НОВАЯ МетодичкаФХОГ
.pdf10
Лекция 4. Обзорная лекция по разделу «Горелочные и топочные устройства»
(1 час).
4. ЛИТЕРАТУРА
Основная литература:
1. Винтовкин А .А., Ладыгичев М.Г., Голдобин Ю.М., Ясников Г.П. Технологическое сжигание и использование топлива. – М . Теплотехник, 2005. – 288 с.
Дополнительная литература:
2.Основы практической теории горения: Учебное пособие для вузов/ В.В. Померанцев, К.М. Арефьев, Д.Б. Ахмедов и др.; Под ред. В. В. Померанцева. 2-е изд. / перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-
ние, 1986. – 312 с.
3.Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства: Учебное пособие для вузов. - М.: Энергия , 1976 - 488 с.;
4.Резников М.И., Липов Ю.М. Паровые котлы тепловых электростанций: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1981. – 240 с.
5.Расчёт и проектирование пылепреготовительных установок котельных агрегатов (Нормативные материалы), Л.: РИО НПО ЦКТИ им.И.И.Ползунова, 1971. – 310 с., 22 экз.
6.Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / Под ред. Н.В. Кузнецова и др. - М.: Энергия, 1973. – 296 с.
7.Сборник задач по теории горения: учебное пособие для вузов/Под ред. В. В. Померанцева – Л.: Энергоатомиздат. 1983. – 152 с.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ «ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВ»
Программа теоретического курса «Физико-химические основы горения топлив» состоит из 4 разделов. В каждом разделе приводятся методические рекомендации по изучению и лучшему усвоению учебного материала, а также даны ссылки на литературу с указанием названия учебника и страниц, в которой излагается теоретический материал по теме изучаемого раздела. Номер учебника указывается в квадратных скобках и соответствует его номеру в списке литературы. В учебном пособии приведены вопросы для самопроверки полученных знаний студентом при изучении теоретического раздела курса. Следует ответить на все вопросы для самопроверки. В
11
завершение приводится перечень знаний, которыми должен обладать студент после изучения курса.
РАЗДЕЛ 1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ПАРОВЫХ КОТЛАХ
Литература: [1], c. 35-63; [2]; c. 10-24, [4]; c. 15-22.
Вопросы для самопроверки:
1.Виды энергетического топлива?
2.Назовите приведенные характеристики топлива?
3.Что такое низшая теплота сгорания топлива?
4.Что такое коэффициент избытка воздуха?
5.Какие виды потерь теплоты при сжигании учитываются в тепловом балансе котла?
Должен знать:
Основные виды и месторождения топлив. Приведенные характеристики топлива. Тепловой баланс котла. Тепловые потери. КПД котла и факторы, влияющие на его повышение.
РАЗДЕЛ 2. МЕТОДЫ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВ. ПОДГОТОВКА ТОПЛИВ К СЖИГАНИЮ
Литература: [1], c. 35-63; [4], c. 22-31.
Вопросы для самопроверки:
1.Какие особенности слоевого сжигания твердых топлив?
2.Какие особенности при сжигании твердых топлив в кипящем слое?
3.Свойства и характеристики угольной пыли.
4.Виды основных размольных устройств.
5.Подготовка топлива к сжиганию (твердое, жидкое, газообразное).
Должен знать:
Способы сжигания различных видов топлив. Свойства и характеристики угольной пыли. Виды основных размольных устройств. Тепловой баланс системы пылеприготовления.
12
РАЗДЕЛ 3.ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ ГОРЕНИЯ
Литература: [1], c. 161-197; [4], c. 33-41.
Вопросы для самопроверки:
1.Что понимается под химическим равновесием реакции горения?
2.Как формулируется закон действующих масс?
3.Что такое температура воспламенения?
4.Закон Аррениуса.
5.Что такое гомогенная и гетерогенная реакции?
6.Как распространяется пламя в газах?
7.Как зависит скорость распространения пламени от концентрации и температуры?
Должен знать:
Химическое равновесие реакции горения. Закон действующих масс. Классификацию реакций. Распространение пламени в газах. Горение капли жидкого топлива. Теория гетерогенного горения, области горения. Особенности горения в кипящем и циркулирующем слоях. Горение водоугольных суспензий.
РАЗДЕЛ 4. ГОРЕЛОЧНЫЕ И ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
Литература: [1], c. 85-155; [4], c. 56-68.
Вопросы для самопроверки:
1.Какие виды горелочных устройств вы знаете?
2.Какие виды топочных устройств вы знаете?
3.Какие особенности при сжигании высокосернистых мазутов и газа? 4. Какие требования предъявляются к пылеугольным топкам?
5.Как ведет себя минеральная часть топлива в процессе горения?
