Роль котлов в промышленной теплоэнергетике

Приведенные характеристики топлива

Для сравнения экономичности котлов сжигающих различное топливо введено условное

Топливо.

0рн.(усл.) = 29, 3

Кг

О н

В = В • "н

Усл нат

О

^усл

Для оценки массовых расходов влаги, золы и серы существуют приведенные характеристики:

О н Р

Если Wп < 0.75, то топливо маловлажное, если же Wп > 2 — высоковлажное.

АР

2. Ап =■А

Р

Н

Если Ап < 1, то топливо малозольное, а если Ап > 4 - высокозольное. БР

3. Бп =

Р

Н

О н

Если Бп > 0, 05 — мазут высокосернистый, если Бп > 0.2 — высокосернистый уголь.

Газовое топливо.

Состав:

СН4 + !СтИп + СО + НзБ + Н2 + СО2 + N2 + Б02 + О2 = 100% СН4 + £СтН„ + СО + Н2Б + Н2 — горючие вещества,

С02 + N2 + Б02 + 02 — негорючие вещества.

0 Нв = 0, 01 ■ (СН4 ■ 0еН4 + !СтИп ■ ОюшИп + СО ■ О СО + Н2Б ■ О И28 + Н ■ Ои2),

Кг

Природный газ.

Имеет органическое происхождение. Природный газ образовался в полостях земли при давлении более 200 атм.

Месторождения:

1 Тюменская область;

2^ Республика Коми;

3^ Южный Урал;

4^ Ставрополье.

Состав:

СН4 + ХСтНп + СО2 + N2 = 100%,

СН4 = 70-99%, ХСтНп = 1-10%, СО2 < 2%, N2 < 14%^

Особенности:

1 ■ Отсутствие внешнего балласта (влажность и зольность),

2^ мало внутреннего балласта ( содержание азота менее 14%, а кислорода равно 0%),

3 ■ содержание серы равно 0%,

МДж

4^ высокая удельная теплота сгорания (Осн. = 34-38, --- 3—),

М

Кг

5^ плотность рг = 0, 7-0, 9, —,

М3

6^ взрываемость

Взрыв

Не горит

---------------------- +У

Сниз Сверх т %

У + У

Возд

7^ токсичность за счет СО, Н2Б

ПДКСО = 0, 024%(предельная допустимая концентрация),

ПДКшэ = 0, 01%^

8^ нет цвета и запаха.

Для обнаружения природного газа в него вводят одерант в количестве 10 г на 1000 м3 газа.

Попутный газ.

Образуется при добыче нефти, при резком снижении давления.

Состав:

СН4 = 40-60%, ХСтНп = 25-35%, N2 = 20°% дс,. = 36-46

М3

Подземный (генераторный) газ. генераторный газ + О2

Порода

Угольный пласт

Во входном штреке происходит окисление С и Н:

С + О2 = СО2

Н2 + О2 = Н2О

В выходном же штреке протекают восстановительные реакции:

СО2 + С = СО Н2О + С = СО + Н2 Состав:

СО = 15%, Н2 = 15%, СО2 = 10%, N2 = 60%. д%. = 4

М

Доменный газ. Шихта(руда + кокс)

Р%. = 4

М

Коксовый газ.

Получается при производстве кокса при 1 = 500 - 1000?С. Состав:

СН4 = 25%, Н2 = 45%, N2 = 5%.

Р%. = 38

М

Жидкое топливо.

Природное топливо - нефть, имеющая органическое происхождение, представляет собой смесь жидких углеводородов. Добывается через скважины за счет собственного давления. Месторождения:

1. Тюменская область;

2. Республика Коми;

3. Башкирия;

4. Татарстан;

5. Северный Кавказ.

Мазут - остаток нефтепереработки на нефтеперерабатывающем заводе = 25-40%.

1кип = 200 - 250 - 300 - 350, ?С

Бензин керосин дизельное топливо мазут

Состав мазута:

Ср = 84%, Нр = 11%, Бр = 0, 3-3%, ^ + О2)р = 0, 5%, = 3%, Ар = 0, 1%.

