ТНиС 15

Ю. И. © НГТУ, 2014

каменный и бурый угли, торф, дрова,
бытовые и промышленные отходы

(топлива расположены
в порядке убывания их геологического возраста);

● жидкие: нефть и продукты ее перегонки – бензин,
керосин, лигроин, мазут;

● газообразные: природный газ метан, синтезгаз, доменный
и шихтовый газы, которые являются отходами
металлургического производства.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

из:

● углерода С, водорода Н – наиболее ценных горючих

составляющих;

● кислорода О, азота N – внутреннего балласта;

● серы S, золы А и влаги W – вредных компонентов.

Золу и влагу еще называют внешним балластом.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

задан по:

рабочей массе
Ср+Нр+Ор+Nр+Sр+Aр+Wр=100 %;

сухой массе:
Сс+Нс+Ос+Nс+Sс+Aс=100 %;

горючей массе:
Сг+Нг+Ог+Nг+Sгл=100 %.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

.


Высшая теплота сгорания топлива:

это теплота, выделяемая при полном сгорании 1 кг топлива,
с учетом теплоты конденсации водяных паров из продуктов
сгорания.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

теплоту
конденсации водяных паров.

Они определяются по формулам Менделеева,

кДж/кг:

Qвр=338Cр+1249Hр+108,5(Sр-Oр);

Qнр=338Cр+1025Hр+108,5(Sр-Oр)-25Wр.

Их разность: Qвр-Qнр=224Hр+25Wр.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

топлива теплоту
сгорания топлива можно определить экспериментально,
сжигая точно взвешенную

навеску топлива в среде чистого
кислорода в «калориметрической бомбе».

Чугунная бомба опускается в воду, масса и температура
которой точно измеряются.

После охлаждения бомбы водой измеряется конечная
температура воды и по уравнению теплового баланса
точно находится теплота, выделенная при сгорании
навески топлива.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

и получают опытное
значение теплоты сгорания топлива.

При нагревании

твердого топлива без доступа воздуха оно
разделяется на твердую (кокс) и летучую части.

Твердая часть состоит из углерода и золы, летучая – из
горючих и негорючих газов (Н2О, СО2, СО, СН4, Н2 и сложных
углеводородов).

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

используется в металлургии.

Плохо спекающийся кокс – это энергетическое

топливо.

Топливо с большим выходом горючих летучих Vлг очень
хорошо воспламеняется.

Такое топливо часто добавляют в тощие угли (с малым
выходом горючих летучих), чтобы улучшить их
воспламеняемость.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

низшей рабочей теплоты сгорания:

● бурые угли 15…20 МДж/кг;
●

каменные угли 20…25 МДж/кг;
● мазут ~40 МДж/кг;
● метан ~40 МДж/м3.

Это затрудняет сравнительные экономические расчеты для
ТЭС и котельных, работающих на разных топливах.

Поэтому введено понятие условного топлива, теплота
сгорания 1 кг или 1 м3 которого Qу=7000 ккал (~29300 кДж).

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

Nр и влажностью (Wр=30…50%); Qнр=10…15 МДж/кг,
поэтому он является местным

энергетическим топливом.

Бурые угли неспекающиеся, имеют повышенное содержание
Ор, Nр, то есть могут самовозгораться; большую влажность
(Wр=20…40%), высокую зольность (Ар=15…30%).

Из-за высокого внешнего балласта их невыгодно
транспортировать на большие расстояния, поэтому они
относятся также к местным энергетическим топливам.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

балласта (Ар=5…15%, Wр=5…10%), поэтому их можно
перевозить к дальним потребителям.

Они не самовозгораются, коксуются, имеют более высокое
содержание углерода и теплоту сгорания, чем бурые угли.

В результате химической переработки каменных углей
получают металлургический кокс и побочные продукты -
коксовый газ, бензол, аммиак и др.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

обуглероживания в них почти достиг
своего предела (Ср=93…96%).

Они имеют высокую механическую прочность, плохо
воспламеняются.

Горение – это химическая реакция окисления горючих
составляющих топлива кислородом воздуха.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

для полного
сгорания 1 кг топлива запишем химические реакции:

С+О2=СО2; 2Н2+О2=2Н2О; S+O2=SO2;

1 кмоль: 12кгС-32кгО2; 4кгН2-32кгО2; 32кгS-32кгО2;

1 кг: 1кгС-8/3кгО2; 1кгН2-8кгО2; 1кгS-1кгО2;

в 1кг топлива: (Ср/100)кг С -8/3(Ср/100)кг О2;

(Нр/100)кг Н2-8(Нр/100)кг О2;

(Sр/100)кг S-(Sр/100)кг О2 .

