ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЛОВ

ТОПЛИВО

2-А. Твердое и жидкое топливо

Теплота сгорания

2-01. Теплота сгорания твердого и жидкого топлива принимается по данным калориметрических определений. Использование для расчета значений теплоты сгорания, подсчитанных по составу топлива при помощи эмпирических формул, не рекомендуется.

2-02. Теплота сгорания высшая вычисляется по теплоте сгорания в калориметрической бомбе О*, исправленной^ учетом теплоты кислотообразования при сжигании навески топлива

ОХ - 01 - (р^г + а2б ) • (2-01 >

Где р-коэффициент, учитывающий теплоту образования серной кислоты при окислении продуктов сгоревшей в бомбе серы 5*. %. от Б02 до Б03 и растворении последней в воде. Численно этот коэффициент равен 94 кДж на 1 % серы;

А - коэффициент учитывающий теплоту образования азотной кислоты, и равный: 0,001 для тощих углей, антрацитов и жидкого топлива и 0,0015 - для других углей, сланцев и торфа.

2-03. Теплота сгорания низшая находится вычитанием из теплоты сгорания высшей Qt теплоты парообразования воды, содержащейся в топливе и образующейся при сгораний водорода топлива

0, = 0, - 24.42(г*' + £,94Н). кДж/кг. (2-02)

2-04. При сжигании в калориметрической бомбе сланцев и других топлив, содержащих карбонаты последние в большинстве случаев разлагаются полностью. Поэтому теплотг сгорания по (2-02) при калориметрированми определяется с учетом теплового эффекта разложения карбонатов - [-4О(С0а).фб]. кДж/кг.

6) Различные массы топлива и пересчет характеристик с одной массы на другую

2'05. Характеристики топлива могут быть отнесены:

- к рабочей массе топлива (обозначаемой индексом. г.), т. е. к топливу в том виде, в котором оно поступает для потребления (в котельную, на пылезавод и т. п.);

- к сухой массе (обозначаемой индексом «с}»), т. е. к топливу, не содержащему влаги;

- к, сухой беззольной массе (обозначаемой индексом «йа1»), т е. к условной массе топлива за вычетом массы обшей влаги и золы.

Для всех топлив, кроме содержащих заметное количество карбонатов, за сухую беззольную массу принимают {100-И-А), где 100 - рабочая или аналитическая масса топлива, %.

Для топлив с содержанием карбонатов более 2 % за сухую беззольную массу принимают

Где {СО})^ - содержание диоксида углерода карбонатов. %;

А„спр - зольность без учета сульфатов, образовавшихся при разложении карбонатов, и

■ с поправкой на сгорание серы пиритной. %.

Для рабочей массы

4*. = *’ -[*5ф -+ 0,3755*]!^!. %. 12-031

Где 5^ - содержание серы в лабораторной золе в процентах к массе топлива;

•$30 - содержание сульфатной серы в топливе. %;

5р - содержание пиритной серы в топливе. % .

Г лава 2-Топливо

При отсутствии лабораторных данных о содержании сульфатов величину |2,5^д - ) + 0,3755'р | принимают равной для эстонских и ленинградских сланцев 2,0,

Кап тирских - 4,1.

Такая особенность расчета объясняется тем, что при горении топлив с большим содержанием карбонатов последние {в основном СаС02, MgC03 и ГеСО^ разлагаются на оксид металла и С02■ Оксиды металлов остаются в золе и в результате частичного присоединения оксидов серы образуют сульфаты.

Из определений каждой массы топлива (кроме сланцев) следуют соотношения:

■ С + Н' + № л О' + ^ + 8'9 + А'' + Цт[ = 100%;

Сй + Н* + Л'" + О* + 5* + + А6 = 100%;

С*3' + Я ^ + А^1 + 0м + + 5“ = 100%.

Для горючих сланцев к зольности и Ай следует прибавить содержание диоксида углерода карбонатов соответственно (С02) и (С(92)^.

2-06. Пересчет состава топлива, выхода летучих веществ и высшей теплоты сгорания с одной массы топлива на другую производится в соответствии с табл. 2-1.

