- •1. Классификация и типы паровых котлов.
- •1.1. Паровой котел. Общее устройство и определения.
- •3.3. Общие технические характеристики топлив.
- •3.5.1. Характеристики твердого топлива.
- •3.5.2. Характеристики мазута.
- •3.5.3. Характеристики природного газа.
- •3.6.1. Размолоспособность топлива.
- •3.6.2. Тонкость размола пыли.
- •3.6.3. Затраты энергии на размол топлива.
- •3.6.4. Характеристика угольной пыли.
- •4.1. Основы кинетики химических реакций.
- •4.2.1. Горение газового топлива
- •4.2.2. Горение твердого топлива.
- •4.2.3. Горение жидкого топлива.
- •4.3. Развитие и воспламенение топливно-воздушной струи в топочном объеме.
- •4.4. Продукты сгорания топлива.
- •5.1. Введение.
- •5.2. Топочные камеры и горелки для сжигания твердых топлив.
- •5.3. Газомазутные топки и горелки.
- •6. Эффективность работы и основы теплового расчета котла.
- •6.1. Общее уравнение теплового баланса котла.
- •6.2. Коэффициент полезного действия парового котла и котельной установки.
- •6.3.1. Потери теплоты с уходящими газами.
- •6.3.2. Потери теплоты с химическим недожогом топлива.
- •6.3.3. Потери теплоты с механическим недожогом топлива.
- •6.3.4. Потери теплоты от наружного охлаждения.
- •6.3.5. Потери с физической теплотой удаляемых шлаков.
- •6.3.6. Оптимизация показателей работы парового котла по сумме тепловых потерь.
- •7. Эксплуатация паровых котлов.
- •7.1. Эксплуатационные режимы паровых котлов.
- •7.2. Статические характеристики парового котла в нерасчетных режимах работы.
- •7.3. Переходные процессы в котле при изменении нагрузки.
- •7.4.Регулирование температуры пара.
- •7.4.1. Методы парового регулирования температуры пара.
- •7.4.2. Методы газового регулирования.
- •7.5. Загрязнения и абразивный износ конвективных поверхностей нагрева.
- •7.6.1. Высокотемпературная коррозия.
- •7.6.2. Низкотемпературная коррозия.
- •7.7. Сокращение вредных выбросов в окружающую среду.
- •8.Характеристики и виды движения водного теплоносителя в паровых котлах
- •8.1.Водный теплоноситель в паровых котлах и его физико-химические характеристики.
- •8.2 Общие уравнения движения жидкости в трубах.
- •8.2.1.Уравнения неразрывности, движения, энергии и состояния жидкости.
- •8.2.2.Уравнение движения однофазного потока в трубах.
- •8.2.3.Уравнение движения двухфазного потока в трубах.
- •8.3.Режимы течения двухфазного потока.
- •8.4.Перепад давления при движении рабочей среды в трубе.
- •8.5.Виды движения жидкости.
- •9.Гидродинамика водного теплоносителя в паровых котлах.
- •9.1.Гидродинамика водного теплоносителя в поверхностях с принудительным движением.
- •9.1.1.Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла.
- •9.1.2.Гидравлическая характеристика горизонтальных одиночных труб.
- •9.1.3.Гидравлические характеристики вертикальных одиночных труб.
- •9.1.4.Гидравлические характеристики системы труб парового котла.
- •9.1.5.Гидравлическая разверка в системе труб парового котла.
- •9.1.6.Пульсация потока в системах труб парового котла.
- •9.2.Гидродинамика водного теплоносителя при естественной циркуляции.
- •9.2.1.Движущий и полезный напоры контура циркуляции.
- •9.2.2.Гидравлические характеристики контура циркуляции.
- •9.2.3.Расчет контуров циркуляции.
- •9.2.4.Показатели надежности работы контура циркуляции.
- •9.3. Организация сепарации влаги и пара в барабанных котлах.
- •9.3.1.Барабан - сепарационное устройство барабанного котла.
- •9.3.2.Гидродинамические процессы в барабане парового котла.
- •10. Температурный режим поверхностей нагрева паровых котлов.
- •10.1.Металл паровых котлов.
- •10.2.Расчет температурного режима обогреваемых труб парового котла.
- •10.3.Условия теплообмена на стенке прямолинейной части трубы парового котла.
- •10.3.1.Теплообмен при докритическом давлении водного теплоносителя.
- •10.3.2.Теплообмен при сверхкритическом давлении водного теплоносителя.
- •10.4.Особенности температурного режима горизонтальных труб, криволинейных труб и каналов и газоплотных экранов.
- •10.5.Влияние внутритрубных отложений на температурный режим обогреваемых труб парового котла.
- •11.Физико-химические процессы в пароводяном тракте парового котла.
- •11.1.Материальный баланс примесей в пароводяном тракте парового котла.
- •11.2.Коррозия металла в пароводяном тракте парового котла.
- •11.3.Растворимость примесей в водном теплоносителе.
- •11.4.Переход примесей из воды в насыщенный пар.
