6.4.4. Потери теплоты от химической неполноты сгорания

Потери теплоты от химической неполноты сгорания Q_x.н (q_x.н) возникают при неполном сгорании топлива в пределах топочной камеры и появлении в продуктах горения горючих газообразных составляющих — СО, Н₂, СН₄, С_mН_n и др. Догорание этих горючих газов при температурах, имеющих место за пределами топки, прак­тически невозможно.

Причинами появления химической неполноты сгорания могут быть:

• общий недостаток воздуха;

• плохое смесеобразование, особенно на начальных стадиях го­рения топлива;

• низкая температура в топочной камере, особенно в зоне дого­рания топлива;

• н едостаточное время пребывания топлива в пределах топоч­ной камеры, в течение которого не может полностью завершиться химическая реакция горения.

При достаточном для полно­го сгорания топлива количестве воздуха и хорошем смесеобразо­вании уровень потерь q_x.н зави­сит от объемной плотности теп­ловыделения, МВт/м³, в топке где В расход топлива, кг/с; низшая рабочая теплота сгорания топлива, МДж/кг; V_т — объем топки, м³. Характер зависимости q_х.н, % от q_v, МВт/м³, приведен на рис. 6.18. В области низких значений q_v (левая часть кривой), т.е. при малых расходах топлива В, потери q_x.н возрастают в связи со снижением температурного уровня в топочной камере. Увеличение объемной плотности тепловыделения q_v (c увеличением расхода топлива) приводит к повышению температурного уровня в топке и сниже­нию q_x.н. Однако по достижении определенного уровня q_v даль­нейшем увеличении расхода топлива (правая часть кривой) поте­ри q_x.н начинают вновь возрастать, что связано с уменьшением вре­мени пребывания газов в объеме топки и невозможностью в связи с этим завершения реакции горения.

Оптимальное значение q_v, при котором потери q_x.н имеют ми­нимальные значения, зависят от вида топлива, способа его сжига­ния и конструкции топки. Для современных котлов потери тепло­ты по причине химической неполноты сгорания составляют:

при камерном сжигании

q_x.н = 0...0,5% при q_v= 0,15...0,3 МВт/м³;

при слоевом сжигании

q_x.н= 0,5... 2 % при q_v = 0,23... 0,45 МВт/м³.

Потери теплоты от химической неполноты сгорания рассчиты­ваются по формуле

где V_CO, , — объемы горючих газов СО, Н₂ и СН₄ в продук­тах сгорания топлива, м³/кг (м³/м³); Q_CO, , — теплота сгора­ния соответственно СО, Н₂ и СН₄, МДж/м₃. Q_CO - 12,64 МДж/м³; = 10,79 МДж/м³; = 35,82 МДж/м³.

При разработке мероприятий по снижению величины q_х.н сле­дует иметь в виду, что при работе в условиях возможного появле­ния продуктов неполного сгорания в первую очередь появляется монооксид углерода СО как наиболее трудносжигаемый компо­нент, затем Н₂ и другие газы. Следовательно, если в продуктах сгорания отсутствует СО, то в них нет и Н₂.

6.4.5. Потери теплоты от механической неполноты сгорания

Потери теплоты от механической неполноты сгорания Q_м.н (q_м.н) связаны с недожогом твердого топлива в топочной камере. Часть его в виде горючих частиц, содержащих углерод, водород, серу, может уноситься газообразными продуктами горения, часть — уда­ляться вместе со шлаком. При слоевом сжигании возможен также провал топлива через отверстия колосниковой решетки. В общем случае при вычислении потерь теплоты от механической неполно­ты сгорания Q_м.н, МДж/кг, используют формулу, правая часть которой имеет три слагаемых, характеризующих потери теплоты соответственно с провалом , шлаком и уносом :

или то же, но в процентном исчислении

При сжигании твердого топлива q_м.н по величине является вто­рой основной потерей в тепловом балансе и для промышленных котлов может достигать 10...12%. При слоевом сжигании основ­ными составляющими q_м.н являются потери со шлаком и прова­лом, а при камерном сжигании — потери с уносом.

Если принять долю золы, внесенной в топку, за 100%, то золовой баланс топки может быть представлен в виде следу­ющего уравнения:

где α_пров, α_шл, α_ун — доля золы топлива, перешедшая соответствен­но в провал, шлак, унос, %.

Потери теплоты от механической неполноты сгорания зависят от вида сжигаемого топлива, его зольности, фракционного соста­ва, форсировки топочного объема, способа сжигания топлива, кон­струкции топки и коэффициента избытка воздуха.