Для сланцев пересчет состава {С. И, N. О, Бр, ^о) и высшей теплоты сгорания с рабочей массы на сухую беззольную массу производится при помощи множителя

100

100-й’/-л;спр-(со,)''

'крб

Элементный состав и высшая теплота сгорания рабочей массы топлива влажностью и зольностью А на массу влажностью и зольностью А (при неизменном составе сух ой

100 -4

Беззольной массы) пересчитываются умножением на отношение ——— ----------------- —.

1 ии ” у* ^ —

При содержании в топливе диоксида углерода карбонатов (С02)|фб пересчет производится умножением на отношение

ЮО-И”-.<слрг-(СО,)'

/кр62

Юо-и-,;-4„р,-(со,);

Крб!

Глава 2.Топливо

2-07. Низшая теплота сгорания топлива подсчитывается по формулам

^ = б; - 24,42(РГ; + 8,94#'). кДж/кг. (2-04)

0й = ав - 220Я11. кДж/кг; (2-05)

Йвв| = еГ’ - . кДж/кг; (2-ое)

С: = бГ' ^ А - 24.42И V • кДж/кг. (2-07)

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива влажностью И7,1, пересчитывается на

Топливо влажностью И ^ по формуле

* / чЮО-И7'

& - (е; + 24.42И-7,) |00 _ ° - 24.42П. кДж/кг. (2-08)

При изменении зольности рабочей массы топлива при неизменной влажности пересчет £>! производится по формуле

О' = (0, + 24,42И7 г )]°°~И/,[ - 24,42И7. кДж/кг. (2-09)

1; 100 — Щ'-А1

При одновременном изменении влажности и зольности для пересчета используется формула Й = (а *2442№п))о° : ^-~ ^-24,42И£. КДж/кг (2-10)

В) Классификация углей

2-08. В соответствии с существующей классификацией (ГОСТ 25543) ископаемые угли подразделяются на три вида в зависимости от основных генетических признаков (табл. 2-2). В качестве признаков рассматриваются: средний показатель отражения витринита Л0. теплота сгорания влажной без зольной массы (5®1 и выход летучих веществ на сухую беззольную массу у йа*

Таблица 2-2

В зависимости от технологических свойств бурые угли, каменные угли и антрациты объединяются в технологические марки, группы и подгруппы.

2-09. Бурые угли в зависимости от величины максимальной влагоемкости на беээольное

Топливо делятся на три группы. К группе 1Б относятся бурые угли с максимальной

Влагоемкостью И ^, равной 50 % и более, к группе 25 • угли с максимальной влагоемкостью от 30 до 50«%, к группе ЗБ - угли с максимальной влагоемкостью менее 30 %.

Бурые угли характеризуются высоким (более 40 %) 'выходом летучих веществ на сухую беззольную массу Г’“*'. неспекшимся коксовым остатком, высокой гигроскопичностью и в большинстве случаев высокой общей влажностью, пониженным содержанием углерода и повышенным - кислорода. При сушке на воздухе бурые угли теряют механическую прочность и растрескиваются, обладают повышенной склонностью к самовозгоранию.

2-10. Каменные угли и антрациты в зависимости от выхода летучих веществ V^ и толщины пластического слоя делятся на технологические марки, которые в свою очередь подразделяются на группы. Перечень и обозначение марок и групп приведены в таблице 2-3.

2-11. При рассортировке по крупности (грохочении) ископаемые угли и сланцы разделяются на классы в соответствии с ГОСТ 19242 (таблица 2-4).

В некоторых случаях допускается при маркировке топлива изменять в классах пределы крупности: 100 мм на 80 мм, 50 мм на 40 мм, 25 мм на 20 мм, 13 мм на 10 мм. 6 мм на 5 (8) мм, либо использовать совмещенные классы ПК. ОМ, MC, OMCLLI, MCLU, СШ. Верхний предел 300 мм распространяется только на предприятия с открытым способом добычи.

2-12. При обогащении углей мокрым и сухим способами различают следующие продукты обогащения: малозольный концентрат, высокозольный промпродукт, представляющий собой сростки угля с породой, неэбогащаемые отсевы мелких классов 0-6 мм, 0-13 мм, 0-25 мм и шлам крупностью 0-1 мм с повышенной зольностью, а также породу и хвосты, удаляемые в отвал.

