11 Вопрос(Часть 10 вопроса)

Газообразное топливо.( Cp+Hp+Op+Np+Spop+к+Ap+Wp=100%). К газообразному топливу относится, прежде всего, природный газ(Ферросплавный газ, Доменный газ, Конвертерный газ, Коксовый газ) . Это газ, добываемый из чисто газовых месторождений, попутный газ нефтяных месторождений, газ конденсатных месторождений, шахтный метан и т.д. Основным его компонентом является метан СН4; кроме того, в газе разных месторождений содержатся небольшие количества азота N2, высших углеводородов СnНm , диоксида углерода СО2 . В процессе добычи природного газа его очищают от сернистых соединений, но часть их (в основном сероводород) может оставаться. При добыче нефти выделяется так называемый попутный газ, содержащий меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов и поэтому выделяющий при сгорании больше теплоты. Мировые геологические запасы газа оцениваются в 140-170 триллионов м³.

Свойства:

Энергетические свойства: Содержание в топливном газе H2, CH4, C3H8 и т.д. Содержание инертного газа N2, CO2 Содержание воздуха O2

Физические свойства: Давление (бар), Температура (°C), Влажность (%), Детонационная стойкость (метановое число).

Загрязнения :

Химические: сера, галогены

Физические: пыль, конденсат, нефть

Применение : В промышленности и особенно в быту находит широкое распространение сжиженный газ, получаемый при первичной обработке нефти и попутных нефтяных газов. Выпускают технический пропан (не менее 93% С3Н8 + С3Н6), технический бутан (не менее 93% С4Н10 + С4Н8) и их смеси.

15 Вопрос

Температура горения топлива:

В расчет горения топлива входит также определение температуры его горения.

Чтобы выявить потенциальные возможности топлива, вводят понятие горения без подогрева топлива и воздуха при идеальном адиабатическом процессе, т. е. горения с теоретическим количеством воздуха, без потерь теплоты и без теплообмена в топочной камере и с окружающей средой. Полученная в этих условиях температура продуктов сгорания называется теоретической.

Различают калориметрическую и действительную температуру горения топлива.

Калориметрической температурой горения называется та температура, которую приобрели бы образующиеся продукты горения при полном сгорании топлива и при условии, что тепло не уходит в окружающее пространство, т. е. остается в продуктах горения.

Для каждого типа топки, вида и способа сжигания топлива разработана специальная методика расчета теплообмена в топке и определения действительной температуры газов на выходе из топки. Отношение действительной температуры горения топлива к теоретической называется калориметрическим коэффициентом.

12 Вопрос

Горение топлива – химическая реакция соединения горючих элементов топлива с

окислителем при высокой температуре, сопровождающийся интенсивным выделением

теплоты. В качестве окислителя используют кислород воздуха.

Процессы горения разделяют на 2 группы:

1). гомогенное горение – горение газообразных горючих (характеризуется системой

"газ+газ");

2). гетерогенное горение – горение твердых и жидких горючих (характеризуется системой

"твердое тело+газ" или "жидкость+газ"). Процесс горения может протекать с разной скоростью – от медленного до мгновенного.

Медленное горение – самовозгорание твердого топлива при его хранении на складах.

Мгновенное горение представляет собой взрыв. В теплоэнергетических установках

практическое значение имеет такая скорость реакции, при которой происходит

устойчивое горение, т.е. при постоянной подаче в зону горения топлива и окислителя. При

этом соотношение концентрации топлива и окислителя должен быть определенным. При

нарушении этого соотношения (богатая смесь, бедная смесь) скорость реакции снижается

