ее переработки получают следующие виды топлив:

Мазут, соляра, бензин, керосин, дизельное топливо, газотурбинное топливо

Мазут – конечный продукт переработки нефти и характеризуется повышенным содержанием минеральных примесей, серы; отличается повышенной вязкостью.

Комплекс проблем при сжигании:

А) повышенный выброс сернистого газа (SO₂)

Б) выбросы золы с продуктами сгорания

Горючие сланцы – особая разновидность ископаемых, имеющих повышенную зольность из-за сильного засорения первичных преобразователей минеральными примесями.

Нефть также образовалась путем длительных преобразований органических остатков, при этом в ее составе преобладают углеводороды различных классов.

Природный горючий газ – также характеризуется повышенным содержанием углеводородов, при этом метана может содержаться до 98%.

При переработке твердых топлив получают следующие искусственные топлива:

Полукокс, кокс, регенеративные газы

Искусственное топливо образуется в различных технологических процессах:

доменные газы, газы коксовальных печей, попутные газы нефтедобычи

Классификация топлив.

В зависимости от теплоты сгорания влажной беззольной массы угли подразделяются на ряд типов: бурые, каменные, полуантрацитовые, антрацитовые.

К бурым (тип Б) относят угли с высшей теплотой сгорания влажной беззольной массы менее 5700 ккал/кг. По содержанию рабочей влаги они делятся на три группы:

• Б1. К ней относятся угла с рабочей влажностью W^р>40%.

• Б2. 30< W^р<40%

• Б3. W^р<30%

К каменным углям относят угли с высшей теплотой сгорания влажной беззольной массы более 5700 ккал/кг и с выходом летучих веществ на горючую массу V^а>9%.

В зависимости от выхода летучих, а также характера коксового остатка каменные угли подразделяются на следующие марки: длиннопламенный, газовый, жирный, коксовыЙ, тощий и др. Иногда угли одной марки разделяются на группы по нижнему пределу толщины пластичного слоя, который добавляют в качестве индекса к обозначению данных марок. Например, Г6 – газовый уголь с толщиной пластичного слоя 6…10 мм.

К антрацитовым (тип А) относят угли с высшей теплотой сгорания влажной беззольной массы более 5700 ккал/кг и с выходом летучих веществ на горючую массу V^а<9%, объемный выход летучих V_об^г<220 см³/г.

К полуантрацитовым (тип ПА) относят угли переходного типа от каменных углей к антрацитовым с высшей теплотой сгорания влажной беззольной массы более 5700 ккал/кг и с выходом летучих веществ на горючую массу V^а<9%, объемный выход летучих 220<V_об^г<330 см³/г.

Каменные, антрацитовые, полуантрацитовые угли по крупности кусков при их сортировке подразделяются на следующие классы: плитный, крупный, орех, мелкий, семечко, штыб и др.

Бурые угли по крупности кусков при их сортировке подразделяются на следующие классы: рупный, мелкий, рядовой.

Энергетические мазуты подразделяются на следующие марки:

1. флотские, Ф5, Ф12 (легкие)

2. топочные, 40, 40В, 100В, 100, 200

3. мазуты для мартеновских печей МП,МПС.

2. Термические характеристики топлив.

Топлива в том виде, в котором поступают потребителю, называются рабочими, а вещества, входящие в его состав, называются рабочей массой.

C^P+H^P+N^P+O^P+S^P+A^P+W^P = 100%

C^P, H^P – основная масса топлива; N^P,O^P – внутренний балласт топлива; W^P – влажность топлива на рабочую массу; W^P, A^P – непостоянные параметры.

Твердое топливо с установившейся в естественных условиях влажностью называется воздушносухим. Проба такого топлива, поступившего на анализ, называется аналитическим топливом.

C^а+H^а+N^а+O^а+S_ор+к ^а+A^а+W^а = 100%

Для удобства анализа топлив введены условные понятия сухой, горючей и органической массы.

C^с+H^с+N^с+O^с+S_ор+к ^с+A^с = 100% - элементарный состав на сухую массу;

C^г+H^г+N^г+O^г+S_ор+к ^г = 100% - элементарный состав на горючую массу;

C^о+H^о+N^о+O^о+S_ор ^о = 100% - элементарный состав на органическую массу;

По новому ГОСТу: C^р=[ C^r]; C^с=[ C^d]; C^г=[ C^daf];

C^с= C^P*;C^а= C^P*;C^г= C^P*;

CH₄+C_mH_n+CO+H₂+CO₂+N₂+O₂+H₂O=100% - для газообразного топлива.

Тепловую ценность топлива принято характеризовать ее теплотой сгорания, т.е. количеством теплоты, выделяющемся при сгорании единицы массы топлива.

Q^p_н – низшая теплота сгорания топлива на рабочую массу

Q^p_в – высшая теплота сгорания топлива на рабочую массу

Теплотворная способность топлива определяется путем сжигания фиксированных навесок топлива в специальных калориметрических установках.

Для твердых и жидких топлив теплотворная способность м.б. приближенно рассчитана по их элементарному составу при помощи формулы Менделеева:

Q^p_н = 339*С^р+1025*Н^р-108,5*(О^р-S^p_ор+к)-25*W^p, кДж/кг.

Одной из особенностей твердых природных топлив является их способность выделять при нагревании газообразные и жидкие продукты термического разложения органического твердого топлива, которое называется летучими веществами.