2-13. Приведенная выше классификация не охватывает ископаемые угли, подвергшиеся окислению в природных условиях в период формирования угольных залежей. Примером окисленных углей могут служить каменные угли Кузнецкого бассейна первой и второй группы окисленности, сажистые (выветренные) бурые угли Канско-Ачинского бассейна и некоторые другие

Окисленные угли характеризуются пониженной высшей теплотой сгорания на сухую беззольную массу О группа окисленности на 10%, II группа-на 25%), повышенной

Зольностью и влажностью, частичной или полной потерей спекаемости. Так, например, неокиспенные угли марки ДР Кузнецкого бассейна подземной добычи имеют Яsds1 =32,3 МДж/кг

И И7,'=12%; угли I группы окисленности ДРОК1 характеризуются теплотой сгорания О^1 =30,8 МДж/кг и И7,' =15 %; угли II группы окисленности ДРОКИ имеют (?Г*' =28,5 МДж/кг и И',' =18 %.

Г) Классификация торфа

2-14 Топливный фрезерный торф, предназначенный для пылевидного сжигания, должен удовлетворять следующим требованиям (таблица 2-5).

Д) Классификация жидких топлив

2-15. В соответствии с ГОСТ 10585 в качестве жидкого котельного топлива применяется остаточный продукт нефтепереработки - мазут двух марок: 40 и 100.

Марка топлива определяется предельной величиной вязкости при 80 ЬС, составляющей: для мазута 40 - 8,0 градусов условной вязкости ("ВУ); для мазута 100-16,0 градусов условной вязкости (°ВУ).

Предельная зольность (Лй) мазутов 40 и 100 установлена:

Для малозольных мазутов - 0,04 и 0,05 % соответственно; для зольных мазутов -0,12 и 0,14 % соответственно.

По содержанию серы мазуты разделяются на низкосернистые (массовая доля серы < 0,5 %), малосерннстые (< 1.0 %). сернистые (< 2,0 %) и высокосернистые (< 3.5 %)

В ряде случаев в качестве котельного топлива используется сырая или обессоленная и отбенэиненная нефть. Эти жидкие топлива резко отличаются от мазутов по содержанию легких фракций, в связи с чем они требуют специально оборудованного топливного хозяйства.

2-Б. Газообразное топливо

2- 16. Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов, содержащую некоторое количество ’ примесей в виде водяного пара и пыли (механические

Примеси).

2- 17 Различают следующие виды газообразного топлива: природные газы, попутные газы и промышленные газы (доменный, коксовый, синтез-газ).

Физико-химические показатели природного горючего газа определяются ГОСТ 5542. согласно которому теплота сгорания низшая при 20 °С и 101,3 кПа должна быть не менее 31,6 МДж/м3 (7600 ккал/м3), содержание сероводорода не более 0,02 г/м3, меркаптановой серы * не более 0,036 г/м3.

Доменный газ перед поступлением к потребителю подвергается охлаждению и очистке от пыли в скрубберах или дезинтеграторах. Потребителю подается газ, насыщенный водой и содержащий пыль в количестве 0,1 - 1,0 г/м3 при скрубберной очистке и 0,01 - 0,3 г/м3 при очистке в дезинтеграторах. В неочищенном газе содержится 7-12 г/м3 пыли. Доменный газ при выплавке ферросилиция содержит значительно большее количество пыли.

Коксовый газ. как правило, направляется потребителю после очистки от смолы, бензола, нафталина и аммиака («обратный газ»)- Очищенный газ содержит следы смолы, пыли и до 4 г/м3 бензола. Влагосодержакие его соответствует насыщению при 25-35 °С. 8 неочищенном газе содержится до 27*32 г/м3 бензола, следы смолы, нафталина и аммиака.

2- 18. Состав газообразного топлива задается в процентах по объему, и все расчеты относятся к кубическому метру сухого газа при нормальных условиях (101,3 кПа и 0 сС).

