4. Элементарный состав и характеристики энергетического топлива.

Теплота сгорания органического топлива.

Сложностью тв и жидкого топлива является многообразие хим. состава

• органического вещества, что предопределило оценку из состава по процентному содержанию в нём хим. элементов.

Газообразное топливо представляет собой механическую смесь, достаточно простых углеводородов и других соединений, оценивается по

деле этих соединений в топливе.

Q_н^р=339С^p+1030H^p+109(O^p+S^p) – 25W^p; считать по рабочей масса,тв,жидк.

Q_н^с=358СН₄+638С₂Н₂+913С₃Н₈+108Н₂+126СО+590С₂Н₄+234Н₂S; считать по сухой массе, газообр т.

• общем случае состав органическо топлива имеет вид:

1. горючая часть : а) органическая часть (С,Н, O, N, S) б) железный колчедан

(Fe2S2).

2. негорючая часть: а) влага (W); б) минеральные примеси (М).

Горючая часть топлива (тв, жидк) представляет собой в основном органические соединения образ 5-э хим. элементами (С,H, O, N,S) При этом O и N топлива не участвуют в экзотермических реакциях и поэтому являются балластом топлива.

Характеристика топлива:

Массу вещества топлива принято условно характеризовать на : сухую, аналитическую, рабочую, горючую, органическую.

Рис.3.1. Классификация состава твердого топлива

Основной является рабочая масса топлива, представляющая процентное содержание химических элементов и негорючих веществ в натуральном топливе, поступающем на электростанцию

С^Р + H^Р+О^Р + N^Р + S^Р + A^Р + W^Р = 100%.

Теплота сгорания органического топлива.

Теплотой сгорания топлива называется количество теплоты выделяемое при полном сгорании ед массы (КДж/кг) или объёма (КДж/м³) топлива. Различают высшую и низщую теплоту сгорания топлива. Высшая теплота сгорания это количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании одного кг тв топлива или жидкого при условии что образующиеся при сгорании водяные пары конденсируются и выделяется их теплота конденсации. Низщей теплотой сгорания называется количество теплоты, которое выделится при полном сжигании топлива за вычитом теплоты конденсации водяных паров.

Qв=Qн+Qк;

Qк=225H+25W– количество тепла конденсирующихся раров.

Низшая теплота сгорания условного топлива = 7 000 ккал/кг = 29330 ДЖ/кг.

5. Общее (основное) уравнение теплового баланса котла.

Тепловой баланс котла – это распределение теплоты, вносимое в котлоагрегат при сжигании на полезную теплоту и тепловые потери.

Тепловой баланс составляет на 1 кг – твёрдого топлива (жидкого) или на 1 м³ газообразного топлива, применительно к установившемуся тепловому состоянию котельного агрегата.

где q₁– использованная тепла; q₂ – потери уходящие вместе с продуктами горения в атмосферу; q₃– потери от неполноты хим сгорания; q₄– потери из за недожога; q₅ – потери через стенку котла; q₆ – потери из-за шлокозолоудаления; –

Коэффициент избытка воздуха.

Коэффициент избытка воздуха зависит от вида сжигаемого топлива, способа его сжигания, конструкции топки котла и принимается на основании опытных данных.

Действительное количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, должно быть несколько большим теоретического, так как при не все количество теоретически необходимого воздуха используется для горения топлива; Поэтому отношение количества воздуха, действительно подаваемого в топку котла, к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха в топке.

α_т = V_вд / V_в°,

ШПП– ширмовый пароперегреватель; ВЭ – водяной экономайзер; КПП – конвективный пароперегревтель.

Для слоевых механических топок коэфф избытка Δα_т=0,1–0,3; Для камерных: Δα_т=0,03–0,1;

Коэффициент избытка воздуха пароперегревателя: Δα_п.п.=0,03;

Коэфф избытка воздуха водяного экономайзера : Δα_в.э. =0,02;

Коэфф воздуховодогревателя : Δα_в.п. =0,03–0,06;

Коэфф регенеративного воздухоподогревателя: Δα_р.в.п.=0,2–0,25;

Коэффициент полезного действия (КПД) котла.

Коэффициентом полезного действия котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте котла. Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают КПД отопительного котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто).

По разности выработанной и отпущенной теплоты определяется расход на собственные нужды.

по уравнению прямого баланса: η_бр = 100 Q_пол / Q_рр.

где Q_пол — количество полезно используемой теплоты, МДж/кг; Q_рр — располагаемая теплота, МДж/кг;

по уравнению обратного баланса:

η_бр = 100 – (q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆),

где q — потери тепла в %: q₂ — с уходящими газами; q₃ — из-за химического недожога горючих газов (СО, Н2, СН4); q₄ — с механическим недожогом; q₅

— от наружного охлаждения; q₆ — c физическим теплом шлаков.

Тогда КПД-нетто отопительного котла по уравнению обратного баланса

ηнетто = η_бр - q_с.н.

где q_с.н — расход энергии на собственные нужды, %.

6. Горелочные устройства. Механические форсунки. Ротационные форсунки. Паровоздушные форсунки и паромеханические форсунки.