6. Какие конструктивные и режимные мероприятия проводятся при сжигании топлив для снижения вредных выбросов?
Должен знать:
Специфику сжигания высокосернистых мазутов и газов. Теплотехнические характеристики работы газомазутных топок . Пылеугольные топки и предъявляемые к ним требования, классификация.
13
Конструктивные и режимные мероприятия, направленные на сжигания вредных выбросов.
ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ И ОФОРМЛЕНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
При выполнении контрольной работы необходимо строго придерживаться указанных ниже правил. Работы, выполненные без соблюдения этих правил, не будут зачтены и будут возвращены студенту для доработки или переработки.
1.Контрольная работа должна выполняться в отдельной тетради в клетку чернилами любого цвета, кроме красного. В тетради должны быть поля шириной 4-5 см для замечаний рецензента.
2.В заголовке работы на обложке тетради должны быть ясно написаны фамилия студента, его инициалы, учебный номер (шифр), номер контрольной работы, название дисциплины, нужно указать полное название учебного заведения, дату отсылки работы в университет и адрес студента - отправителя контрольной работы. В конце работы следует поставить дату ее выполнения и обязательно нужно расписаться.
3.В работу должны быть включены все задачи, указанные в задании строго по положенному варианту.
4.Решение задач следует располагать в порядке номеров, указанных в задании, сохраняя номер задач.
5.Перед решением каждой задачи необходимо выписать ее условие. В том случае, если несколько задач, из которых студент выбирает задачи своего варианта, имеют общую формулировку, следует переписывать условия задачи, заменить общие данные конкретными, взятыми из соответствующего номера.
6.Решение задач нужно излагать, подробно и аккуратно объясняя их действия по ходу решения и делая необходимые схемы и чертежи.
7.После получения прорецензированной работы, как не зачтенной, студенту необходимо исправить все отмеченные рецензентом ошибки и недочеты и выполнить все рекомендации. Если рецензент предлагает внести
врешение задач исправления или дополнения и прислать контрольную работу для повторной проверки, то это необходимо сделать в кротчайший срок. В случае незачета контрольной работы и отсутствия прямого указания рецензента на то, что студент может ограничиться представлением решений отдельных задач, вся работа должна быть выполнена заново. При высылаемых исправлениях должна находиться прорецензированная работа и
14
рецензия на нее. Поэтому рекомендуется в конце тетради оставлять несколько чистых листов, для всех исправлений и дополнений в соответствии с указанием рецензента. Вносить исправления в сам текст работы после ее рецензирования запрещается.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОГО ЗАДАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Студенты заочной формы обучения теплотехнических специальностей должны выполнить одну контрольную работу за учебный семестр. К решению задач контрольного задания следует приступить только после изучения соответствующего раздела курса. Перед выполнением контрольной работы рекомендуется ознакомиться с ходом решения аналогичных задач по учебной литературе. Исходные данные к каждой задаче выбираются из соответствующих таблиц по последней и предпоследней цифрам шифра (личного номера) студента-заочника.
Основная цель контрольных работ заключается в ознакомлении студентов с методикой важнейших расчетов, используемых в курсе «Физикохимические основы горения топлив». Выполнение контрольной работы является также одним из видов проверки усвоения основных разделов лекционного курса. При выполнении контрольных заданий студент приобретает навыки работать с технической литературой.
Задача 1
Определить теплоту сгорания, теоретический объем продуктов сгорания и количество воздуха, теоретически необходимое для сжигания смеси m, % угля с рабочей массой топлива С1р, H1р, Sрл1, N1р , O1р , W1р , A1р
(%) и n, % угля с рабочей массой Ср2 , Hр2 , Sрл2 , Nр2 , Oр2 , W2р , Aр2 (%). Исходные данные приведены в таблице 1.