Орн. = 40

Кг

Марки мазута:

1. Флотские Ф5, Ф12;

2. Топочные М40, М100;

3. Мартеновских печей МП.

Если Бр < 0.5%, то мазут малосернистый; Если Бр = 0, 5-2%, то сернистый;

Если Бр > 2%, то высокосернистый.

Температурные характеристики:

1 ■ Вязкость. Она влияет на продолжительность слива, на эффективность перекачивания насосами и на качество распыления форсунками.

Условная вязкость:

X ‘ маз

ВУ = —0-------- , ?УВ. С ростом температуры вязкость снижается.

X н2о

2^ Температура застывания - температура, при которой мазут теряет свою текучесть.

Испытания на текучесть происходят так:

В пробирку наливают мазут; охлаждают до определенной температуры; затем пробирку наклоняют (45?), если в течение минуты уровень жидкости в пробирке не стал параллелен горизонту, то мазут застыл.

1заст. = 10-40?С

3^ Температура вспышки - температура мазута, при которой его пары образуют горючую смесь, вспыхивающую при поднесении пламени.

1всп = 90-140?С

4^ Температура воспламенения - температура мазута, при которой пары воспламеняются и горят более 5 секунд.

1восп = 1всп + 15?С

Г

5^ Плотность рмаз = 0, 96 - 1, 05 —-

См

При эксплуатации влажность возрастает до 6 -15%, возникает эффект обводнения. В результате обводнения:

А) снижается Орн (так как снижается концентрация горючих элементов), а значит растет расход топлива В;

Б) снижается температура пламени в топке, поэтому снижается паропоизводительность котла;

В)растет объем водяных паров УН2О, а значит растет температура уходящих газов, поэтому снижается КПД котла.

6^ Зольность мазута очень мала Ар < 0, 1%, но она на 50% состоит из пятиокиси ванадия У2О5(1пл = 700?С). Она разрушает защитную окислительную пленку на поверхностях нагрева, открывая доступ кислорода к металлу, и начинается процесс ванадиевой коррозии.

Топочные процессы.

С, Н, Б - горючие элементы.

Г орение - химический процесс окисления горючих элементов кислородом, протекающий при высокой температуре, с высокой скоростью о сопровождающийся значительным выделением теплоты.

С + О2 = > СО2 + ОсТ 2Н2 + О2 = > 2Н2О + ОшТ Б + О2 = > БО2 + Об2Т

Горение

Полное неполное

(образуются продукты (дополнительно образуются

СО2, Н2О, 802) СО, Н2, СН4)

Причины неполноты горения:

1. Локальный недостаток окислителя:

С + 0, 502 = > СО

2. Температура газов < 1000?С, либо > 2000?С;

3. Недостаточный контакт горючих элементов и окислителя.

Расчет процессов горения твердого (жидкого) топлива. Топливо: С + Н + 8 + 0 + N + + А = 100%

Топочные газы: (СО2 + Н2О + 8О2) + (СО + Н2 + СН4) + N2 + 02Из6 = 100%

Воздух: 02 + N = 100%

Элементарные реакции горения:

1. Горение С

Ср

С + О2 = > СО2 Мо2С = 2, 67-----

100

12 32 44

1кг 2, 67кг 3, 67кг

2. Горение Н

Н Нр

2Н2 + О2 = > 2Н2О Мо2Н = 8-------

100

TOC o "1-5" h z 4 32 36

1кг 8Кг 9кг

3. Горение 8

8 8Р

8 + О2 = > 8О2 М028 =

100

32 32 64

1Кг 1Кг 2Кг

Теоретический расход 02:

Ср „ Нр 8Р 0р кгО

2

М02 = М02 + М02 + М02 - М02 = 2, 67--------- + 8 + ,

100 100 100 100 кгтопл

Теоретический объем воздуха - это то количество воздуха, которое необходимо израсходовать

Для полного сжигания 1 кг топлива, при условии, что весь кислород прореагировал с горючими.

