5.2. Розрахунок утворення оксидів сіри ітемператури точки роси продуктів згорання при спалюванні мазуту і твердих палив

Оксиди сірки у формі діоксину SO₂ і триоксиду SO₃ утворюються в зоні горіння мазуту і твердих палив, що містять зв'язану сірку S^p. При спалюванні природного газу утворення оксидів сірки може мати місце в незначній кількості за наявності в паливі сірководня H₂S.

5.2.1. Утворення оксидів сіри і розрахунок температури точки роси при спалюванні мазуту

1.Об'ємна частка діоксину сіри в продуктах згорання

Рso₂= V_SO2/ V_г = 2S^p/100 _SO2= 0,007S^p/V_г, (5.22)

Де Sp — вміст сіри в робочій масі палива. %; Р_so2 = 2,86 кг/м³— питома густина діоксиду сіри; Vг= Vг^о+(( t-1) Vг⁰—об'єм газів за нормальних умов, м³ /кг.

2. Вміст надмірного (надлишкового) кисню після згорання палива

О₂= (5.23)

3. Процентний вміст SО₃ в продуктах згорання визначається по формулі

SQ₃=100k_pk_н Р_SO2О₂^0,5 (5.24)

де kр - константа рівноваги при утвореніSO₃ в топках, приймається по значенню температури газів на виході з топки. У області температур 1200-1500 К або 927-1227 ⁰С константа рівноваги практично постійна і складає k_р=0,053; k_H - коефіцієнт нерівномірності процесу зважаючи на нерівномірність концентрації газових компонентів в перетині топки і короткочасності перебування газів в поточному об'ємі; значення k_н залежить від теплонапружності перетину гонки і знаходиться по виразу

k_н=0,08q_f , (5.25)

де q_f=BQ f(a_т b_т) - номінальна теплова напруга перетину топки МВт/м².

У результаті формула (5.24) приводиться до наступного розрахункового вигляду:

SO₃ = 0,424р_so2O₂^0,5q_f (N/N₀)² (5.26)

де N/N₀-відносне навантаження парового котла.

Температура точки роси t_p газів залежно від концентрації SO_3, %, визначається по формулах

t_Р=50+11A (при SO₃ 21 10^-3 %); (5.27)

t_p= 50+ 50A (приSO₃>2 10^-3%) (5.28)

де А_SO3 = SO₃ 10⁴коефіцієнт.

Рециркуляція газів в топкову камеру не надає помітного впливу на рівень виходу SO_3.

Масова концентрація діоксиду SO₂ в газах, що йдуть, Г/кг палива, складає

g_so2=10³ (Р_so2-0,01SO₃) V_г Р_so2 т/ ух (5.29)

Де _ух —коеффіцієнт надлишку повітря в газах, що йдуть. Масовий викид діоксину сіри з котла в оточуюче середовище, г/с,

Mso₂ =Bgso₂, (5.30)

де В- витрата палива в котлі, кг/с.

5.2.2. Розрахунок температури точки роси при спалюванні твердих палив

У мінеральному складі твердих палив містяться лужні з'єднання, які значною мірою нейтралізують оксиди сірки SO₃, що утворюються, тому остаточний вміст SO₃ в газах, що йдуть, і температура точки роси залежать від зольності палива Ар_. Звичайно в цьому випадку визначають відразу температуру

t_p= t_кон+ 202 (S^п)^0,33 /1,23^аунА , (5.31)

де Sⁿ і Аⁿ - приведені до 1 МДж теплоти значення сіри і золи в робочій масі палива, %:

Sⁿ = S^p/ Q ; A ⁿ = A^р/Q (5.32)

tкон - температура конденсації водяної пари, ⁰С; визначаться по парціальному тиску рН2О=rН2О, МПа. Оскільки тверді палива спалюються при надлишках повітря _Т>1,1, то надлишок повітря не впливає на зміну освіти SO_3.