Таблица 1
№ |
Ср |
/Ср |
Hр |
/Hр |
Sр |
/Sр |
Nр |
/Nр |
Oр |
/Oр |
Wр |
/Wр |
Aр |
/Aр |
m/n |
|
1 |
2 |
1 |
2 |
л1 |
л2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
|
0 |
62,1/38,6 |
4,2/2,6 |
3,3/3,8 |
1,2/0,8 |
6,4/3,1 |
7,0/11,0 |
15,8/40,1 |
40/60 |
|||||||
1 |
23,2/38,4 |
2,1/2,7 |
0,9/1,4 |
0,2/0,8 |
7,5/11,8 |
56/28,5 |
10,1/16,4 |
50/50 |
|||||||
2 |
39,1/44,2 |
1,9/3,1 |
1,3/0,2 |
0,2/0,4 |
8,6/14,4 |
34,5/33 |
14,4/4,7 |
45/55 |
|||||||
3 |
34,3/44,2 |
2,4/2,9 |
0,5/2,5 |
0,3/1,5 |
11,8/8,6 |
44/11,5 |
6,7/28,8 |
30/70 |
|||||||
15
4 |
35/52,2 |
2/1 |
0,3/1,5 |
0,5/0,5 |
11,8/1,5 |
38/8,5 |
12,4/34,8 |
60/40 |
5 |
44,1/59,5 |
3,3/3,1 |
2,9/2,8 |
0,9/1 |
8/2 |
13/5 |
27,8/26,6 |
40/60 |
6 |
42,5/46,8 |
3/2,9 |
0,4/0,7 |
0,6/0,8 |
13/5,2 |
30/9 |
10,5/34,6 |
50/50 |
7 |
55/41,5 |
3,1/3,2 |
0,8/4,3 |
0,6/0,5 |
13,4/5,1 |
19/7,5 |
8,1/37,9 |
45/55 |
8 |
48,6/66 |
3,5/3,5 |
5,3/0,4 |
0,6/1,6 |
4/3,5 |
6/8,5 |
32/16,5 |
30/70 |
9 |
68,8/44,1 |
1,5/2,8 |
0,4/0,6 |
0,8/0,8 |
2,3/3,8 |
10/7 |
16,2/40,9 |
60/40 |
Решение:
1. Теплота сгорания топлива находится по формуле (1-3) [7 ,8]:
Qрн 339 Ср 1025 Hр 108,5 (Oр Sрл ) 25 Wр , кДж/кг,
- где Cр m Cр |
n Ср |
, остальные компоненты смеси топлив |
1 |
2 |
|
рассчитываются аналогично.
2. Минимальное (теоретическое) количество воздуха необходимое для полного сжигания 1кг твердого или жидкого топлива определяется по формуле (1-4) [7,8]:
V0 0,0889 Cр 0,265 Hр 0,0333 (Oр Sрл ), м3/кг.
При сжигании смеси топлив объемы воздуха и продуктов сгорания рекомендуется рассчитывать для каждого топлива в отдельности на 1кг твердого или жидкого и на 1 м3 газообразного [7,9]. По полученным для каждого топлива значениям V0 определяют объемы воздуха и продуктов сгорания смеси. Для смеси однородных топлив (твердых, жидких или газообразных):
V0 m V10 n V20.
По аналогичным формулам определяются VRO2 , VN02 , VH02O смеси.
3. Объем продуктов сгорания, образовавшегося при сжигании 1кг топлива в теоретически необходимом количестве воздуха, равен:
Vг0 VRO2 VN02 VH02O,
где объемы продуктов сгорания каждого из компонентов будут:
16
VRO2 0,01866 (Cр 0,375 Sр);
VN02 0,79 V0 0,008 Nр;
VH02O 0,111 Hр 0,0124 Wр 0,0161 V0.
Задача 2
Определить состав рабочей массы топлива, если в таблице 2 указан следующий состав Ср, Hр, Sрл , Nр, Oр, Wр, Aр (%), а технический анализ
р
показал, что влажность топлива составляет W1 , %. Какова при этом будет низшая теплота сгорания?
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
№ |
Ср |
Hр |
Sлр |
Nр |
Oр |
Wр |
Aр |
|
W1р |
0 |
62,1 |
4,2 |
3,3 |
1,2 |
6,4 |
7,0 |
15,8 |
|
10 |
1 |
23,2 |
2,1 |
0,9 |
0,2 |
7,5 |
56 |
10,1 |
|
50 |
2 |
39,1 |
1,9 |
1,3 |
0,2 |
8,6 |
34,5 |
14,4 |
|
35 |
3 |
34,3 |
2,4 |
0,5 |
0,3 |
11,8 |
44 |
6,7 |
|
40 |
4 |
35 |
2 |
0,3 |
0,5 |
11,8 |
38 |
12,4 |
|
35 |
5 |
44,1 |
3,3 |
2,9 |
0,9 |
8 |
13 |
27,8 |
|
16 |
6 |
42,5 |
3 |
0,4 |
0,6 |
13 |
30 |
10,5 |
|
28 |
7 |
55 |
3,1 |
0,8 |
0,6 |
13,4 |
19 |
8,1 |
|
22 |
8 |
48,6 |
3,5 |
5,3 |
0,6 |
4 |
6 |
32 |
|
10 |
9 |
68,8 |
1,5 |
0,4 |
0,8 |
2,3 |
10 |
16,2 |
|
15 |
Решение:
1.Пересчет элементарного состава топлива с одной влажности на другую проводится по формуле:
xр xр 100 W1р .