П М0 100 м3

V 0 =_^ = 0.085СР + 0.265НР + 0.033(8 - 0)р,

8 02 21 кг

С увеличением балласта V? снижается

М3

V? = 3 - 6 - 10, —

Кг

Б. У. Антр. Мазут

Коэффициент избытка воздуха.

В топке не удаётся обеспечить идеального перемешивания горючего с окислителем. При подаче V? (т. е. объёма воздуха фактически необходимого для сжигания данной массы топлива) происходит недожог. Для полноты сгорания воздух подают с избытком ^.

V V ° + V

А = коэф. избытка воздуха = В > 1

Итопочной камеры зависит °Т:

1)

Способа сжигания (факельное сжигание твёрдого топлива о/' = 1,2? 1,25,

Сжигание о/' = 1,4? 1,7).

2) Вида и марки топлива (природный газ и мазут о/' = 1,05? 1,1).

3) Конструкции горелочного устройства.

1- уравновешенная тяга (работает и вентилятор и дымосос).

Обмуровка котла имеет неплотности, т. к. засчёт работы дымососа газоходы находятся под разрежением, поэтому холодный воздух присасывается к газам, увеличивая при этом коэф. избытка воздуха и объём уходящих газов.

Аух = От + Ла ух = V + ЛVв

Присосы влияют отрицательно:

1) ЛОтТ ^ иср. фак! ^ Ят! ^ Щ ^ Б|,

2) ЛОтТ ^ иг! ^ ЛЦ = иг - ^.с. ^ Оотд! ^^ухТ ^ КПД!,

3) ЛаТ > иухТ > идымТ.

Меры борьбы с присосом

1) Уплотнение обмуровки.

2) Б и Д настраивают так, чтобы 8Т = шт (2? 3) кг/м2

3) Работа котла под наддувом (без дымососа, работает только мощный вентилятор).

Расчёт объёмов продуктов сгорания твёрдого/жидкого топлива

При полном сгорании:

А = 1: CO2 + SO2 + N2 + H2O = 100%

V.__ ,,____ )

Y

RO2 - трёхатомные газы (абстрактная характеристика).

А > 1: CO2 + SO2 + N2 + H2O + O2 = 100%

V.________ )

Y

RO2

Теоретические объёмы (а = 1):

Объём 3-х атомных газов:

MCO MSO

V Ro = Vco + Vso =-^ + —^ = 0,0187(CP + 0,375 • SP) м3/кг ;

Pco2 Pso2

Объём водяных паров:

Vh20 = Vhho + VHW2O + УВ°Од = 0,111 • HP + 0,0124 • WP + 0.016 • vO a Б в

TH = MH2O Б) VW = MH2O = 1 W? _) vВозд = MH2<3 = pВозд • V°

H2O, Б) VH2O • 1AA , В) VH2O ^Возд'

P h2o p h2o p h2o 100 p h2o p H2O

Объём азота:

V° = vN°ra + vN^ = 0,008 • np + 0,79 • vO.

Суммарный объём:

VO

N2 •

Действительные объёмы (а > 1):

УN2 = У° + АУ^2Б = V" + 0,79(а -1) • УО,

Ун2о = Ун°2о + 0^016(а-1) • УО,

Уо2 = 0,21 • (а-1) • У° ■

Суммарный объём: УГ = УК2° + Ун2° + УN2 + У°2 ■

Расчёт процессов горения газового топлива

Особенности:

1. Расчёты ведут на 1 м,

2. Состав в объёмных процентах:

1 топливо: (С°2 + Н2 + + СН4 + СтНп) + (N2 + СО2 + О2) = 100%

2^ воздух: О2 (21%) + N2 (79%) = 100%^

3^ продукты сгорания: (СО2 + Н2О + БО2) + (СО + Н2 + СН4) + N + О2 = 100%

Элементарные реакции горения:

СО СО

1. TOC o "1-5" h z 2СО2 + О2 = 2СО2 = > требуется У™ = 0,5 ,------------------------------------------------------------------------- получается УСО = ;

10, 5 1 м3 2 100 2 100

Н Н

2. 2Н2 + О2 = 2Н2О = > требуется УО = 0,5—-, получается УН1" =—-;

1 0 5 1 м3 Р °2 100 Н2° 100

Н 8 Н 8

3. 2Н28 + 302 = 2802 + 2Н20 = > требуется У1^8 = 1,5——, получается V8I028 =——

, 02 100 802 100

1 1, 5 1 1 м3

V H2S = Н28 .

Н20 100 .

СН СН

4. СН4 + 202 = С02 + 2Н20 = > требуется V(CH4 = 2---------------------------------------------------------------------------------- -, получается V(C0І4 =------ 4,

1 2 1 2 м3 2 100 2 100

^ГСН4 = 2 СН4 .

Н20 100 .

П С Н С Н

5. СшНп требуется = 2 (ш + — )-^—-, получается Х^Н11 = 2 ш ™ ”

4 100 2 ^ 100

^Стнп _ П СтНп

УН20

2 100

Теоретический расход кислорода:

V0l = ХС2° + VoH22 + VoH228 + ХС2тНп - ^пл м3/м3;

V0 = = °-°476(0,5С02 + 0,5Н, + 1,5Нг8 +1°° + £(т + - 0Гл) м3/м3.

Расчёт объёмов продуктов сгорания:

При полном сгорании топлива состав газов следующий:

При о = 1 С02 + 802 + N2 + Н20 = 100%

Объём 3-атомных газов:

Л, т _С0 Н2^ ^пСтНп С0 2опл

^^П0 = VC0 + V80 =-------- 1------ + /-------------- 1-------- ;

2 С02 802 100 1°° 2 100 100

Объём воды:

П С Н

<0 = + <20 + V^^ + V” + V” = °,°1(Нг + Н,8+2 +0,124а „.)+°,°l6L• V0.

Объём азота:

Лт топл

VN = 0,79 • V0 + —^;

^ 100

Суммарный объём:

О.

V0 = VR20 + ^0 + VN2;

При а > 1 С02 + 802 + N2 + Н20 + 02 = 100% Объём 3-атомных газов:

^02 = с°^;

Объём воды:

Vн20 = <0 + °,°16(а-1) • V0;

Объём азота:

VN2 = VN02 + ЛV—^ = VN02 + °,79(а -1) • V0;

Объём кислорода:

0

Vo2 = 0,21 • (а-1) • V Суммарный объём:

V = VR20 + Vн20 + VN2 + Vo2 ;

Основное уравнение газового анализа. Материальный баланс Кислорода (автор Бунте)

Я0Г (1+ Р) + СО г (0,6 + р) + 02 = 21%

К----- У--- * ^----- V-------- ^

А б в

А) такое количество О2 расходуется на образование 3-х атомных газов, Б) такое количество О2 расходуется на окисление СОг, В) этот кислород переходит в газы в избыточном виде. Я0г, СОг,02- концентрация компонента полученная в процессе газового анализа %. Р = Г(С, И,8,0)- топливная характеристика = 0, 03 ? 0, 3 ? 0, 8. Угли мазут прир. газ 21 - О г 1) Если СО = 0 (недожог отсутствует), то Я02 =—-—^, Г 21 2) Если О2Г = 0 (т. е. а = 1), то ЯО™" = < 21%/ 2 1 + р Контроль топочного процесса ведут по формулам: Углекислотная: При полном сгорании топлива и а = 1 состав газов - Я02 + N = 100%, где Я02 = Я02 Дсост. топ.). Ориентировочные значения Я02

= >

Топливо Я02Тах, % Углерод 21 АШ 20 Ку, БУ 18-19 Мазут 16-17 Природ. газ ~12

Кислородная:

1

А =

Vв - AVB

1

А =

79 • 0 г 2

1 -

21-Nг 2

Если недожег представлен виде СО, то с учетом СО + 0, 5О2 = СО2, выражение принимает вид

1

А =

79 • (0Г2 - СОг)

1-

21-Nг 2

Если СОтопл = 0 и N = 0, то 21

А:

21 - Ог 2