2- 19. Теплота сгорания газообразного топлива принимается по калориметрическим данным. При отсутствии таких данных теплота сгорания 1 м3 газа при нормальных условиях подсчитывается по формуле смешения

А‘=ад|[еи*н,5 - асосо+е„гя,+хсслстя„]. кдж/мз. вш

Где <2н,5 . £2со И Т-А - • теплота сгорания каждого газа, входящего в состав топлива, кДж/м3;

СО и т. д. - содержание отдельных газов в топливе в % по объему.

2- 20. Теплота сгорания отдельных газов, входящих в состав газообразного топлива приведена в таблице 2-6

При содержании в топливе до 3 % непредельных углеводородов неизвестного состава их принимают состоящими из этилена; для газа коксовых печей О? непредельных углеводородов неизвестного состааа принимают равной 71,18 МДж/м3.

2- В„ Смеси топлив

2- 21. При сжигании смеси двух твердых или жидких топлив, заданной массовыми долями {#' - доля одного из топлив}, теплота сгорания 1 кг смеси

О! =<аг)г+(<2,та-г). »дакг. (мг)

2- 22. Если смесь задана в долях по тепловыделению каждого топлива (ц' - доля одного из топлив), то для перехода к массовым долям используется формула

(2-13)

ЧШ'+Ц-я'Ш)' ‘

2- 23. При сжигании смеси твердого или жидкого топлива с газообразным расчет условно ведется не на 1 кг сжигаемой смеси, а на 1 кг твердого (жидкого) топлива с учетом количества газообразного топлива х, м3, приходящегося на 1 кг твердого (жидкого) топлива. Условная теплота сгорания смеси

01 =Ш' + Х-(<2*)". кДж/кг, (2-14)

Где (О! У, (0?)" - низшая теплота сгорания твердого (жидкого) топлива, кДж/кг, и, газообразного тоЛлива, кДж/мэ.

Если смесь задана по долям тепловыделения каждого топлива (доля твердого или жидкого топлива в суммарном тепловыделении д' и доля газа Л-д1). то количество газа, приходящегося

На 1 кг твердого (жидкого) топлива, составляет

Ч’ Q,

2- Г. Расчетные характеристики топлива

2- 24. Дли выбора расчетных характеристик топлива проектное задание должно содержать следующие-сведениа;- ■

Для антрацита, каменных и бурых углей и сланцев - месторождение, марку и класс по размерам кусков;

Для отходов обогащения углей - месторождение, марку обогащенного угля и способ обогащения (сухое, мокрое);

Для торфа - способ добычи (кусковой, фрезерный);

Для древесного топлива - размеры кусков;

Для древесных отходов,- характер производства;

Для мазута - марку и сернистость;

Для природного газа - газопровод или район добычи, характер месторождения (чисто газовое, нефтегазовое);

Для искусственного (промышленного) газообразного топлива - вид газа, исходное топливо, способы производства и очистки.

Введу того, что содержание примесей в газообразном топливе, а также температура и давление при поступлении к потребителю подвержены значительным колебаниям, эти величины для каждого конкретного случая должны быть специально уточнены.

Для оценки вредных выбросов в атмосферу при сжигании твердого топлива и выбора необходимого газоочистиого оборудования в каждом конкретном случае необходимо дополнительно определять содержание в топливе вредных компонентов (хлора, фтора, оксидов тяжелых металлов).

2- 25. В таблицах I. III и IV приведены усредненные расчетные характеристики основных видов и марок энергетических топлив. Эти данные не могут рассматриваться как постоянные и твердо установленные нормативы. Характеристики твердого топлива относятся, в основном, к рядовому необогащенному топливу, за исключением грохоченных антрацитов Донбасса.

В табл. I приведены также значения и А6 топлива ухудшенного качества, возможность более или менее длительного поступления которого следует учитывать при проектировании отдельных котлов или предприятий.

В объем летучих веществ, приведенный в табл. J. включены водяные пары, образующиеся при разложении гидратной (кристаллизационной) воды. Горючие летучие, определяющие реакционную способность топлива, находятся по формуле

R - daf гиДр' с,

100-м‘-В' у "•

А Ш 100-И',’ - А' где И'-*® =0.1 А,%; Г*-У 100_1Й?-.