- •11.5.Внутритрубные отложения примесей водного теплоносителя.
- •11.6.Образование отложений примесей в пароводяном тракте прямоточного котла.
- •11.7.Образование отложений примесей в пароводяном тракте барабанного котла.
- •11.7.1.Удаление примесей с непрерывной продувкой воды из водяного тракта барабанного котла.
- •11.7.2.Организация ступенчатого испарения в барабанном котле.
- •12.Водно-химические режимы паровых котлов.
- •12.1.Водно-химические режимы и нормы качества пара и питательной воды.
- •12.2.Водно-химические режимы прямоточных котлов.
- •12.3.Водно-химические режимы барабанных котлов.
- •12.4.Влияние внутрибарабанных устройств на качество котловой воды и насыщенного пара.
- •12.5.Химические очистки паровых котлов.
- •12.6.Консервация паровых котлов.
4.2.1. Горение газового топлива
Ранее были изложены основные законы кинетики (законы действующих масс и Аррениуса), позволяющие определять скорость химических реакций на основе стехиометрических соотношений молекул исходных и конечных продуктов. Экспериментально установлено, что скорости протекания реакций существенно превышают расчетные значения, полученные с применением закона действующих масс и закона Аррениуса.
В действительности реакции в веществах, находящихся в парогазовом состоянии, протекают чаще не между исходными молекулами горючего и окислителя, а через ряд промежуточных стадий, в которых вместе с молекулами участвуют активные осколки молекул - радикалы и атомы, имеющие свободные связи Н, ОН, О, СН и др. При этом переход от исходных веществ к конечным продуктам происходит через ряд промежуточных реакций, протекающих с большой скоростью, так как они обладают низкой энергией активации. Такие реакции, отличительной особенностью которых является огромная скорость их протекания, получили название цепных.
При горении газов протекают разветвленные реакции, в процессе которых один активный центр порождает два или большее число новых активных центров. Теорию цепных реакций разработал академик Н.Н. Семенов.
Согласно этой теории, цепная разветвленная реакция включает следующие процессы: зарождение цепей - образование активных частиц из исходного продукта; разветвление цепей - процесс, при котором одна активная частица, реагируя с исходными, вызывает образование двух или нескольких новых активных частиц; по мере убывания горючих компонентов реакция замедляется, наступает обрыв цепей и реакция вырождается - горение прекращается.
Началу реакции между веществами предшествует период накопления активных центров в виде заряженных частиц за счет разрушения части исходных молекул другими, обладающими большими энергиями движения и более высокой энергией связи атомов в молекуле. Этот период называют периодом индукции. При высокой температуре вступающих в реакцию веществ период индукции занимает от долей секунды до 1…2 с.
Рассмотрим механизм цепной разветвленной реакции на примере горения водорода (рис. 4.4). Из цикла цепной реакции следует, что наряду с образованием конечного продукта Н2О увеличивается число активных частиц - возбудителей цепи Н. На один вступивший в реакцию активный атом водорода после первого цикла образуется три атома водорода, после второго цикла - 9, после третьего - 27 и т.д. Это приводит к дальнейшему лавинообразному ускорению реакции. В реальных процессах одновременно с лавинообразным ускорением образования активных центров часть их по ряду причин при контакте со стенками сосуда, друг с другом теряет активность, что ведет к постепенному снижению скорости нарастания реакции и переходу ее в установившееся состояние, если имеет место постоянный подвод кислорода и водорода в зону реакции.
Горение газового топлива в смеси с воздухом происходит с большой скоростью (готовая смесь метана с воздухом объемом 10 м3сгорает за 0,1 с).
Рис. 4.4. Цикл цепной реакции горения водорода: H - возбудитель цепной реакции; H2O - конечный продукт |
Поэтому интенсивность сжигания природного газа в топках паровых котлов определяется скоростью его смешения с воздухом в горелочном устройстве и топке, т.е. скоростью подготовки горючей смеси.
В турбулентном потоке горючей смеси метана с воздухом скорость распространения пламени uПЛ, м/с, определяется турбулентной диффузией веществ и находится по приближенной формуле
4.15 |
где wГОР- скорость воздуха на выходе из горелки, м/с; ТГ, - расчетная температура газовой среды, К; n = 0,60…1,65 - показатель степени; изменяется в зависимости от состава горючей смеси и скорости потока. Для промышленных горелок, сжигающих природный газ, значениеnблизко к единице; εТ = 0,25…0,30 - степень турбулентности потока воздуха. В итоге скорость распространения газового пламени обычно составляет uПЛ= 8… 12 м/с.
Трудность обеспечения полного смешения расхода газа с воздухом за короткий промежуток времени связано с большим различием объемных расходов газа и воздуха - на сжигание 1 м3газа требуется 10 м3воздуха. Для полноты перемешивания приходится в поток воздуха внутри горелки вводить газ большим количеством мелких струй малого диаметра и с большой скоростью. Воздушный поток также сильно турбулизуется в специальных завихривающих устройствах.