1100 Wр
2.Низшая теплота сгорания топлива определяется по формуле:
17
Qрн 339 Ср 1025 Hр 108,5 (Oр Sрл ) 25 Wр , кДж/кг.
Задача 3.
Из результатов химического анализа продуктов сгорания получены следующие данные: O2,CO,H2,CH4 (%). Определить коэффициент избытка
воздуха – α.
|
|
|
|
Таблица 3 |
№ |
O2, % |
CO, % |
H2, % |
CH4, % |
0 |
5 |
1 |
2 |
1,75 |
1 |
4,5 |
1,2 |
1,8 |
1,5 |
2 |
5 |
1,3 |
2 |
1,35 |
3 |
5,5 |
1,4 |
2 |
1,65 |
4 |
4,5 |
1,5 |
2 |
1,55 |
5 |
5,5 |
1,6 |
2 |
1,45 |
6 |
4,5 |
1,7 |
2 |
1,85 |
7 |
3,5 |
1,8 |
2 |
1,25 |
8 |
5,3 |
1,9 |
2 |
1,15 |
9 |
5,4 |
2,0 |
2 |
1,30 |
Решение:
1. При содержании в продуктах сгорания горючих компонентов сначала определяется избыточное содержание кислорода:
O2изб.% O2,% 0,5 CO% -0,5 H2,% 2 CH4,%.
2. Коэффициент избытка воздуха
|
21 |
. |
|
(21 O2изб.%)
Задача 4.
После проведения химического анализа продуктов сгорания за топкой и конвективной шахтой котла получены следующие данные: O2т, СOт, Hт2, Oк2, СOк , Hк2 (%). Определить присос воздуха в конвективную шахту.
18
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
№ |
O2т |
СOт |
H2т |
Oк2 |
СOк |
Hк2 |
|
||||||
0 |
4 |
1,5 |
1 |
6 |
1 |
0,5 |
1 |
5 |
1,3 |
1 |
6,5 |
1 |
0,5 |
2 |
4 |
1,2 |
0,5 |
6,2 |
1 |
0,5 |
3 |
3 |
1,5 |
0,5 |
5 |
1 |
0,5 |
4 |
5 |
1,6 |
0,7 |
6,5 |
1 |
0,5 |
5 |
4 |
1,4 |
0,8 |
5,4 |
1 |
0,5 |
6 |
4,5 |
1,5 |
0,6 |
6,2 |
1 |
0,5 |
7 |
4,4 |
1,6 |
0,6 |
6,3 |
1 |
0,5 |
8 |
4 |
1,2 |
1 |
6,4 |
1 |
0,5 |
9 |
5 |
0,5 |
0,9 |
6 |
1 |
0,5 |
Решение:
1. Находится коэффициент избытка воздуха для топочной камеры:
O2т,изб% О2т,% 0,5 СОт 0,5 H2,%,
а затем по формуле
21
т (21 Oт2,изб% ) .
2.Находится коэффициент избытка воздуха для конвективной шахты: Oк2,изб% Ок2,% 0,5 СОк 0,5 Hк2,%,
азатем по формуле
21
к (21 Oк2,изб% ) .
3.Присосы в конвективную шахту котла находятся по формуле:
к к т.
19
Задача 5.
Определить количество воздуха и объем продуктов сгорания смеси мазута и газа. Известно, что в топке парогенератора совместно сжигается m - кг/с мазута марки 100 с составом рабочей массы Ср= 83,4 % , Hр= 10,0 %,
Sр = 2,9 %, Nр = 0,3 %, Oр = 0,1 %, Wр = 3,0 %, Aр = 0,3 % и n – м3/с
природного газа |
с составом CO2 = 3 %; CH4 = |
88 %; С2H8 = 1,9 %; |
||
CmHn = 0,5 %; N2= 9,3 %; d = 0,5. |
|
|||
|
|
|
|
|
№ |
|
m, кг/с |
|
n, м3/кг |
0 |
|
8,33 |
|
2,78 |
1 |
|
7,33 |
|
2,78 |
2 |
|
6,33 |
|
2,78 |
3 |
|
5,33 |
|
2,78 |
4 |
|
4,33 |
|
2,78 |
5 |
|
5,0 |
|
2,78 |
6 |
|
6,0 |
|
2,78 |
7 |
|
7,0 |
|
2,78 |
8 |
|
8,0 |
|
2,78 |
9 |
|
8,1 |
|
2,78 |
Решение:
1.Теоретический объем воздуха:
V0 V0' xV0'', x = m / n.
Для мазута:
V0' 0,0889Cр 0,265Hр 0,0333(Ор Sр).
Для газа:
V0" 0,0476[0,5CO 0,5H2 1,5H2S (m n/4)CmHn O2].
2.Определение объема продуктов сгорания смесей. Для мазута: