Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Характеристика топлива.



Теплоэнергетические установки.

Тема 1. Энергетическое топливо.

1. Состав топлива.

2. Характеристика топлива.

3. Моторные топлива для поршневых ДВС.

Тема 2. Котельные установки.

1. Котельный агрегат и его элементы.

2. Вспомогательное оборудование котельной установки.

3. Тепловой баланс котельного агрегата.

Тема 3. Топочные устройства.

1. Топочные устройства.

2. Сжигание топлива.

3. Теплотехнические показатели работы топок.

Тема 4.Горение топлива.

1. Физический процесс горения топлива.

2. Определение теоретического и действительного расхода воздуха

на горение топлива.

3. Количество продуктов сгорания топлива.

Тема 5. Компрессорные установки.

1. Объемный компрессор.

2. Лопаточный компрессор.

Тема 6. Вопросы экологии при использовании теплоты.

1. Токсичные газы продуктов сгорания.

2. Воздействия токсичных газов.

3. Последствия "парникового" эффекта.

Литература



 

Теплоэнергетические установки.

Тема 1. Энергетическое топливо.

1. Состав топлива.

2. Характеристика топлива.

3. Моторные топлива для поршневых ДВС.

Состав топлива.

Топливом называется горючее вещество, используемое в качестве источника получения теплоты в энергетических, промышленных и отопительных установках.

В зависимости от типа реакций, в результате которых выделяется теплота из топлива, различают органическое и ядерное топливо.

В настоящее время и по прогнозам до 2030 г. органическое топливо является основным источником энергии (теплоты) для промышленного использования.

Таблица 1.

Потребление органического топлива в1993 г.

Потребитель Вид топлива
  Твердое Жидкое Газообразное
Во всем мире, млрд.т у.т. 3,21 4,29 2,66
Россия, млн.т у.т.

Примечание: у.т. – условного топлива

В органических топливах теплота выделяется в результате химической реакции окисления его горючих частей при участии кислорода, а в ядерных топливах – в результате распада деления ядер тяжелых элементов (урана, плутония и т.д.).

Таблица 2.

Классификация органических топлив по агрегатному состоянию.

Топливо Агрегатное состояние
  Твердое Жидкое Газообразное
Природное Дрова, торф, бурые и каменные угли, антрацит, горючие сланцы Нефть Природный газ
Искусственное Древесный уголь, полукокс, кокс, угольные и торфяные брикеты Мазут, керосин, бензин, соляровое масло, газойль, печное топливо Газы нефтяной, коксовый, генераторный, доменный, газ подземной газофикации

Твердые и жидкие топлива состоят из горючих (углерода - С, водорода - Н, летучей серы - Sл == Sор + Sк) и негорючих (азота - N и кислорода - О) элементов и балласта (золы - А, влаги - W).

Элементарный состав твердого и жидкого топлива дается в процентах к массе 1 кг топлива. При этом различают рабочую, сухую, горючую и органическую массу топлива.

Рабочая масса – это масса и состав топливо, в котором поступает к потребителю и подвергается сжиганию.

Состав рабочей, горючей, сухой и органической массы обозначается соответственно индексами "р", "с", "г" и "о" и выражаются следующими равенствами:

Ср + Нр + Sрл + Nр + Oр + Aр + Wр = 100 % ; (1)

Сс + Нс + Sсл + Nс + Oс + Aс = 100 % . (2)

Сг + Нг + Sгл + Nг + Oг = 100 % ; (3)

Со + Но + Sоорг + Nо + Oо = 100 % . (4)

Органическая масса топлива в отличии от горючей массы содержит только органическую серу и не включает колчеданную:

Sоорг = Sол - Sок . (5)

Коэффициенты пересчета состава топлива из одной массы в другую приведены в табл. 3.