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

составляющих
топлива, кг О2/кг топлива:
.

Массовая доля кислорода

в воздухе 0,232, плотность воздуха
при НФУ ρ0=1,293 кг/м3, тогда теоретический объем воздуха,
м3/кг топлива:
.


Из-за несовершенного перемешивания топлива и воздуха,
в топку подают избыточный объем воздуха , где
=1,1…1,5 – коэффициент избытка воздуха.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

VRO2=1,866Kр/100,

где Kр=Ср+0,375Sрл - приведенное количество углерода, %.

Теоретический

выход азота:
V0.N2=0,79V0+0,8Nр/100.

Теоретический выход Н2О:
VН2O=0,111Hp+0,0124Wp+1,24Gф+0,0161V0( -1).

Объем дымовых газов (теплоносителя):
V=VRO2+V0.N2+VH2O+ V0( -1). (2)

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

сгорания газообразного
топлива, м3/м3:

V0=0,0476[0,5CO+0,5H2+∑(m+n/4)CmHn+1,5H2S-O2]. (3)

Теоретический объем азота:

V0.N2=0,79V0+0,01N2.

Объем трехатомных газов:

VRO2=0,01(CO2+CO+H2S+∑mCmHn).

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

-1).

Объем дымовых газов находится также по формуле

(2).

Энтальпия дымовых газов, кДж/кг (кДж/м3):

I=I0.г+( -1)I0.в. (4)

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

при температуре θ, °С и коэффициенте
избытка воздуха

=1, кДж/кг (кДж/м3):

I0.г=VRO2(cθ)CO2+V0.N2(cθ)N2+V0.H2O(cθ)H2O.

Энтальпия теоретически необходимого воздуха, кДж/кг
(кДж/м3):

I 0.в=V0.в(cθ)в.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

При этом химическая энергия топлива превращается в
тепловую энергию

продуктов сгорания, за счет которой
генерируется пар.

Топки бывают слоевые, камерные, вихрекамерные.

В слоевых топках сжигается кусковое топливо в слое.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

пыль
(δ=0…300 мкм).

В вихрекамерных (циклонных) топках сжигается дробленка
(δ=4…6

мм).

Интенсивность процесса сжигания, а следовательно и
тепловое напряжение топочного объема, возрастает от
слоевых топок к циклонным.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

топлива в слое (3)
подается под колосниковую решетку (2).

Для завершения сгорания летучих и
уноса угольной пыли, в топочную
камеру подается вторичный воздух (4).

Продукты сгорания (5) уносятся в дымовую трубу, шлак (7)
удаляется из нижней части топки.

Верхняя поверхность топлива – это зеркало горения (6),
площадь которого F принимается равной площади решетки.

4
3
2
1

5
6
7

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

(800…1300 кВт/м2).

Меньшее значение для влажного, зольного угля

с мелочью,
большее – для сухого, малозольного, сортированного топлива.

Объем топки Vт между зеркалом горения, стенами и потолком
топки.

Тепловое напряжение топочного объема:
Q/Vт=BQнр/Vт (230…350 кВт/м3).

Топки бывают ручные и механизированные.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

под котлами с
D = 10…25 т/ч.

Перед сжиганием

уголь
дробится до кусков
размером ~40 мм.

Цепная решетка 1 – это
бесконечное полотно из колосников, смонтированных на двух
цепях, надетых на звездочки 2, одна из которых приводится
во вращение от электродвигателя через редуктор.

3
2
1

4

5

6

8

7

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

со скоростью 2–20
м/ч.

Топливо из загрузочного бункера 3

через дозирующее
устройство подается на решетку.

Необходимый для горения топлива воздух подается через
дутьевые окна 4.

Перемещаясь вместе с полотном, топливо сгорает.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014

трубу.

Негорючая часть топлива в виде шлака удаляется
шлакосъемником

6 в бункер шлака 7.

Колосники выполняются беспровальными, однако часть
золы 8 проваливается вниз и должна оттуда периодически
удаляться, как впрочем и шлак из бункера 7.

Теплоносители и их свойства © Шаров Ю. И. © НГТУ, 2014