Топливо и котельные установки

Теоретическое и действительно необходимое количество воздуха

Пользуясь формулами химических реакций горения топлива, можно подсчитать то наименьшее теоретическое количество воз­духа, которое необходимо подвести к 1 кг твердого или жидкого топлива для полного его сгорания.

П , Ср

В 1 кг топлива содержится по весу: углерода—-— кг, во­

Юй

Дорода—^лгг» сеРЬ1 —^оо Кг* ГДе’ ^Р И ^ выРажены

В процентах по весу.

Для полного сгорания 1 кг топлива согласно формулам (8), (9) и (10) требуется кислорода по весу:

8 Ср, с Нр, Бр,

— К 8--------- кг кг.

З 1(И^ 1 100 г 100

Так как в 1 кг топлива содержится ^ кг кислорода, то к топ­ливу необходимо подвести кислород воздуха в соответственно меньшем количестве. Необходимое для горения количество кисло­рода будет:

». -£1 + 8 Л + (кг/кг) - ^С-^»н - + ^-о>

3 100 100 ' 100 100 100

Воздух содержит кислорода в количестве 23,2% по весу, поэтому для подачи подсчитанного количества кислорода потре­буется воздуха больше в отношении, а именно:

= — (2,67 Ср 8 Нр У Ор) == 0,115 Ср

23,2

+ 0,342 Нр + 0,043 - 0,043 О" кг, кг.

Обозначая:

Кр = Ср -[- 0,375 5^, (12)

Получим после преобразования в окончательном виде формулу для подсчета теоретического весового количества воздуха, необхо­димого для полного сгорания 1 кг твердого мди жидкого топлива:

10 = 0,115 К* + С^42//р—С,0430р/кг/кг. (13)

Так как 1 нм3 воздуха (при 0° и 760 мм рт. ст.) весит 1,293 кг/нм3, то необходимое количество воздуха, выраженное в нормальных кубических метрах, на 1 кг топлива составит:

1/0 = = 0,089 К" + 0,265 Нр - 0,0330" нмл/кг. (14)

1,293

Для приблизительного подсчета теоретически необходимого расхода воздуха можно воспользоваться упрощенной формулой проф. С. Я. Корницкого (ВТИ):

0.р +№р

0=а°'—йюо— Нм*!кг> О5)

Где коэффициет а0 имеет следующие значения для разных топ­лив: дров — 1,05; торфа—1,07; бурового и пламенного угля — 1,08; тощих углей, антрацита и мазута — 1,10.

Подсчет объема воздуха, теоретически необходимого для пол­ного сжигания газообразного топлива, производится по формуле:

= 0,0476 ^0,5СЮГ —(~ 0,5Н2 —1,5Н25^-[- 2СН^

Т)СтН"-0^] нм*1нм3>

Где: СОг Н25т, СН[, СтН^, Н2, 02г — содержание отдельных

Газов в газообразном топливе в процентах по объему.

В действительных условиях полное сгорание топлива может быть осуществлено при поступлении воздуха в топку в количестве несколько большем, чем это требуется согласно химическим ре­акциям сгорания. Это вызвано несовершенством подвода воздуха к топливу или недостаточно хорошим перемешиванием топлива с воздухом. Если в топку вводить воздух строго в теоретическом количестве, то часть топлива может оказаться в условиях недо­статка воздуха и сгорит неполностью.

Отношение действительного количества воздуха к теоретическому, минимально необ­ходимому для полного сгорания топлива, на­зывается коэффициентом избытка воздуха и обозначается буквой а. Если действительное количество воздуха, приходящееся на 1 кг или 1 нм[3] топлива — V ^ то коэффициент избытка воздуха а равен:

V

А = —— (17)

Таким образом:

Уа = аУ0(нл&1кг) или (нмь! нмз). (18)

Коэффициент избытка воздуха является важным параметром, обусловливающим экономичность режима процесса сгорания топ­лива. Он зависит от сорта топлива, конструкции и тепловой на­грузки топки и от совершенства обслуживания топочного устрой­ства. При проектировании котельного агрегата коэффициент из­бытка воздуха принимается по данным, приведенным в табл. 9 расчетных параметров топок. Во время эксплуатации котлов коэффициенты избытка воздуха определяются при помощи ана­лиза дымовых газов.

