КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Продукты сгорания топлива

Состав продуктов сгорания при сжигании 1 кг твердого или жид­кого топлива или 1 м3

Газового топлива можно записать в следующем

Виде:

І кг/м3 + VB - Усо2 + Kso2 + Ун3о + Уы2 + Уо2 + Кп + 1 2

+ Усо + У\2 + Уси - (4.28)

3

Здесь VB — объем воздуха, использованного для сжигания 1 кг (м3) топ­лива; Vco2, Kscb и др. - объемы отдельных газов в продуктах сгорания, м3/кг или м3/м3.' Продукты сгорания топлива удобно разбить на три груп­пы. Цифрой 1 в (4.28) обозначены продукты полного окисления горючих

!В дальнейшем размерности удельных объемом буду г ука*ыкап>ся только па 1 кг топлива
элементов топлива. Они состоят из объема трехатомных сухих газов, обо­значаемых Vro2 :

Vro2 - Vco2 + VSo2 (4.29)

И объема водяных паров Vh2o за счет горения водорода топлива. В со­ставе Vro2 всегда Vco2 ^ Vso2> поскольку содержание серы в топли - вах мало. Цифрой 2 обозначены объемы азота и кислорода, представ­ляющие собой остаток сухого воздуха после горения топлива, и водя­ные пары. Здесь Vn2 > К)2, так как кислород в значительной мере израсходован на окисление. Объем водяных паров Уш включает в се­бя испарившуюся влагу топлива и влажность самого воздуха. Для силь­но влажных бурых углей значение VBU соизмеримо или превышает Vco2- Цифрой 3 обозначены продукты неполного окисления горючих элемен­тов топлива, при этом Vfcb > Vh2 > Vch4- Соотношение между объема­ми Vco и Vh2 в среднем составляет 3:1. Наличие в продуктах неполно­го сгорания объема Vch4 говорит о грубых отклонениях режима горения от нормы.

Рассмотрим полное сгорание топлива в стехиометрических соотноше­ниях и при условии, когда в продуктах сгорания Vco = 0; Vh2 = 0; Vch4 — 0 и нет остаточного кислорода — Vo2 = 0. Количество воздуха, необходи­мое для полного сгорания 1 кг (м3) топлива при условии безостаточного использования кислорода, называют теоретически необходимым объемом воздуха 1/в°. В этом случае образуется теоретический объем продуктов сго­рания Vr°, который будет состоять:

Уг° = lfcoa + Vso2 + Vlo + V$2. (4.30)

Здесь выделяют теоретический объем сухих газов

Vc°r = Vco2 + Vso2 + Vl = Vro2 + Vl (4.31)

И полный теоретический объем газов

= V* + Vl0. (4.32)

При этом здесь в объем входят все составляющие водяных паров в про­дуктах сгорания, рассмотренные выше (V^20 = Vh2o 4- VBn), а объем V$2 образуется в основном из азота воздуха с небольшим дополнением азота из т°плива. Для обозначения объемов, соответствующих теоретическим усло - виям горения, вводится индекс «О». Теоретические объемы воздуха и про­дуктов сгорания определяются составом сжигаемого топлива и приведены в табл. 4.1.

Объем сухих трехатомных газов Vro2 в формулах (4.30) и (4.31) одина­ков и не зависит от того, подан на горение теоретический объем воздуха VB° или большее его количество, поскольку содержание СО2 и SO2 в атмо­сферном воздухе очень мало и не учитывается в расчетах. Объем других составляющих продуктов сгорания при подводе VB > VB будет изменять­ся. При этом увеличение объема продуктов сгорания сверх Vr° определяется только избыточным количеством сухого воздуха AVB = VB — VB и водяными парами, содержащимися в нем Д V^o = 0,0161

В действительных условиях невозможно довести топливо до полного сгорания при теоретически необходимом объеме воздуха вследствие несо­вершенства перемешивания топлива с воздухом в большом топочном объ­еме за короткое время пребывания газов в нем (2-3 сек.) Поэтому для обеспечения полноты сгорания топлива, удовлетворяющего экономическим показателям работы парового котла, действительный объем воздуха в зоне горения всегда поддерживают несколько больше теоретического. Отноше­
ние этих объемов называют коэффициентом избытка воздуха в продуктах сгорания

* = (4-33)

Ув

3 практике значение коэффициента избытка воздуха фиксируют на выходе из топочной камеры и обозначают ат. Доля избыточного воздуха в топке зависит от сорта топлива, способа его сжигания и конструкции топочного устройства. Твердое топливо, отличающееся большим выходом летучих ве­ществ, легче воспламеняется и быстрее сгорает. Оно относится по условиям горения к реакционным топливам, поэтому нуждается в меньшем избытке воздуха, чем топливо с малым выходом летучих. Эффективное перемешива­ние топлива с воздухом и быстрое сжигание достигается при использовании газового топлива и мазута, поэтому они требуют наименьшего избытка воз­духа в зоне горения. Разный избыток воздуха нужен при сжигании одного и того же топлива, но в разных топочных устройствах (например, в пря­моточной или вихревой топочной камере), отличающихся эффективностью перемешивания.

Расчетный коэффициент избытка воздуха аТ нормируется в зависимо­сти от указанных факторов. Обычно его принимают для разных топлив в следующих пределах:

Для твердых 1,15 - т-1,25 , для жидких 1,02 - г 1,1, для газовых 1,05 - г 1,1.