Т а б л и ц а 3

Заданная масса топлива Коэффициенты пересчета на массу
  рабочую горючую сухую
Рабочая 100/[100 - (Aр + Wр)] 100/(100 - Wр)
Горючая [100 - (Aр + Wр)]/100 (100 - Aс)/100
Сухая (100 - Wр) / 100 100 / (100 - Aс)

Для сланцев состава (Ср, Нр, Sрл, Nр, Oр, Aр, Wр) пересчет с рабочей

массы на горючую осуществляется с помощью коэффициента:

К = 100 / [100 - Aри - Wр - (СО2)рк] , (6)

где Aри - истинная зольность рабочей массы, %·, Wр - влажность рабочей массы, %, (СО2)рк - содержание углекислоты карбонатов, %. Истинная зольность рабочей массы определяется по формуле

Aри = Aр - [2,5(Sра - Sрс ) +0,375Sрк] [(100 - Wр) / 100], (7)

где Sра - содержание серы в лабораторной золе в процентах к массе топлива; Sрс - содержание сульфатной серы в топливе, %.

Величина [2,5(Sра - Sрс) +0,375Sрк] для ленинградских и эстонских сланцев может быть принята равной 2,0, для кашпирских - 4,1.

Пересчет состава (%) рабочей массы топлива при изменении влажности производится по формулам :

Ср2 = Ср1(100 - Wр2) / (100 - Wр1) ö

Hр2 = Hр1(100 - Wр2) / (100 - Wр1) ý , (8)

.......................................... ....... . ø

где Wр1 - начальная влажность топлива, %, Wр2 - конечная влажность топлива, %.

Средний состав (%) смеси двух твердых или жидких топлив, заданных массовыми долями, - первого (Ср2, Hр2 ....)и второго (Ср1, Hр ...) - определяется по уравнениям:

Срсм = b1 Cр1 + (1 - b1) Cр2 , ö

Hрсм = b1 Hр1 + (1 - b1) Hр2 , ý , (9)

......................................... . ø

где массовая доля b1 одного из топлив в смеси находится по формуле:

b1 = В1 /(В1 + В2) . (10)

Здесь В1 и В2 - массы топлив, входящих в смесь, кг.

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов. Горючая часть состоит из предельных (?СnH2n+2) и непредельных (?СnH2n) углеводородов, водорода Н2, окиси углерода СО, и сернистого водорода (Н2S). В состав негорючих элементов входит азот ( N2) , углекислый газ (СO2) и кислород (О2). Составы природного и искусственного газообразных топлив различны. Природный газ характеризуется высоким содержанием метана (СH4), а также небольшого количества других углеводородов: этана (С2H6), пропана (С3H8), бутана (С4H10), этилена (С2H4), и пропилена (С3H6). В искусственных газах содержание горючих составляющих (водорода и окиси углерода) достигает 25-45%, в балласте преобладают азот и углекислота – 55-75%.

Состав газообразного топлива задается в объемных долях и в общем виде можно записать следующим образом:

nH2n+2 + SСnH2n + Н2 + СО + Н2S + О2 + N2 + CО2 = 100% , (11)

где SСnH2n+2 – предельные углеводороды;

nH2n – непредельные угловодороды;

Н2S – сернистый водород.

СО – окись углерода;

2 - углекислый газ.

 

Характеристика топлива.

Влажность воздуха. Средняя влажность топлива в рабочем состоянии составляет в %: для торфа 50; сланцев 13-17; каменного угля 5-14 и антрацита 5-8. Бурые угли в зависимости от влажности делят на 3 группы: группа Б1 – более 40% влажности; группа Б2 – 30-40%; группа Б3 – менее 30%.

Зола топлива. В состав золы входят преимущественно соли щелочных и щелочно-земельных металлов, окислы железа, алюминия, а также сульфатная сера. Минеральные остатки, образующиеся после сгорания топлива, имеют вид либо сыпучей массы (зола), либо сплавленных кусков (шлак). При высоких температурах зола размягчается, а затем плавится. Размягченная зола и шлак прилипают к стенкам обмуровки топки, уменьшая сечение газоходов откладываются на поверхностях нагрева, увеличивая тем самым термическое сопротивление в процессе теплопередачи о газов к нагреваемой среде, забивают отверстия для прохода воздуха в колосниковой решетке, обволакивают частицы топлива, затрудняя их сжигание.

