1.4 Общая характеристика топлива и теплообмен в печи.

Топливо – это горючие вещества, при горении которых выделяется теплота, используемая в промышленности и для бытовых нужд.

Горение – это процесс взаимодействия топлива с окислителем, который находится в воздухе, сопровождающийся выделением тепла и излучением (тепловым).

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

Топливо классифицируют по следующим признакам:

1. По происхождению:

• естественное – топливо, используемое в том виде, в котором оно находится в природе (газ, древесина);

• искусственное – продукт переработки естественного топлива (мазут, кокс).

2. По агрегатному состоянию:

• твердое;

• жидкое;

• газообразное.

3. По отношению к нагреву:

• теплостойкие – вещества, химический состав которых не изменяется при нагреве – кокс, газы СО₂, Н₂ и др.

• теплонестойкие – вещества, химический состав которых изменяется при нагреве – дерево, каменный уголь, торф.

Изучение топлива начинается с изучения его химического состава.

СН₄ – метан, основная составляющая газообразного топлива, его содержание может быть до 98%, бесцветный газ t_кип – 164 ⁰С. Основной компонент природных топлив (77-99%). Горит бесцветным пламенем. С воздухом образует взрывоопасные смеси. При сгорании 1 м³ СН₄ выделяется 35800кДж тепла .

Применяется как топливо.

Подавляющее большинство видов топлива органического происхождения и поэтому их основными составляющими являются углерод и водород._. Также в состав топлива могут входить О, N, S, которые находятся в связанном состоянии. Всегда присутствуют Н₂О и негорючие минеральные вещества, которые после сжигания образуют золу. Чтобы определить состав топлива проводят технический и химический анализ:

- технический – определение влаги, золы, внешнего вида, летучих и теплоты сгорания;

- химический – определение содержания отдельных химических соединений

(СН₄, С₂Н₆, Н₂S), что характерно для газообразного топлива или

определение его поэлементного состава – С, Н, О, N, S, A, W – это характерно для твердого и жидкого топлива.

Газообразное топливо- это смесь различных газов: СН₄ + СО + Н₂ + С₂Н₄ +С₅Н₅ + С_nН_m +Н₂S+N₂+Н₂0+СО₂=100%.

СО- основной горючий состав доменного газа. При сгорании 1 м³ выделяется 12770 кДж теплоты. Этот газ ядовит.

Н₂S- тяжелый газ, неприятный запах, обладает высокой токсичностью. При наличии в газе сероводорода повышается коррозия металлических частей печи и газопровода. При сгорании 1 м³ выделяется 23400 кДж тепла.

Остальные газы: N₂, СО2 , О₂ и пары воды- балласт. При повышении этих газов снижается содержание горючих составляющих, и их присутствие в топливе приводит к понижению температуры горения топлива. Содержание в топливе более 0,5% свободного О₂ считается опасным по ТБ_.

Газообразное топливо по происхождению подразделяют на естественные и искусственные. Газообразные топлива имеют ряд преимуществ перед другими видами топлива.

- низкая себестоимость;

- более высокий КПД;

- упрощаются устройство для сжигания;

- улучшаются условия труда;

- снижаются расходы по эксплуатации печей;

К недостаткам относятся;

- токсичность;

- взрывоопасность в смеси с воздухом;

Основная характеристика топлива- теплота сгорания - количество тепла, которое выделяется при сжигании единицы объема топлива, кДж/кг; кДж/м³.

Различают высшую теплоту сгорания и низшую.

Если в продуктах сгорания влага находится в жидком виде, то теплота сгорания будет высшая (Q_в), а если в парообразном – то низшая (Q_н).

Теплота сгорания любого топлива – это сумма теплоты сгорания элементов или соединений, составляющих это топливо. Теплоту сгорания газообразного топлива подсчитывают суммированием тепловых эффектов реакции горения.

Условное топливо – это понятие введено для сравнения различных видов топлив. За условное топливо взят уголь Донецкого бассейна с Q_в=29300 кДж/кг.

С помощью формулы Т_экв= Q_н^р /Q_н^усл можно определить теплоту сгорания любого топлива.

Теплопередача (теплообмен) – процесс распространения тепла в системе тел или внутри отдельного тела.

Для осуществления теплопередачи необходима разница температур между обменивающимися телами. Теплота передается от более нагретого тела, к менее нагретому.

Теплопередача осуществляется теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.

Теплопроводность – процесс передачи теплоты от одних частей тела (твердого, жидкого, газообразного) к другим без заметного перемещения микрочастиц относительно друг друга.

Конвекция – процесс передачи теплоты от одних частей тела (жидкого, газообразного) к другим при интенсивном перемещении среды.

Тепловое излучение – процесс передачи теплоты в виде электромагнитных волн, который возможен даже тогда, когда тела находятся на расстоянии друг от друга.

излучение

теплопроводность

конвекция

1 - горелка

2 - футеровка

3 - отливка

Рис. 5. Теплопередачи в печи.