Топливо и котельные установки

Полное и неполное горение

При полном горении топлива в конечном результате соедине­ния горючих элементов топлива с кислородом создаются только продукты полного горения и выделяется вся химическая энергия
топлива. Дымовые газы при этом состоят из углекислоты СОг, сернистого ангидрида БОг, водяного пара Н20, азота N2, посту­пившего в топку как составной элемент воздуха, а также избы - точного кислорода О2, не вступившего в химическую реакцию с топливом.

По содержанию избыточного кислорода Ог в дымовых газах можно судить о величине коэффициента избытка воздуха.

Таким образом, при полном горении объем дымовых газов состоит из суммы:

С02 302 Н20 N3 -)~ Оа =100%

Или

И02 “1“ Н20 “1~ N3 —02 = 100%, где К02 выражает сумму:

И02=С02 302%.

При неполном горении в дымовых газах, наряду с перечи­сленными газами, могут присутствовать: окись углерода СО, во­дород Н2, метан СН4 и другие недогоревшие газы.

Таким образом, при неполном горении состав продуктов сго­рания будет:

С02 + Э02 + СО + П2 -Ь СН4 + 2СтН„ +

— Н20 —1~ N 2 —}— 02 100 %,

Где: С02, 502,С0, Н20, N2, 02 и т. д.— попрежнему содержание в дымовых газах отдельных газов в проценте по объему.

При химической неполноте горения создаются потери тепла, а следовательно, и топлива, обусловленные неполным выделе­нием химической энергии топлива.

Объем дымовых газов (Уг) слагается из объема водяных па­ров (Ув. п) и объема сухих газов (Ус. <*), к которым относятся к02, СО, N2, 02 и другие.

По содержанию КО2 и 02 в сухих газах можно судить о сте­пени совершенства процесса горения, а также подсчитать коэф­

Фициент избытка воздуха и объем сухих газов.

Анализ дымовых газов может быть осуществлен при помощи ручного химического газоанализатора (рис. 4) в описанном ниже порядке.

Заборную трубку для отбора пробы газа герметически соеди­няют резиновым шлангом с газоходом котла. При помощи рези­новой груши 5, снабженной клапаном для выпуска газа, проду­вают заборную трубку и фильтр. Затем нужно опустить склянку 8 при открытом трехходовом кране 11 и заполнить дымовыми га­зами измерительную бюретку 6. Кран 11 закрывают, склянку 8 поднимают, а газ выпускают в атмосферу через кран, имеющийся на гребенке 12. Так делают несколько раз для того, чтобы хорошо продуть стеклянную гребенку 12. Опуская вторично склянку 8 при открытом положении крана И, набирают в измерительную бюретку 100 см3 газа, для чего уравнивают уровень воды в склянке 8 с уровнем воды в бюретке 6 на метке 0. Закрыв кран //, открывают кран поглотительного сосуда 9, заполненного раство­ром едкого кали. Затем поднимают склянку 8, прокачивают за - бранную порцию газа в сосуд 9. Потом, опуская склянку 8, про­качивают эту порцию газа обратно в измерительную бюретку 6.

Такую прокачку пробы газа через поглотительный сосуд 9 произ­водят 3—4 раза. После этого нужно довести уровень поглотитель­ной жидкости в сосуде 9 до первоначальной метки, закрыть кран сосуда 9 и заметить уровень воды в измерительной бюретке, предварительно уравняв его с уровнем воды в склянке 8. В изме­рительной бюретке уровень воды окажется выше 0 ввиду того, что объем первоначально набранной пробы газа (100 смъ) умень­шился вследствие поглощения С02 + 502 = 1Ю2 раствором едкого кали, залитым в поглотительный сосуд 9. Если, напри­мер, уровень воды - в измерительной бюретке окажется на метке 12,5 смг, то это будет означать, что в набранной порции дымовых газов содержание Н02 = С02“Ь502 равняется 12,5%.

