10 Процесс горения топлива
Тепло, передаваемое через стенки змеевика продукту, образуется за счет сгорания топлива.
Одним из эффективных мероприятий повышения технико-экономических показателей трубчатых печей является полное сгорание топлива. Условиями полного сгорания топлива являются хорошее смешение горючего с воздухом, достаточно высокая температура процесса и подготовка топлива к горению.
В горючую массу топлива входят вещества, содержащие в основном углерод и водород, а также незначительное количество серы, кислорода и азота. Кроме того, топливо может содержать влагу и вещества, образующие золу.
Состав топлива может быть задан либо содержанием (в % массовых) каждого из вышеуказанных элементов (элементарный состав) либо содержанием компонентов (для газообразного топлива в % объемных содержание метана, этана и т.д.) – компонентный состав. Для расчета процесса горения необходимо знать элементарный состав топлива. Метод определения элементарного состава газообразного топлива по известному компонентному приведен в [7, с. 488].
С химической точки зрения горение – процесс окисления органической массы топлива. Носителем кислорода, необходимого для окисления топлива, является воздух.
Воздух имеет следующий состав:
- по массе – 23,2 % О2и 76,8 %2;N2
- по объему – 21,0 % О2и 79,0 % N2 .
Химизм окисления топлива
С + О2= СО2(при неполном сгорании СО)
S + O2 = SO2
H2 + 1/2O2 = H2O .
Таким образом, продукты окисления элементов топлива (дымовые газы) содержат сухие двуокись углерода СО2, сернистый газSO2, азот N2, кислород О2и водяной парH2O.
Сухие трехатомные газы СО2иSO2обозначают черезRO2.
Полнота сгорания топлива в печи обеспечивается некоторым избытком воздуха, подаваемого для окисления. Избыток воздуха характеризуется коэффициентом избытка воздуха α
(10.1)
где G– действительный расход воздуха;
Go– теоретически необходимый расход воздуха, определяемый по вышенаписанным стехиометрическим уравнениям реакций окисления топлива.
Коэффициент избытка воздуха зависит от рода топлива и способа его сжигания [3, с. 361]
для газообразного топлива при объемном факельном сжигании….1,05 … 1,2
при поверхностном сжигании в панельных горелках………………1,02... 1,05
для жидкого топлива…………………………………………………..1,2 … 1,5.
По мере движения дымовых газов по направлению от топки к дымовой трубе значение α увеличивается вследствие подсоса воздуха через неплотности обмуровки печи и решеток ретурбендных камер
при жидком топливе и паровом дутье…………………………….1,2 … 1,8
при воздушном дутье………………………………………………1,1 … 1,3
средние значения над перевальной стеной……………………….1,4 … 1,5
в конце конвективной камеры…………………………………….1,5 … 1,6
при газовом топливе……………………………………………….1,05 … 1,2
на выходе из радиантной камеры………………………………….1,2
на выходе из конвективной камеры…………………………….....1,3.
Подсос воздуха ведет к росту потерь тепла с отходящими дымовыми газами, что уменьшает кпд печи. Снизить подсос воздуха возможно при уплотнении всех зазоров, особенно в ретурбендной камере конвективной секции, поддержании в хорошем состоянии температурных швов, оштукатуривании наружной поверхности печной кладки и т.д.