Для распыления жидкого топлива применяют форсунки. По способу распыления форсунки разделяют на механические, вращающиеся (ротационные), паровоздушные (пневматические) высо­кого давления и воздушные (вентиляторные) низкого дав­ления.

• механических форсунках высокой производительности (рис. 11-1) и средней производительности (11-2) мазут, подаваемый насосом, поступает через штуцер / в ствол 2 и направляется к распыливающей головке форсунки. Форсунка состоит из корпуса 5, к которому накидной гайкой 4 прижимаются два (рис. 11-1) или три (рис. 11-2) специальных диска. Мазут поступает в отверстия распределительного диска 5, далее по тан­генциальным каналам завихривающего диска 6 попадает в вихревую камеру и с большой скоростью и сильным завихрением продавливает­ся через отверстие диска 6 (рис. 11-1) или насадка 7 (рис. 11-2). Под­вергаясь одновременно воздействию осевой и центробежной силы, струйка мазута вытекает из отверстия насадка под некоторым углом и при своем движении образует поверхность в виде однополоСТН01ГО гипер­болоида с кольцевым сечением, что способствует распылению мазута (см. § 10-4). (ОСТ 24.836.01).

Форсунка чугунной оправой крепится к крышке регистра, устанавливаемого

• амбразуры горелки и служащего для завихрения воздуха. Таблица 11-2 Производительность механической форсунки зависит от размера сопла, давления и вязкости распиливаемой среды. достоинствам механических форсунок относится высокая экономичность сжигания, достигаемая хорошим распылением и тем, что расход энергий на создание давления мазута перед форсунками относи­тельно небольшой и значительно меньше, чем расход энергии при паро­вом и воздушном распылении. Однако механические форсунки требуют установки топливных насосов и повышенной плотности мазутопроводов. Недостатками этих форсунок является возможность засорения распылителей и небольшие пределы регулирования их производительности.

• механических форсунках с рециркуляцией (рис. 11-3) мазут подается через центральный ствол 1, проходит рас­пределительную 2 и распыливающую 3 шайбы и через отверстие нако­нечника 4 распиливается ,в топку. Из камеры завихрения часть мазута через кольцевой канал 5 возращается в приемный трубопровод топлив­ного насоса. Изменением давления в сливной линии изменяется коли­чество возвращаемого мазута и тем самым регулируется производи­тельность форсунки. При уменьшении давления из-за увеличения ре-циркулируемой части мазута производительность форсунки падает,, а с увеличением давления — увеличивается. С большим диапазоном регулирования работает двухпоточная механическая форсунка (рис. 11-4). В завихритель мазут поступает двумя потоками —один из них (2) не регулируется и являет­ся основным для обеспечения необходимой степени крутки, регулирова­ние производится за счет изменения расхода во втором, дополнитель­ном потоке (3). С учетом допустимого снижения давления в основном контуре диапазон регулирования составляет 100—30%. Паромеханическая форсунка двухканальная (рис. 11-5): один канал для

подачи мазута, другой — пара. Мазутный канал напоминает механическую форсунку. При большой нагрузке форсунка работает как чисто механическая: мазут, подаваемый по цен­тральному каналу, последовательно проходит через механический завихритель и насадку. При малой нагрузке, при которой механическое распыление не получает требуемого качества, используется также и пар. Последний через паровой канал проходит систему отверстий в корпусе форсунки и поступает в паровой завихритель, далее, встре­чаясь с потоком мазута, распиливает его по выходе из насадка. Диа­пазон регулирования этой форсунки 100—20%.

Рис. 11-5. Паромеханическая форсунка.

Ротационная форсунка. На рис. 11-6 показана конструктивная схе­ма распиливающей головки ротационной форсунки. Мазут под давле­нием 0,12—0,13 МПа (1,2—1,3 кгс/см2) через полый вал 1 и ряд отвер­стий в распределителе 2 поступает на распыливающую чашу 5, которая жестко соединена с валом. При вращении с частотой 600—700 об/мин с края чаши стекает непрерывная пленка жидкого топлива. Воздух, нагнетаемый компрессором 4, находящимся на том же валу, с большой скоростью проходит че­рез кольцевой зазор между вращающей­ся чашей и неподвижным корпусом 5. Под влиянием трения о стенки рас-пыливающей чаши и центробежных сил частицы жидкого топлива двигаются по спиральным траекториям. На выходе из чаши действие центростремительных сил от стенок распылителя прекращается и частицы движутся с большой скоростью по касательным к их прежним траекто­риям, образуя жидкую пленку. Воздух, истекая из кольцевого зазора, повышает устойчивость пленки и способствует ее утоньшению. По мере движения пленка все утоньшается и распадается на мелкие капельки.

Качество распыления мало зависит от вязкости мазута и удовлетворительно при вязкости до 13°ВУ. Отверстия увеличенного размера менее подвержены засорению, поэтому форсунка ни требует высокой степени очистки мазу­та. Качество распыла сохраняется в диапазоне от 20 до 100% номи­нальной производительности. Ротационные форсунки нашли применение в судовых топочных устройствах и в промышленной теплотехнике.