Поглотительный сосуд 10, заполненный раствором пирогал­ловой кислоты в смеси с едким кали, предназначен для по­глощения кислорода 02. Оставшуюся порцию газа (в случае, приведенном в данном примере,— 87,5 см3) прокачивают для этого 5—8 раз через сосуд 10 так же, как это делалось при про­качке газа через сосуд 9. Если уровень воды в измерительной

Бюретке после этого поднимется, то это укажет на уменьшение объема набранной пробы газа в результате поглощения 02 жид­костью сосуда 10. Если, например, после прокачки газа через сосуд 10 вода в измерительной бюретке поднимется до отметки 20,2 см3, то содержание 1Ю2 + 02 в пробе газа будет И02 + 02 = = 20,2% и, следовательно, содержание кислорода 02 = 20,2 — -12,5 = 7,7%.

В современных котельных установках применяются преиму­щественно автоматические электрические газоанализаторы, дей­ствие которых основано на изменении электрического сопротив­ления проводника в зависимости от состава среды, в которой он находится. Эти приборы снабжаются дистанционной передачей показаний на тепловой щит, причем показания содержания 1?02 и СО + Н2 в дымовых газах записываются непрерывно на дви­жущейся бумажной ленте. Такие газоанализаторы должны полу­чить распространение и в небольших котельных установках.

При помощи более совершенных и сложных газоанализаторов (ВТИ и др.), в которых производится дожигание несгоревших газов, кроме содержания в дымовых газах И02 и 02, может быть определено также содержание СО, Н2, СН4 и тяжелых угле­водородов.

По результатам анализа дымовых газов определяется, как указывалось выше, полнота сгорания. Если содержание угле­кислоты и сернистого ангидрида в дымовых газах составляет И02%, а кислорода — 02 (в процентах по объему), то при пол­ном горении будет иметь место равенство:

21-рщ> = 1Ю2+02. (19)

'Коэффициент 3, представляющий собой характеристику топ­лива, подсчитывается по формуле:

8 = 2,3(20) Кр

Если состав топлива неизвестен, то характеристика топлива Р может быть принята приближенно в следующих значениях:

Дрова, донецкий антрацит, челябинский бурый уголь 0,05

TOC o "1-5" h z Торф. . . 0,08

Подмосковный бурый уголь 0,1

Каменный уголь 0,12

Мазут 0,35

При химической неполноте сгорания имеет место неравенство:

21-^02> ИОз + Оо.

Обозначая

(21-01Юг)—(1Ю2-К02)=г, где г > 0,

Можно определить содержание окиси углерода СО в дымовых газах, пользуясь формулой:

TOC o "1-5" h z со = ^ ^ (21 - р ио,) - ою2 + о-,) Г21

0.6 + 3 0,6 + р ' ]

Коэффициент избытка воздуха находится по следующим фор­

Мулам:

А) при полном сгорании:

1 (22)

ЮО - {R02 + 02)

Б) при неполном сгорании:

А =----------------- -1------------ - . (23)

1-3,76. O.-0-SCO

100 — (ROs + О,)

Пример. Подсчитать степень полноты сгорания торфа, имеющего следующий состав: С—33,9%; Нр - 3,5%; =

=0,2%; Л^ = 1,5%; Ор=19,6%; Л? = 6,3%, 1Р=35,0%, атак же найти коэффициент избытка воздуха, если согласно газо­вому анализу дымовые газы содержат: Р02=12,1%; 02=7,3%.

Решение. Определяем характеристику топлива (3 по фор­муле (20):

Нр 0,1260/4-о,04Л^

3 = 2,35-

Кр

2,35■ 3.5-0.126.Щ6 + 0.04.1.5 _0 0?6 33,9 - f - 0,375*0,2

По формуле (21) находим:

СО = г

0,6 + р ’

Где: г = (21 - р1?02)-(1*0а + 02) - (21 - 0,076-12,1)-

-(12,14- 7,3) = 0,68.

Так как г ф 0, то устанавливаем, что сгорание происходит с некоторой неполнотой. Подсчитываем содержание в дымовых газах продуктов неполного сгорания:

Со =—^— 1,о%.

