- •Лекция №1 Энергетические ресурсы
- •Виды и классификация тэс
- •Виды и классификация аэс
- •Лекция №2
- •Классификация котлоагрегатов
- •Принципиальные схемы котлов
- •Маркировка паровых котлов по госТу
- •Топливо
- •Состав топлива
- •Характеристики твердого топлива
- •Характеристики жидкого топлива (мазута)
- •Характеристики газового топлива
- •Приведенные характеристики
- •Элементы теории горения
- •Горение жидкого топлива
- •Горение газового топлива
- •Материальный баланс котла Определение теоретически необходимого количества воздуха
- •Коэффициент избытка воздуха
- •Контроль избытка и присосов воздуха
- •Определение коэффициента избытка воздуха
- •Энтальпия (теплосодержание) воздуха и продуктов сгорания
- •Тепловой баланс котла
- •Потеря тепла с уходящими газами
- •Потеря тепла от химической неполноты горения
- •Потеря тепла с механическим недожогом
- •Потеря тепла с физическим теплом шлака
- •Полезно используемое тепло. Кпд котельного агрегата
- •Компоновка паровых котлов
- •Классификация, общие характеристики и основные показатели топочных устройств котельных агрегатов
- •Сжигание газообразного топлива Подготовка газового топлива к сжиганию
- •Сжигание газообразного топлива
- •Воздушные регистры
- •Горелка с полным внутренним смещением (б)
- •Прямоточная газовая горелка ткз Сжигание жидкого топлива
- •Горелочные устройства для сжигания мазута
- •Топочные устройства для сжигания газа и мазута
- •Виды топок для сжигания газа и мазута
- •Особенности эксплуатации газомазутных топок
- •Сжигание твердого топлива в пылевидном состоянии
- •Основные характеристики угольной пыли
- •Размольные свойства топлива
- •Оборудование систем пылеприготовления
- •Сушка топлива
- •Понятие режима завала мельницы
- •Камерное сжигание твердого топлива Горелки для сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии
- •Топочные камеры для сжигания пылевидного топлива
- •Поверхности нагрева котлоагрегата Испарительные поверхности нагрева
- •Низкотемпературные поверхности нагрева (нтпн)
- •Водяные экономайзеры (эко)
- •Воздухоподогреватели
- •Рекуперативный воздухоподогреватель.
- •Регенеративный воздухоподогреватель
Топливо
Органическое топливо – это вещество, способное активно вступать в реакцию с кислородом воздуха, обладающее значительным удельным тепловыделением, происходящим при высокой температуре продуктов горения.
В энергетике используются твердое, жидкое и газообразное топлива.
Твердое топливо имеет растительное происхождение (за исключением веществ животного происхождения). Превращение исходного органического вещества в топливо происходит в течение долгого времени под воздействием большого количества факторов (температура, давление, влияние микроорганизмов и т.д.). Так как условия превращения различны, то различна и степень превращения вещества в топливо, степень углефикации. (углефикация – процесс насыщения вещества углеродом за счет освобождения кислорода и азота). Зрелость топлива не всегда соответствует его геологическому возрасту.
Важнейшими характеристиками твердого топлива являются: влажность W, величина которой может изменяться (5÷60%), зольность (содержание негорючей минеральной части А=5÷50%), выход летучих на горючую массу V (4÷80%).
Естественным жидким топливом является сырая нефть – это смесь органических соединений (главным образом углеводороды). В состав нефти входят соединения O , N , S, различные смолы. Энергетическим топливом является продукт переработки нефти – мазут (W=1÷3%, А=0,1÷0,3%). Поэтому удельная теплота сгорания в два раза выше, чем у твердого топлива. Мазута из нефти получается 40÷60%.
В энергетике используется мазут М40, М100, М200, где 40, 100, 200 показатель величины условной вязкости при температуре 500С.
Преимущества мазута перед твердым топливом:
высокая теплота сгорания;
легко транспортируется по трубопроводу;
легко воспламеняется и имеет устойчивое горение;
не требует устройств для удаления золы и шлака.
Недостатки:
коррозия и загрязнение поверхностей нагрева, особенно при сжигании мазута с высоким содержанием серы;
наличие вредных выбросов в атмосферу в виде: SO , SO , и окислов азота.
Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов, содержащих небольшое количество примесей в виде водяных паров и пыли. Естественные природные газы имеют биологическое происхождение и являются продуктами разложения. Основной составляющей (80÷95%) природного газа является метан CH . Искусственные и попутные газы в большей степени засорены негорючими примесями и обладают меньшей теплотой сгорания по сравнению с естественными.
Газовое топливо обладает теми же преимуществами что и мазут, но выраженными в большей степени. Его применение дает минимальную коррозию поверхностей нагрева и минимальное загрязнение окружающей среды.