Различные виды топлива содержат разное количества золы. Например, в %: древесина – 1; торф – 10; кузнецкий уголь – 10-20; подмосковный бурый уголь – 30; сланцы – 60. Жидкое топливо (мазут) содержит 0,2-1% минеральных примесей.

Летучие вещества. При нагревании твердого топлива до 870-1100 К без доступа окислителя, выделяются парогазообразные вещества, которые называются летучими. Они являются продуктами распада сложных органических веществ, содержащихся в органической массе топлива. В состав летучих веществ входят: азот N2, кислород О2, водород Н2, окись углерода СО, углеводородные газы СH4, С2H4 и т.д, а также водяные пары.

Кокс. Твердый остаток, который получается после нагревания топлива (без доступа окислителя) и выхода летучих веществ. В состав кокса входят остаточный углерод и зола. При низких температурах в твердом остатке кроме золы может оказаться часть элементов (C, H, Sл, N). Тогда твердый остаток называется полукоксом. По своим механическим свойствам кокс может быть порошкообразным, слабоспекшимся и спекшимся.

В зависимости от выхода летучих веществ и характеристики кокса каменные угли разделяются на 10 марок: длиннопламенный - Д, газовый - Г, газовый жирный – ГЖ, жирный – Ж, коксовый жирный = КЖ, коксовый - К, коксовый второй – К2, отощенный спекающийся – ОС, слабоспекающийся – СС, тощий – Т.

Теплота сгорания. Одной из основных характеристик любого вида топлива является теплота сгорания, т.е. то количество теплоты, которое может быть получено при полном сгорании единицы массы или объема топлива. Полным сгоранием называется такое, при котором горючие компоненты топлива С, Н и S полностью окисляются кислородом. Теплоту сгорания твердого и жидкого топлива относят к 1 кг, а газового – к 1 м3 при нормальных условиях.

Различают низшую и высшую теплоту сгорания. В высшую теплоту сгорания входит количество теплоты, которое может быть выделено при конденсации водяных паров, находящихся в продуктах сгорания топлива.

При известном элементарном составе твердого и жидкого топлив теплоту их сгорания (кДж/кг) определяют по эмпирическим формулам, предложенной Д.И.Менделеевым:

Qpн = 340Ср + 1035Нр – 109(Ор - Sрл) – 25Wр . (12)

Qpв = 340Ср + 1260Нр – 109(Ор - Sрл) ; (13)

Теплота сгорания сухого газа (кДж/м3) определяют по объемному составу,%, и известной теплоте сгорания компонентов:

Qpн = 358СН4 + 640С2Н6 + 915С3Н8 + 1190С4Н10 +

+ 1465 С5Н12 + 126,5 СО + 107,5Н2 + 234Н2S; (14)

Qpн = 398СН4 + 700С2Н6 + 995С3Н8 + 1285 С4Н10 +

+ 1575 С5Н12 + 126,5 СО + 127,5Н2 + 257Н2S; (15)

Если в состав газа входят неизвестные углеводородные компоненты (при условии, что содержание метана известно), то сумму углеводородов условно принимают как содержание этана С2Н4 и теплоту сгорания рассчитывают по формулам, аналогичным уравнениям (14) и (15).

Для сравнения различных видов топлива по их тепловому эффекту вводят понятие условного топлива, теплота сгорания которого принята равной 29300 кДж/кг.

Отношение Qpн данного топлива к Qу.т. условного топлива называется топливным эквивалентом – Э. Тогда для расчета расхода натурального топлива Вн в условное Ву.т. , достаточно величину Вн умножить на эквивалент Э, т.е.:

Ву.т. = Ву.т•Э = Ву.т.•(Qpн / Qу.т.) (16)