книги из ГПНТБ / Бельский, В. И. Промышленные печи и трубы учеб. пособие

Для газообразного топлива значение теплового эквивалента от­ носится не к единице массы, а к объемной единице топлива — 1 м3. В табл. 12 приведены тепловые эквиваленты ряда видов топлива.

Твердое топливо

Все ископаемое твердое топливо имеет растительное проис­ хождение. В зависимости от геологического возраста оно разде­ ляется на торфы, бурые угли и каменные угли.

Б у р ы й у г о л ь содержит до 50% золы и 20% влаги, в связи с чем является топливом невысокого качества. Теплота сгорания его колеблется в пределах 10 500—21 000 кДж/кг [2500-— 5000 ккал/кг]. Он применяется главным образом для получе­ ния искусственного газообразного топлива, а также для отоп­

30800 кДж/кг [4100—7350 ккал/кг]. Характеристика ряда ка­ менных углей приведена в табл. 13. Каменные угли применя­ ются как для непосредственного отопления печей, так и для получения из них искусственного газообразного и твердого топ­ лива. В нагревательных печах наиболее удобен для сжигания уголь с большим содержанием летучих составляющих, т. е. длин­ нопламенный, так как длинное пламя создает возможность бо­

летучих, в промышленных печах применяется редко. Содержа­ ние золы и влаги в антраците меньше, чем в каменном угле

(см. табл. 13); средняя теплота сгорания его QvH—27 400 кДж/кг

[6540 ккал/кг].

Т о р ф является продуктом разложения различных расте­ нию По времени образования он подразделяется на волокни­ стый — самый молодой, землистый — средний по возрасту и смо­ листый— самый старый, приближающийся к бурому углю. Теп­

лота сгорания торфа QH= 10 700-г-12400 кДж/кг [2650— 2950 ккал/кг]. Торф в печах применяется исключительно для получения искусственного газообразного топлива.

К о к с образуется из каменного угля в результате сухой пе­ регонки (нагрева без доступа воздуха) в камерах коксовальных печей. При этом из угля удаляются летучие вещества и сухой остаток — кокс содержит только углерод и золу. В рабочем со­ ставе кокса содержится около 83—86% С, 9—10% золы и 4—5% влаги. Средняя теплота сгорания кокса 28 000 кДж/кг

[6650 ккал/кг].

60

61

Жидкое топливо

В Советском Союзе в качестве жидкого топлива применяют обычно мазут, являющийся остаточным продуктом переработки нефти. Качество мазута как топлива определяется его плот­ ностью, вязкостью и температурой застывания. В я з к о с т ь — это свойство жидкости противостоять перемещению ее частиц под влиянием действующей на нее силы. Т е м п е р а т у р о й з а ­ с т ы в а н и я называется температура, при которой ряд жидко­ стей теряет свою подвижность и переходит в твердое состояние. Мазут классифицируется по маркам; с увеличением марки воз­ растают плотность и температура застывания мазута. Харак­ теристика мазутов приведена в табл. 14.

Содержание влаги в мазуте находится в пределах 1—5%, а зо­

лы — до 0,3%.

Т а б л и ц а 14

Характеристика мазутов

годом доля природного газа в топливном балансе страны повы­ шается. В 1970 г. она составила почти 60% против 51% в 1965 г., а к концу девятой пятилетки возрастет до 67% ’. Глав­ ной составной частью природного газа является метан.

К о к с о в а л ь н ы й газ, как указывалось выше, является по­ бочным продуктом производства кокса. В качестве топлива газ применяется после извлечения из него на химическом заводе ряда ценных химических продуктов.

Д о м е н н ы й г а з получается при производстве чугуна в доменных печах. Так как теплота сгорания доменного газа низ­ к а — 3770—4190 кДж/м3 (900—1000 ккал/м3), то в чистом виде он в печах почти не используется (за исключением коксовых ба­ тарей); обычно его применяют на металлургических заводах в смеси с коксовальым газом.

1 Материалы XXIV съезда КПСС. Политиздат, 1971.

62

63

торах. Процесс превращения твердого топлива в генераторный газ сводится к сухой перегонке, при которой выделяются лету­ чие, содержащиеся в топливе, и неполному горению. Газогене­ раторы представляют собой шахтную печь, в которую сверху загружается твердое топливо, а снизу подается воздух в коли­ честве, недостаточном для полного сгорания топлива. Кислород воздуха, поступающего через колосниковую решетку, встреча­ ет слой раскаленного кокса и вступает с углеродом в реакцию. В связи с недостаточным для полного сгорания количеством по­ даваемого воздуха продуктами реакции являются С 02 и СО. Проходя дальше через раскаленный кокс, С 02 частично восста­ навливается углеродом в СО по реакции С 02+ С = 2С0. Обычно в дутье добавляют пар, обогащающий генераторный газ водо­ родом и окисью углерода по реакции Н20 + С = Н2+ С 0 , а также предотвращающий спекание золы. При движении вверх горячие газы производят сухую перегонку топлива, выделяя из него лету­ чие и влагу. В Советском Союзе в связи с наличием природного газа генераторный газ в настоящее время практически не при­ меняется. Характеристики природного газа и ряда искусствен­ ных газообразных топлив приведены в табл. 15.