ПРИКЛАДИ

Приклад 5.5. Визначити концентрацію SO₃, температуру точки роси і масовий викид SO₂ при спалюванні мазуту в котлі Пп-2650-25-545 ГМ (ТГМП-204) (N0₌ 800 МВт) і відносних навантаженнях 1; 0,8; 0,7 і 0,5 N0. У топці котла спалюється високосірчистий мазут з Q = 38,77 МДж/кг при сірчистості палива S_р= 2,6% і надлишку повітря т=1,02. Теплова напруга перетину топкі gf ₌ 8,92МДж/м^2.

Рішення. Для даного палива V = 10,2 і V = 10,99 м3/кг;

Vг=10,99+(1,02-1)10,2=11,194м³/кг.

Об'ємна частка діоксиду сіри по (5.22)

РSO2=0,0077_*2,6/11,194=1,6266_*10^-3. Вміст надмірного кисню в топці по (5.23):

O₂ = 211_*0,022_*10,2/11,194 = 0,383%.

Зміст SO₃ при номінальному навантаженні [за (5.26)]:

SO₃ = 0,424 _*1,6266_*10^-33_*0,383^0,55_* 8,92 *1=3,8 *10^-3%.

Те ж при знижених навантаженнях котла: при 0,8 N₀

SO₃=3,88_*10^-3_*0,82=2,435_*10^-3%; при 0,7N₀

SO₃=3,88_*10^-33_*0,7²=1,865_*10^-3%; при 0,5N₀

SO₃=3,8_*10^-3_*0,52=0,951_*10^-3%. Значення температури точки роси: при номінальному навантаженні по (5.28)

tр=50+500_*380,2=153,5°С;

при навантаженні 0,8N₀ за (5.28)

tр = 50+500_*24,350,2 = 144,7°С ;

при навантаженні 0,7N₀ за (5.27)

tр = 50 + 111_*18,650,7=135,3°С;

при навантаженні 0,5N₀ за (5.27)

tр = 50 + 11_*9,510,7= 103,2°С.

Масова концентрація SO₂ в газах, що йдуть, при номінальному навантаженні

gso2 = 10³ (1,626_*10^-3-3,8_*10^-5) 11,194*2,86 = 42,5 г/кг.

Масовий викид SO₂ в навколишнє середовище по (5.30)

Mso2 = 57,7_*42,5 = 2452,5 г/с.

Тут В = 57,7 кг/с — витрата мазуту при номінальному навантаженні.

Приклад 5.6. Порівняти значення SO₃ і температуру точки роси при спалюванні мазуту в котлі Пп-2650-25-545 ГМ (ТГМП-204) (див. приклад 5.5) при номінальному навантаженні з аналогічними умовами спалювання цього виду мазуту в котлах Пп-950-25-565 ГМ (ПК-41) (q_f = 6,2МВт/м²), Пи-1000-25-545 ГМ (ТГМП-314) (qf=4,85 МВт/м²) и Е-420-13,8- 560 ГМ (ТГМ-84) (q_f = 3.6 МВт \г).

Рішення. У прикладі 5.5 для котла (ТГМП-204) набуті значення: SO₃ = 3,88 10-3% і tр= 153,5°С. Вміст SO₃ в інших котлах [по (5.26)] при однакових значеннях Рso_2іO_2, але різних значеннях qf складає:

для ПК-412

S0₃ = 3,8 *10^-33 = 2,644_*10^-3%;

для ТГМП-314

S0₃ = 3,8*10^-33 =2,077_*10^-3%;

для ТГМ-84

S0₃ = 3,8*10^-33 =1,53*10^-3%;

Значення температури точки роси по (5.27) і (5.28):

для ПК-41

tр= 50 + 50 _*26,4^0,2= 146,2⁰С;

для ТГМП-314

tр= 50 + 50 _*20,7^0,2 = 141,6⁰C;

для ТГМ-84

tр = 50+11* 15,3^0,7= 125,6 ⁰С.

Зменшення теплових напруг в топці знижує рівень вмісту SO_3.

Приклад 5.7. У котлі Пп-1000-25-545 ГМ (ТГМП-314) спалюється сірчистий мазут з Q =39,73 МДж/кг при сірчистості палива S_p=1,4% і надлишку повітря в топці _т = 1,02 і 1,05. Визначити вміст SO₃ в димових газах, температуру точки роси і порівняти з результатами розрахунку в прикладі 5.6.