* 0,6 + 0,076

Коэффициент избытка воздуха по формуле (23) равен:

TOC o "1-5" h z а =--------------- !-------------- =----------------- 1--------------- =1,47

1 3 76 °?~ О^СО 1 3 76 7,3 - 0,5-1

’ ’ 100 - (ИО, + 05) 100 — (12,1 + 7,3)

Объем и теплосодержание дымовых газов

Объем дымовых газов (Уг) составляется, как сказано вы­ше, из объема сухих газов (усг) и водяных паров [Ув п),т. е.

Уг = I/ г+ Уйп нм51кг топлива. (24)

При полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива объем сухих газов может быть найден по формуле:

Кр

ЪМШ.

К. г = —(25)

Где попрежнему

Кр = Ср-(-0,3755^ и 1Ю2=С02+802.

В свою очередь, объем сухих газов состоит из объема трех­атомных газов (Кво), к которым относятся СОг и ЭОг, и объема

Двухатомных газов (Ур2).

Таким образом, можно подсчитать объем сухих газов также по следующей формуле:

(26)

Где, сохраняя принятые ранее обозначения,

Ж 100

4 = 0,79 1/0 + (*-1)1/0 + 0,8|^ нм*/кг.

Объем водяных паров определяется по формуле:

9ЦР + Іооі^б

80,4

Где Рв — вес водяного пара, вносимого с воздухом в топку на 1 кг топлива в кг/кг (0,804 — удельный вес водяного пара).

При сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива (с химиче­ской неполнотой сгорания) объем дымовых газов равен:

TOC o "1-5" h z V = V - I - V —С к"________________ и

Г с'г ' в-п Ю,54 (ИО. + СО),

£

9Нр 4- Рр 4- юоггГ

НмЪ}кг. (28)

80.4 7

Вес газов на 1 кг топлива составляет:

Ар .

Ог=1-^+1,306 * 1/0 кг! кг. (28')

В том случае, когда часть топлива, загруженного в топку, не участвует в горении (например, проваливается через зазоры ко - лосников, выгребается со шлаками, уносится в газоходы и ды­мовую трубу), в формулу для определения объема дымовых

Газов вносится поправка на механический недожог, и тогда фор­

Мула приобретает вид:

_Г КР___________ и—1__ 100 ~~Я4 1

Ч 0,54 (И02 4- СО) 80,4 ]

Й7Р + QQWg

80,4

Где <7,— потеря тепла от механического недожога (в процентах от теплотворной способности топлива).

Для упрощенных расчетов можно пользоваться следующими приближенными формулами:

А) при сжигании твердых топлив с теплотворной способностью

С1Рн = 2500 4500 ккал/кг:

V = (1,15» —0,18) • • 100-Г-^1 нмЧкг; (30)

Г 4 1 ' 1000 100 ' ’ 4 '

Б) при сжигании мазута и твердых топлив с теплотворной способностью больше 4500 ккал/кг:

Уг = (1,11а + 0,05)--^- 100 — нмЧкг. (31)

Г 4 1 ' 1000 100 '

Теплосодержанием дымовых газов (Iгккал/кг) принято считать количество тепла, которое необходимо затратить для того, чтобы поднять температуру дымовых газов, получаемых при сгорании 1 кг топлива, от 0 до tг0C.

Теплосодержание дымовых газов подсчитывается по формуле: 1г=УгсгЬг ккал/кг топлива (32)

Или 4

= (Ко2ско2 + уе:псе. п) ккал/кг топлива, (33)

Где: сК02; с„. п ккал/нм3 град — средние объемные теплоем­

Кости при постоянном давлении трехатомных и двухатомных га­зов, а также водяных паров, зависящие от температуры и прини­маемые по табл. 7 в ккал/нм3 град.

С некоторым приближением средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания может быть определена по формуле:

= 0,323 + 0,018^^- ккал/нм3 град. (34)