§ 6. РАСЧЕТЫ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

Расход воздуха, состав и количество продуктов горения

Горение соответствует процессу окисления — соединению кислорода с горючими элементами топлива, происходящему с большой скоростью с выделением тепла и света. Для возникно­ вения горения необходимо, чтобы реагирующие вещества — го­ рючее и кислород — были доведены до температуры воспламе­ нения, т. е. до температуры, при которой может происходить реакция горения (табл. 16).

При расчете горения топлива определяют количество расхо­

64

по данным элементарного состава топлива на основе уравнений горения. При этом, по предложению французского ученого Дюлонга, считают, что весь кислород, находящийся в топливе, сое­ динен с водородом. Поэтому количество водорода, находящего­ ся в топливе, при определении потребного количества кислорода

уменьшают на величину— . Процесс горения твердого-или жид- 8

кого топлива можно представить в молекулярных соотношениях следующими уравнениями1*:

1 кмоль углекислоты; 1 кмоль водорода, соединяясь с 0,5 кмоля кислорода, дает 1 кмоль водяного пара; 1 кмоль серы, соединя­ ясь с 1 кмолем кислорода, дает 1кмоль сернистого ангидрида. Так как на горение 1 кмоля углерода расходуется 1 кмоль кислоро­ да, 1 кмоля водорода —0,5 кмоля кислорода и 1 кмоль серы — 1 кмоль кислорода, то на горение 1 кг углерода потребуется

— кмоля, 1 кг водорода —0,5 — = — кмоля и серы—•— кмоля

кислорода, где 12, 2 и 32 соответственно молекулярные массы углерода, водорода и серы. Следовательно, исходя из элементар­ ного состава топлива, количество кислорода, необходимое для сгорания топлива в теоретических условиях, можно получить из уравнения

в килограммах, соответствующее молекулярной массе вещества: т. е. кмоль углерода соответствует 12 кг, кмоль кислорода — 32 кг. Молекулярным объе­ мом называется объем, занимаемый 1 кмолем вещества. В газообразном состоянии молекулярный объем любого вещества при нормальных условиях (760 мм рт. ст. и 0° С) занимается 22,4 м3.

66

Количество воздуха будет

S0 = 0 2 -1- N2 = 0,04762 (0,5СО 2СН4 -f ЗС2Н4 4-

+1,5H2S -f 0,5Н3 -}- 2,5С2Н2 — 0 2) м3'м3.

Вприведенных расчетах определялось теоретическое количе­ ство воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг, или 1 м3 топлива, при условии полного отсутствия в продуктах горения кислорода. Практически для полного сгорания топлива требует­ ся подвод воздуха в количестве, превышающем теоретически не­ обходимое, так как трудно добиться идеального смешения возду­ ха с топливом. Отношение практически введенного воздуха к тео­ ретически необходимому носит название коэффициента избытка

воздуха и обозначается п:

Чем хуже смешение воздуха с топливом, тем больший коэф­ фициент избытка воздуха приходится принимать для полного его сжигания. Наиболее трудно добиться хорошего смешения при сжигании твердого топлива и легче при сжигании газообразного. Исходя из этого, коэффициент избытка воздуха при сжигании твердого топлива принимают п = 1,3-т-1,5, жидкого п — 1,1-М,15 и газообразного «=1,05-4-1,1.

Количество и состав продуктов горения топлива определяют аналогично расчету расхода воздуха, исходя из приведенных

родом С, Н и S продуктам горения следует добавить вла­ гу — Н20 = — 22,4 м3 и азот — N2= -^--22,4 м3, содержащиеся

в топливе и переходящие в продукты горения, а также азот воз­ духа, идущего на горение. Количество продуктов сгорания 1 кг жидкого или твердого топлива будет равно:

нии 100 м3 газообразного топлива количество С 02, Н20 и S 0 2 в продуктах сгорания составит:

С02 = С02 + С О + СН4 + 2С2Н4 + 2С2Н2 ж3; Н20 = Н2 + 2СН4 + +2С 2Н4+ C2H2+ H 2S ж3; S 0 2 = H2S ж3. Откуда количество про­ дуктов сгорания 1 ж3 газообразного топлива будет равно:

где С02, СО, СН4 С2Н4, С2Н2, Н2, H2S, N2 и W соответствуют

элементарному составу газа в объемных процентах, а —

+2CH4+3C 2H4+ y H 2S + ^ - + А С2Н2 — 0 2) 0,01 — количество

азота воздуха.

Выше определяли количество продуктов горения при теорети­ ческом количестве воздуха. При коэффициенте избытка воздуха больше 1 в продукты сгорания перейдет избыточный воздух Ln—Lo=L0 (п—1) и количество их будет равно:

В связи с тем что расчет горения топлива по элементарному со­ ставу трудоемок и зачастую при производстве теплотехнических расчетов отсутствует полный анализ его, для технических расче­ тов обычно пользуются формулами приближенного расчета горе­ ния, приведенными в табл. 17.

68

Т а б л и ц а 17 Формулы для приближенных расчетов по сжиганию топлива

Пример. Определить количество воздуха, необходимое для сгорания при­ родного газа с QP=35 600 к Д ж /M 3 [8510 ккал/м3], и объем продуктов горе­ ния при коэффициенте избытка воздуха п=1,05.

69