Уменьшение избытка воздуха дает экономию расхода энергии на тягодутье - вых машинах и повышает КПД котла. Однако его снижение ниже расчет­ного значения аТ ведет к быстрому росту недожога топлива и снижению экономичности котла.

При работе парового котла под наддувом избыток воздуха на выходе из топки ат равен его значению в горелке агор и сохраняется неизменным НО всему газовому тракту, так как все его газоходы в этом случае имеют небольшое избыточное давление и выполнены газоплотными (исключение вставляет регенеративный воздухоподогреватель).

При работе котла под разрежением, создаваемым дымососами, про - исходит подсос в газовый тракт холодного воздуха из окружающей среды Чсрез возникающие неплотности (чаще всего в местах сопряжения отдель - Ньт* элементов котла).

За счет присоса воздуха объем продуктов сгорания по газовому тракту Постепенно увеличивается, снижается температура газов (рис. 4.12). При-

Отельные установки дк

Да* =

К0

Где Д Vi — объем присосанного воздуха в пределах 2-ой поверхности паро­вого котла.

Тогда избыток воздуха за г-ой по порядку поверхностью нагрева после топки определяется как

(4.35)

В топочной камере также имеют место присосы воздуха Да,. С учетом этого избыток воздуха в зоне горелок будет составлять

П. op = пп ~ Дат-

Объем уходящих газов, определяемый за последней поверхностью котла, м0>кно найти по следующей формуле:

1/ух - + Кх - (4.37)

Где «ух = olт + Дапе + AcvBI + Аа-)к + Давп (см. рис. 4.12).

Объем Vyx состоит из объема продуктов полного сгорания топлива Vr° и всего избыточного воздуха ДКгзб, которое можно разделить на две со­ставляющие:

АКзб - (с*т - 1)VB° + Y1 (4-38)

Где (ат — 1) — избыток воздуха в зоне горения.

Первое слагаемое в формуле (4.38) характеризует организованный из­быток воздуха, необходимый для обеспечения достаточно полного сжига­ния топлива. Второе слагаемое — вредные присосы холодного воздуха в последующих поверхностях нагрева.

Первоначально определение избытка воздуха в потоке газов осуще­ствлялось косвенным способом — путем определения процентного содер­жания R02=C02+S02 в сухих газах при известном для данного топлива максимально возможном значении RO^0. Максимальное содержание су­хих трехатомных газов в продуктах сгорания (при а = 1 и 02 = 0):

21 (4.39)

(І+АГ

Где вт — топливная характеристика, зависящая при сжигании в воздухе от состава топлива

_ Я*-0,126 О"+ 0,038*'

/Л - 2,35 Ср + 0,375 Sp ■ (4'40)

Значения ROr>aKC для видов топлив находятся довольно в узких пределах: для твердых — 18-20%, для мазута — 16-17%, для природного газа — 11-13%.

В этом случае для определения избытка воздуха используют углекис - л°тную формулу

РПШКС

(4.41)

ROo

Значение ROo определяют в составе исследуемого газа ручными газоанали­заторами либо на хроматографе. Косвенным способом при сжигании твер - ЧЬ|х топлив нельзя пользоваться, когда топливо в своем составе имеет карбо - ,,агкК разлагающиеся в зоне горения с выделением С02 (например, сланцы).

В настоящее время наиболее широко применяется прямой метод опре­деления избыточного кислорода в потоке дымовых газов.

В этом случае контроль за избытком воздуха в газовом тракте котла обеспечивают с помощью кислородомера. При постоянном протоке через прибор небольшой доли дымовых газов из заданного места газового трак­та из них выделяется кислород, обладающий специфическими'магнитными свойствами. Прибор показывает количество О2 в процентах от объема осу­шенных газов.

Остаточный кислород в продуктах сгорания, в процентах от объема сухих газов, можно выразить следующим образом:

0,21 (а — 1)К° 02 = -—Цт — 100. (4.42)

•чс. г

С учетом ранее сказанного объем Vcs = a тогда

= ^ (4.43)

И окончательно искомое значение избытка воздуха

Если в дымовых газах есть заметное количество продуктов неполного сго­рания (СО, H2), то нельзя весь кислород считать избыточным. Часть его должна быть израсходована на окисление этих продуктов. Тогда форму; ла (4.44) примет вид:

А =-------------------- —----------------- (4 45)

21- [02 -0,5(СО + #2)] '

Где СО, #2 — процентное содержание в газах продуктов недожога. Их ко­личество определяется методами газовой хроматографии.

Контроль за избытком воздуха на котле обычно осуществляют в двух точках газового тракта: в поворотной камере (или за конвективным паро­перегревателем высокого давления) и за воздухоподогревателем (в уходя­щих из котла газах). Разность этих показателей характеризует долю присо - сов холодного воздуха в поверхностях конвективной шахты, а значение Оз в поворотной камере показывает, выдерживаются ли условия оптимального избытка воздуха в топочной камере, поскольку присосы в горизонтальном газоходе стабильны и незначительны. Прямое определение избытка воздуха на выходе из топки технически затруднительно и неудовлетворительно по точности из-за высокой температуры газов и неустойчивой аэродинамики потока.