1. Теплотехнические характеристики топлива.

Для оценки эффективности использования топлив в парогенераторах важными теплотехническими характеристиками топлив являются: содержание и состав минеральных примесей, влажность, выход летучих, свойства коксового остатка и величина теплоты сгорания. Определение этих характеристик входит в технический анализ топлива. Свойства топлива как горючего материала зависят от его химического состава, который определяется элементарным химическим анализом.

2. Минеральные примеси топлива. Зола топлива и ее характеристики.

Минеральные примеси

В твердом топливе значительную часть примесей составляют внешние примеси. Поэтому содержание минеральных примесей даже в одном и том же виде топлива может сильно колебаться. Основными минеральными примесями являются: силикаты (кремнезем SiO2, глинозем АL2O3, глина), сульфиды (преимущественно FeS2), карбонаты (СаСО3, MgCO3, FeCO3), сульфаты (CaSO4, MgS04), закиси и окиси металлов, фосфаты, хлориды, соли щелочных металлов.

Зола

Золой называют негорючие части топлива, остающиеся после его сжигания или прокаливания. Зола по своему составу несколько отличается от исходных минеральных примесей топлива из-за частичных изменений в них под воздействием высокой температуры.

В топочной камере при высоких температурах часть золы расплавляется, образуя раствор минералов, который называется шлаком. Из топки шлаки удаляются в жидком или гранулированном состоянии.

Зола, расплавляясь в ядре факела, образует шлак, представляющий собой раствор минеральных примесей топлива.

Характеристики золы

Золу топлива принято характеризовать ее плавкостью и абразивностью.

Плавкость золы определяют в лаборатории. В особую электропечь помещают несколько выполненных из золы пирамид конусов определенного размера. В процессе нагрева конусы деформируются и проходят стадии: начало плавления, размягчение, растечение по поверхности. Зола бывает легкоплавкая с температурой размягчения ниже 1050 С, вызывающая шлакование топки при сжигании топлива и тугоплавкая с температурой размягчения до 1500° С.

Коэффициент абразивности золы, зависящий от минералогического состава, который обусловливает ее прочность и твердость, от формы и размера частиц, не является величиной постоянной даже при сжигании угля в одном и том же котле. Он зависит от условий сжигания.

На износ поверхности нагрева очень большое влияние оказывает абразивность золы и уноса. Легкоплавкие частицы оплавляются и меньше истирают трубную систему. Наоборот, тугоплавкая зола имеет шероховатую наружную поверхность с острыми режущими кромками, что вызывает повышенный износ.

3. Теплота сгорания топлива и ее определение. Высшая и низшая теплота сгорания топлива.

Теплота сгорания топлива.

Важнейшей теплотехнической характеристикой топлива является теплота сгорания, под которой понимается количество теплоты, выделяемое при полном сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 м³ газообразного топлива.

Чем больше метана и особенно тяжелых углеводородов в газообразном топливе, тем выше - эта величина.

Определение теплоты сгорания: формула Менделеева не всегда дает достоверные результаты, поэтому применяем практический метод, так называемую «Калориметрическую бомбу»: Калориметрическая бомба (иначе, бомбовый калориметр) представляет собой прочный геометрически закрывающийся сосуд, окруженный теплоизолирующей водяной рубашкой. Образец с известной массой помещается внутри бомбы в атмосфере чистого кислорода под давлением порядка 25 атм. Затем образец поджигают при помощи электрической искры. Энергия, выделяющаяся в результате горения образца, передается водяной рубашке. В ходе эксперимента измеряют повышение температуры водяной рубашки, которое обычно не превышает одного-двух градусов.

Высшая и низшая теплота сгорания топлива

Высшей теплотой сгорания топлива называют количество тепла, выделяющееся при полном сгорании топлива и при условии конденсации образующихся в продуктах сгорания водяных паров. Высшая теплота сгорания топлива учитывает и то тепло, которое выделяется при конденсации паров воды, образовавшейся при сгорании водорода, входившего в состав углеводородов топлива.

При определении низшей теплоты сгорания топлива тепло конденсации воды не учитывается. Обычно пользуются низшей теплотой сгорания топлива, так как дымовые газы не охлаждаются до температуры конденсации водяных паров.

Условное топливо — единица учета тепловой ценности топлива, применяемая для сопоставления различных видов топлива. Принято, что теплота сгорания 1 кг твердого (жидкого) условного топлива (или 1 куб. м газообразного) равна 29,3 МДж (7 000 ккал).

4. Материальный баланс процесса горения. Теоретический расход окислителя и его определение.

[1]

Материальный баланс процесса горения устанавливает математическую связь между веществами, вступившими в реакцию (топливо и окислитель), и конечными продуктами (продукты сгорания).

Материальный баланс процесса горения и теоретический расход окислителя [1]

Теоретический расход окислителя

Расход воздуха [2]:

5. Продукты полного и неполного сгорания топлива. Расчет выхода продуктов полного сгорания.

Продукты сгорания

Расчёт выхода продуктов сгорания [2]:

6. Основное уравнение горения. Топливная характеристика [3]

β – топливная характеристика.

Существует некоторая безразмерная величина, с помощью которой можно установить соотношение между элементарным составом топлива и содержанием трех атомных газов в сухих продуктах сгорания. Эта величина называется топливной характеристикой, и обозначают ее буквой β.

7. Коэффициент расхода воздуха и способы его определения.

Выбор коэффициента расхода [1]

На объекте можно определить коэффициент избытка воздуха по содержанию кислорода в уходящих газах:

8. Энтальпия продуктов сгорания и ее определение.

Энтальпия — это термодинамическое свойство вещества, которое указывает уровень энергии, сохраненной в его молекулярной структуре.

Определение энтальпии [1]

9. Материальный баланс рабочих веществ в котле [4].

На рисунке 2.1 показана схема материальных балансов рабочих веществ в котле.

В приходной части баланса процесса горения – количество топлива В, кг/с, и окислителя – воздуха L_В, кг/с, организованно поступающих в топку для сжигания, а также воздух, подсасываемый по тракту котла в топку ΔL₁, и балластный воздух ΔL₂ и ΔL₃ , не участвующий в процессе горения топлива.

В расходной части материального баланса (в общем виде) – газообразные продукты сгорания, покидающие котел, L_r, кг/с, и твердые минеральные остатки – зола (шлак), выпадающие по тракту ( G_зл1, G_зл2), улавливаемые в золоуловительной установке (G_зл3) и уносимые газообразными продуктами сгорания (G_зл4), кг/с.

В общем случае уравнение материального баланса процесса горения топлива в котле имеет вид

. (2.13)

При работе на газообразном топливе в этом уравнении не содержатся члены, характеризующие твердые минеральные составляющие. При работе котла под наддувом отсутствуют присосы воздуха.

1— топочная камера; 2 — испарительные поверхности нагрева; 3— экономайзер; 4 — пароперегреватель; 5 — воздухоподогреватель; 6 —золоуловитель