Состав топлива
Твердое и жидкое органическое топливо состоит из сложных химических соединений, содержащих углерод, водород, серу, кислород, азот, влагу и минеральную часть.
C, H, Sл – горючая часть;
O, N – внутренний балласт;
W, A – внешний балласт.
Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов с небольшой примесью пыли. Его состав:
CH = 80÷95%, , H , CO, Н2S – горючая часть;
- негорючая часть.
Один килограмм водорода выделяет при сгорании тепла в несколько раз больше, чем углерод. Один килограмм серы выделяет при сгорании тепла в 3,5 раза меньше, чем углерод.
Сера, содержащаяся в твердом топливе делится на:
S -органическую (входит в состав органических соединений);
Sк –колчеданная (входит в состав колчедана или пирита FeS2); Sс -сульфатную (входит в состав сульфатов, не горит и переходит в золу и шлаки );
Sл = S + Sк –летучая сера горит (окисляется кислородом воздуха).
По содержанию серы различают следующие виды мазута:
S ≤0,5 мазут малосернистый;
S ≥1,7 мазут высокосернистый;
0,5<S<1,7 мазут сернистый.
Жидкое и твердое топливо имеет сложный молекулярный состав, поэтому их состав выражается в процентах веса элементов. Топливо, на складе станции, называется рабочим. Состав топлива на рабочую массу записывается в следующем виде:
C +H +S +N +O +A +W =100%
А налитическая масса – топливо, доведенное до воздушно-сухого состояния.
Wа =Wр - Wвн
Рис. 14 Схема элементарного состава топлива
W Wa O N H C S Sк Sс A
C +H +N +S + O =100% W=A=Sк=0
Органическая масса
C +H +S +N +O =100%
Горючая масса W=A=0
C +H +S +N +O +A =100% Сухая масса W=0
C +H +S +N +O +A +W =100% Аналитическая масса
C +H +S +N +O +A +W =100% Рабочая масса
Пересчет состояния топлива с одной массы на другую ведется с помощью коэффициента пересчета .
Таблица 1. Коэффициенты пересчета на различные массы топлива
Искомая масса
Задан- ная масса |
рабочая |
сухая |
горючая |
органическая |
рабочая |
1 |
|
|
|
с ухая |
|
1 |
|
|
горючая |
|
|
1 |
|
Органическая |
|
|
|
1 |
При хранении и транспортировке топлива его зольность и влагосодержание могут изменяться.
→ коэффициент пересчета при этом: .
Теплота сгорания
Теплотой сгорания называется количество теплоты, выделившейся при полном сгорании единицы массы или объема топлива , . Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшей теплотой сгорания называется количество тепла, выделяемое при полном сгорании единицы топлива с учетом теплоты конденсации, образующейся при горении водяных паров. Низшая теплота сгорания – это количество тепла без учета теплоты конденсации.
, где
r = 600 - скрытая теплота парообразования.
Количество водяных паров получающихся при сжигании 1кг топлива
, где:
Wp/100-влага топлива (делим на 100, чтобы перейти от % к кг);
(запишем стехиометрическую реакцию окисления атомарного водорода)
с учётом молекулярных весов (закон сохранения масс)
4кг+32кг=36кг
1кг+ 8кг = 9кг
9Нр./100-вес водяных паров, образующиеся при окислении 1 кг водорода топлива.
При изменении внешнего балласта топлива пересчет у низшей теплоты сгорания
проводится следующим образом:
При изменении балласта топлива → высшая теплота сгорания ( ) пересчитывается, как и состав топлива - 2= 1*
Пересчет низшей теплоты сгорания ( ) при изменении внешнего балласта топлива
при изменении зольности ( ) пересчет ведется аналогично составу топлива:
при изменении влажности топлива пересчет низшей теплоты ведется через высшую теплоту сгорания, которая пересчитывается аналогично составу топлива:
Для твердого и жидкого топлив теплота сгорания может быть примерно рассчитана по полуэмпирической формуле Менделеева.
, Мдж/кг.
Теплота сгорания природного газа может быть рассчитана следующим образом:
Теплота сгорания топлива определяется на калориметре.
Вид топлива |
WP |
AP |
VГ |
QНР (Мкал/кг) |
% |
||||
антрацит |
8..10 |
20..30 |
4..6 |
5,2..5,5 |
каменный уголь |
5..25 |
10..50 |
8..45 |
3..6 |
бурый уголь |
20..50 |
6..30 |
40..70 |
2,2..4,5 |
сланцы |
10..20 |
55..60 |
80..90 |
2..2,7 |
торф |
40..50 |
6..8 |
70 |
1,8..2 |
мазут |
1..3 |
0,1..0,3 |
|
9..9,1 |
газ |
|
|
|
8..11 |
лекция №4