Рішення. Для даного палива V = 10,45 і V =11,27 м³/кг. При надлишку повітря _Т=1,02

V_г = 11,27 + 0,02*10,45 = 11,479 м³/кг;

об'ємна частка Рso₂= 0,007*1,4/11,479 = 0,854*10^-3;

зміст надмірного кисню O₂= = =0,382%;

зміст оксиду сіри в газах

SO₃ = 0,4244_*0,8544_*10^-3(0,382) ^0,54,855 1 = 1,0866_*10^-3%.

температура точки роси tр = 50 +11*10,86^0,7=108,4⁰С^,

Зменшення змісту сірки в мазуті з 2,6 до 1,4% привело до зниження освіти SO₃ в =1,9 разу, а tp знизилося на 141,6-108,4 = 33,2⁰ С. При надлишку повітря = 1,05: Vг = 11,27 + 0,055_*10,45=11,792 м³/кг; об'ємна частка Рso₂=0,831 _*10^-3; зміст надмірного кисню

О₂= =0,93%

Зміст оксиду сіри SO₃=0.4244_*0,8311_*10^-33_*(0,93)^0,74,855_*1 = 1,6488_*10^-3%;

температура точки роси tр = 50 +11*16,48^0,7 = 128,2⁰С.

Збільшені надлишки повітря привели до збільшення змісту SO₃ в 1,648/1,086 = =1,52 рази і зростанню температури точки роси на 128,2-108,4=19,8° С.

Приклад 5.8. Визначити температуру точки роси при спалюванні в паровому котлі донецького газового палива (відсів), що має Q = 18,88 MДж/кг; Sp = 3,5%; Ар = 28,5%. Частку віднесення золи з газами прийняти а_ун= 0,95.

Рішення. Приведені значення сірчистості і зольності палива по (5.32)

Sп= 3,5/18.88 = 0,185%; Ап= 28.5/18,88 = 1,51%.

Температура точки роси при парціальному тиску водяної пари:

Рн₂о= 0,009 МПа; tp= 43 + 202(0,185) 0,33/l,23^0,955_*^1,51= 128,7 ⁰С.

В порівнянні із спалюванням мазуту в котлі Пп-1000-25-545 ГМ (ТГМП-314) (приклад 5.6) значення tр для твердого палива виявилося нижче, ніж на мазуті (tp=141,6° С), хоча тверде паливо має велику сірчистість.

ЗАДАЧІ

Задача 5.4. Визначити значення SO₃і tpv при спалюванні високо сірчистого мазуту з

S_p = 2,9% в газощільному котлі Пп-1000-25-545 ГМ (ТГМП-324) (qf = 6,8 МВт/м²) при = 1,010 і порівняти із значеннями SO₃і tр при спалюванні того ж палива в котлі Пп-1000-25-545ГМ (ТГМП-114) (qf = 5,58 МВт/м²⁾ при _Т = 1,05. Початкові значення теоретичних об'ємів газів і повітря узяти з прикладу 5.5.

Задача 5.5. Визначити значення tр при спалюванні в топці котла з твердим шлако-видаленням (аун= 0,95) кам'яного вугілля марки Д(Q = 22,86 MДж/кг; S_p = 0.4%; A_P= 13,2%) і кізеловське вугілля марки Г (Q = 18,38 МДж/кг; S_p= 5,3%; А_Р = 34,8%) і порівняти результати. Задача 5.6. Визначити значення t_р при спалюванні кізеловського вугілля марки Г (задача 5.5) в топці з рідким шлаковидаленням при аун = 0,7.

Задача 5.7. Знайти значення SO, і tр при спалюванні сірчистого мазуту (Q = 39,73 МДж/кг, S ^р= 1,4%) у топці пікового водогрійного котла КВ-ГМ-180 (Qк = =209 МВт), що має перетин топкової камери fт= 6,488 5,74 м, при надлишку повітря т=1.04 (теоретичні об'єми газів і повітря узяти з прикладу 5.7).

Глава шоста

РОЗРАХУНОК ЗМІЄВИКОВИХ КОНВЕКТИВНИХ ПОВЕРХОНЬ НАГРІВУ