В качестве характеристик эолы в табл. Л приведены температуры плавкости /А,/в./с и параметры, определяющие свойства расплавов золы, полученные на основании исследований лабораторной золы топлив, а также температура начала шлакования:

9- Температура начала истинно жидкого состояния. °С. Истинно жидким называется такое состояние, при котором расплав подчиняется закону течения Ньютона, определяется по графикам зависимости вязкость - температура как точка расхождения кривых, полученных при нггреве и охлаждении расплава золы;

Коэффициент динамической вязкости расплава при _ температуре начала истинно жидкого состояния, Па с;

Температура начала нормального Жидкого шлакоудаленмя. СС. т е. температура, до которой должен быть нагрет шлак при вытекании из*летки. При значении Ка(гь) < 20 Па-с /кж. принимается равной При значениях 1/а(О>20 Па-с, что может быть у шлаков с высоким содержанием /„.ж принимается равной температуре, при которой

1л(г0)$ 20 Па с;

V (/*_*)' коэффициент динамической вязкости расплава при температуре 1НМ, Па-с;

/и*» - температура начала шлакования, сС - минимальная температура частиц золь, при которой зола приобретает вязкопластические свойства, обусловливающие прилипание частиц золы при соударении их с трубами и образование вторичных отложений.

Склонность V образованию прочных первичных отложений определяется присутствием в топливе минеральных компонентов, способных при определенных услбйиях селективно выделяться'; на трубах с образованием прочного пристенного слоя, способствующего развитию шлакования..

Элементный состав золы твердых топлив обычно дается в форме оксидов. В табл. И этот состав дан в расчете на бессульфатную массу. Такая условность объясняется тем, что большая часть сульфатов, содержащихся в лабораторной золе, образуется при озолении навески топлива вследствие связывания продуктов сгорания серы с оксидами металлов, йри сжмгании топлива в топках сульфаты образуются в меньшем количестве.

2- 26. При расчете серийных котлов характеристики топлив и золы могут приниматься по таблицам МУ. Расчеты котлов, предназначенных для конкретных объектов, выполняются с учетом заданных характеристик топлива.

2- 27. При использовании топлива, о котором нет данных в таблицах 1-1У. его расчетные характеристики устанавливаются на основании специальных исследований или анализов представительных проб, отобранных по соответствующим инструкциям и методикам специализированных организаций.

К анализам должны предъявляться следующие минимальные требования:

- теплота сгорания определяется по калориметру;

- пределы колебаний теплоты сгорания сухого безвольного топлива ^ и™ Ол разных партий или за различное время не должны превышать 630-840 кДж/кг,

-расхождение теплоты сгорания сухой беззольной массы, вычисленной по формуле Менделеева

= 340СЙЛ< +1030#^' -109(0 - 5)". кДж/кг. (2-17)

С калориметрическим определением не должно превышать БЭ0 кДж/кг для топлива зольностью <25% и 640 кДж/кг для топлива зольностью более 25%. Эти расхождения при А*<25% могут быть как отрицательными, так и положительными, а при Ае>25% результаты расчета по формуле Менделеева должны быть выше, чем по калориметру. В случае расхождений, превышающих указанные выше пределы, результаты анализов должны быть забракованы и отобраны новые пробы для повторного исследования.

Для сравнения различных анализов (или проб) все данные по зольности и содержанию серы 5'.,5р.5Б01 пересчитываются на сухую массу, а по элементному составу, теплоте сгорания

И выходу летучих веществ - на сухую беззольную массу. В результате такого сравнения определяются расчетные характеристики топлива.

Содержание влаги рабочей И'1 принимается в основном по товарным или керновым пробам при условии,' что их начальная влажность сохранена при подготовке проб и доставке их в лабораторию.

2- 28. Для расчета котла на топливе, характеристики которого приведены в таблице но заданные зольность и влажность отличаются от усредненных данных, расчетные характеристики топлива определяются согласно п. п. 2-06 и 2-07 (если только заданная величина зольности А° не превышает предельной величины А’1, указанной в табл. I).