104

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»

В.А. Мунц, Е.Ю. Павлюк

Основы теории горения топлив

Учебное пособие

Научный редактор – заслуженный деятель науки и техники РСФСР,

проф., д-р техн. наук А.П. Баскаков

Екатеринбург

2005

УДК 662.611(075.8)

ББК 31.35я73

М90

Рецензенты: проф., д-р техн. наук Боковиков Б.А., профессор

проф., к.т.н. Мамаев В.В., заведующий кафедрой

Мунц В.А., Павлюк Е.Ю.

М90. Основы теории горения топлив : Учеб. пособие / В.А. Мунц, Е.Ю. Павлюк. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. 102 с.

ISBN

Предлагаемое учебное пособие представляет собой краткое содержание курса лекций, который читается студентам 3-го курса специальности 140104 – Промышленная теплоэнергетика. Объем курса включает в себя не только теоретическое описание процессов горения газового, жидкого и твердого топлива, но и основы расчета топочных и горелочных устройств. Приведено описание типовых конструкций топок, горелок, форсунок. Данный курс является базовым для изучения курса «Котельные установки и парогенераторы».

Пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения специальностей: 140104 – Промышленная теплоэнергетика; 140106 – Энергообеспечение предприятий.

Библиог.: 22 назв. Табл. 4. Рис. 67.

УДК 662.611 (075.8)

ББК 31.35я73

ISBN  ГОУ ВПО «Уральский государственный

технический университет – УПИ», 2005

 Мунц В.А., Павлюк Е.Ю.

оглавление

1. Топливо

1.1. Состав топлива

Органическая часть твердых и жидких топлив состоит из большого количества сложных химических соединений, образованных пятью химическими элементами: углерод (С), водород (Н), сера (S), кислород (О) и азот (N). Кроме того, топливо содержит минеральные примеси (А), которые превращаются при сжигании в золу и влагу (W). Поэтому химический состав твердых и жидких топлив определяется не по количеству химических соединений, а по суммарной массе химических элементов в топливе в процентах на один килограмм, т. е. по элементному составу топлива.

Горючими элементами топлива являются углерод, водород, сера. Углерод является основным горючим элементом топлива, имеет высокую теплоту сгорания (34,4 МДж/кг) и составляет большую часть горючей массы топлива. Водород также имеет высокую теплоту сгорания (120,5 МДж/кг), но его содержание в топливе невелико (2-4% в твердом и 10-11% в жидком). Сера имеет невысокую теплоту сгорания (9,3 МДж/кг), и ее содержание в топливе невелико (0,3-0,5%), поэтому она не представляет ценности как горючий элемент. Но поскольку при сжигании топлива образуется диоксид серы, сернистость топлива является важной характеристикой. В твердом топливе сера присутствует в органическом виде S_ор, в составе горючих минеральных веществ (пиритная S_п или колчеданная сера FeS₂, CuS), в составе негорючих минеральных веществ (сульфатная сера S_сфт). Общее содержание серы в топливе S_об складывается из трех составляющих:

.

Сумма двух первых слагаемых определяет содержание в топливе горючей серы:

.

Различают пять основных состояний топлива. Рабочее состояние топлива (верхний индекс р (r)) – это состояние топлива с таким содержанием влаги и зольностью, с которым оно добывается, отгружается или используется:

. (1.1)

Аналитическое состояние топлива (верхний индекс а (а)) – состояние топлива, характеризуемое подготовкой пробы. Подготовка предусматривает размол до размеров частиц 0,2 мм и приведение в равновесие с условиями лабораторного помещения:

. (1.2)

Сухое состояние топлива (верхний индекс с (d)) – состояние топлива без содержания общей влаги (кроме гидратной):

. (1.3)

Горючее (условное сухое беззольное) состояние топлива (верхний индекс г (daf)) – условное состояние топлива, не содержащего общей влаги и золы:

. (1.4)

Органическое состояние топлива (верхний индекс о (о)) – условное состояние топлива без содержания влаги и минеральной массы:

. (1.5)

Wвн	Wа	О	N	H	C	Sор	Sп	Sсфт	А
		Органическое состояние (о)
		Г орючее состояние (г)
		С ухое состояние топлива (с)
	Аналитическое состояние топлива (а)
Р абочее состояние топлива (р)

Рис. 1.1. Схема состояний топлива

Для получения коэффициента пересчета состава топлива, например, из горючего состояния в рабочее необходимо сделать следующие преобразования. Запишем уравнение для рабочего состояния в следующем виде, %:

, (1.6)

и разделим (1.6) на (1.4). В результате получим соотношение

. (1.7)

Таким образом, для каждого элемента, например для углерода, справедливо соотношение

, %. (1.8)

Аналогичным образом определяются коэффициенты пересчета для любых других состояний (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Коэффициенты пересчета из одного состояния в другое

Заданное состояние топлива	Искомое состояние топлива
	Рабочее	Сухое	Горючее
Рабочее	1
Сухое		1
Горючее			1

В отличие от твердого и жидкого топлива газообразное топливо представляет собой механическую смесь горючих и негорючих газов, поэтому его состав задается в объемных процентах.