При сжигании топлива в пылевидном состоянии в крупных агрегатах коэффициент избытка воздуха обычно близок к 1,25, при сжигании'мазута и натурального газа — к 1,15.

Чем больше поверхность соприкосновения топлива с возду­хом и чем лучше их перемешивание, тем меньше может быть коэффициент избытка ^оздуха.

Пример 1. Подсчитать количество воздуха в нм3, теорети­чески необходимое для сжигания 1 кг подмосковного угля сле­дующего состава: С'■■= Зх, Ь%; Н*= 2,4%; (У= у,9%; Л^=0,6%;

^ = 2,9%; Ар = 18,4%; и7р = 33,0%; С? н = 2867 ккалкг.

Решение. Проверяем сумму Ср-(- Нр -(- О” Л'р + 5^ +

>-Ар+ И7/’=100%:

32,8 + 2,4 + 9,9 + 0,6 + 2,9 + 18,4 + 33,0 = 100%.

Подсчитываем Кр = Ср -(- 0,375 = 32,8 -)- 0,375 • 2,9 з; 33,9%.

По формуле (14) находим:

1/0 = 0,089• Л7 + 0,265//р - 0,0330' = 0,089-33,9 +

+ 0,265 • 2,4 - 0,033 • 9,9 = 3,33 нм3/кг.

Если воспользоваться приближенной формулой (15), прини­мая коэффициент о.0 = 1,08, то:

(}рн + Шр 2867 + 6-33.0 0 01

ШхГ“ = ’-------------- Ш—=3>31 НМ1кг■

Расхождение по сравнению с точным значением составляет:

3-з7зз3— -100 = 0,6%.

Пример 2. Определить объем воздуха, подаваемого в топку для сжигания подмосковного угля состава, указанного в преды­дущем примере, если коэффициент избытка воздуха в топке

Ат= 1,4, температура воздуха £„ = 20°, часовой расход топ­лива В = 450 кг! час. —

Решение. Подсчитываем по формуле (18) действительное количество воздуха для сжигания 1 кг угля:

/в = ат1/0= 1,4-3,33 = 4,66 нм61кг.

Часовой расход воздуха равен:

У'в = ВУа = 450• 4,66 ='2100 нм!/час

Или

Г 273 - Ь 273" 4- 20

V= V,--------- — = 2100- = 2250 мЧчас.

Е в 273 273

Пример 3. Подсчитать сечение трубопровода, подвоДящего воздух в топку котла, для условий предыдущего примера, если принять скорость воздуха в трубопроводе да = 8 м/сек.

Решение. Сечение трубопровода / м2 определяется по

Формуле:

1/ = 3600/да,

Откуда:

/= —— = = 0,078 м - = 780 с.

J ЗбООш 3600-8

Диаметр воздухопровода определяется из расчета:

/= — = 0,785d2,

J 4

Й=л/ ——— = 1 / —= 31,6 сл« ~ 320 лш.

^ 0,785 |/ 0.785

Пример 4. Определить действительный расход воздуха, поступающего в газовую горелку для сжигания природного газа в количестве В = 150 нмъ}час при следующем объемном составе:

СН[ = 94,0%; С2Н[ = 1,2%; С3Н[ = 0,7%; = 0,4%;

С5Н1Г2 = 0,2%; С0[ = 0,2%; N[=3,3%,

Если коэффициент избытка воздуха о. т = 1,15 и температура воз­духа £в = 20°С.

Решение. Проверяем сумму содержания составных газов. Она равна 100%.

Теоретический расход воздуха наводим по формуле (16):

У0 = 0,0476- [0,5СОГ + 0,5Н[ f 1,5Н25Г+ 2СН[ +

+И(т+т) с"н» - °П нм’1нм’-

Так как в составе горючего газа:

СОг—0; Н[ = 0; Н25г=0; 0[ = 0,

То

1/0 = 0,0476

[+2 (/й + т) С-Н» ] = 0.0476- [2• 94,0 +

+ 3,5-1,2 + 5-0,7+ 6,5-0,4+ 8-0,2] =9,52 нмгнм?.

Действительный объем воздуха, поступающего в газовую го­релку, равен:

К = #о*тК’ = 150-1,15-9,52- Ц= 1760 м^час.