и уменьшается тепловыделение на единицу объема. Горение – это в основном химический процесс, т.к. в результате его протекания происходит качественные изменения состава реагирующих масс. Но в то же время химическая реакция горения сопровождается различными физическими явлениями: перенос теплоты, диффузионный перенос реагирующих масс и др. Время горения топлива складывается из времени протекания физических (ιфиз) и химических процессов (ιхим): ιгор = ιфиз + ιхим . Время протекания физических процессов состоит из времени, необходимого для смешивания топлива с окислителем (ιсм) и времени, в течении которого топливо – воздушная смесь подогревается до температуры воспламенения (tн): ιфиз = ιсм + ιн. Время горения (ιгор) определяется скоростью наиболее медленнего процесса. Горение газообразного топлива. Минимальная температура при которой происходит воспламенение смеси, называется температурой воспламенения. Значение этой температуры для различных газов неодинаково и зависит от теплофизических свойств горючих газов, содержания горючего в смеси, условий зажигания, условий отвода теплоты в каждом конкретном устройстве и т.д. Горючий газ в смеси с окислителем сгорает в факеле. Различают два метода сжигания газа в факеле – кинетический и диффузионный.

кинетическом сжигании до начала горения газ предварительно смешивается с окислителем. Газ и окислитель подаются сначала в смешивающее устройство горелки. Горение смеси осуществляется вне пределов смесителя. При этом скорость горения не должна превышать скорости химических реакций горения ιгор = ιхим.

Диффузионное горение происходит в процессе смешивания горючего газа с воздухом. Газ поступает в рабочий объем отдельно от воздуха. Скорость процесса будет ограничена

скоростью смешивания газа с воздухом ιгор = ιфиз. Кроме этого существует смешанное (диффузионно-кинетическое) горение. При этом газ предварительно смешивается с некоторым количеством воздуха, затем полученная смесь поступает в рабочий объем, где отдельно подается остальная часть воздуха. В топках котельных агрегатов в основном используют кинетический и смешанный способы сжигания топлива.

Процесс горения состоит из следующих стадий:

1) подсушка топлива и нагревание до температуры начала выхода летучих веществ;

2) воспламенение летучих веществ и их выгорание;

3) нагревание кокса до воспламенения;

4) выгорание горючих веществ из кокса.

Эти стадии иногда частично накладываются одна на другую. Выход летучих веществ у различных топлив начинается при различных температурах: у торфа при 550-660К, у бурых углей при 690-710К, у тощих углей и антрацита при 1050- 1070К. Горение жидкого топлива. Основным жидким топливом, используемым в теплоэнергетике и промышленной теплотехнике является мазут. В установках небольшой мощности также используют смесь технического керосина со смолами. Наибольшее применение получило метод сжигания в распыленном состоянии. Этот метод позволяет значительно ускорить его сгорание и получить высокие тепловые напряжения объемов топочных камер вследствие увеличения площади поверхности контакта топлива с окислителем.

Процесс горения жидкого топлива можно разделить на следующие стадии:

1) нагревание и испарение топлива;

2) образование горючей смеси;

3) воспламенение горючей смеси от постороннего источника (искры, раскаленной спирали и т.п.);

4) собственно горение смеси.

Устройства для сжигания топлива:

1) Топки: Топливо сжигающим устройством в печи, работающей на твердом топливе, являются топки. Они могут быть простыми и полугазовыми. Простые топки представляют собой камеру прямоугольной формы, расположенную сбоку, с торца или снизу печи. Полугазовые топки имеют горизонтальные и наклонные колосники. Наклон колосников и соотношение размеров топки должны быть строго выдержаны. Полугазовая топка с пятью наклонными колосниками. Более мощные топки делаются с семью и девятью наклонными колосниками. Угол наклона колосников всегда 55°.

2) Форсунки. Мазут, сжигаемый в печах, необходимо предварительно распылить на мелкие капельки. Чем мельче распыливание мазута, тем больше поверхность соприкосновения его капелек с воздухом, тем лучше и полнее его сгорание. Для распыливания мазута и смешивания его с воздухом служат форсунки. Они могут быть двух типов: низкого и высокого давления. Форсунки низкого давления работают на давлении воздуха от 300 до 1000 мм вод. ст. (до 0,1 атм) и давлении мазута 1,5—2 атм.

Форсунки высокого давления работают на давлении распыливающего воздуха 2—8 атм и давлении мазута до 0,1 атм.

3) Горелки. В газовых печах газ сжигается при помощи горелок. Они могут быть двух типов: высокого и низкого давления. Те и другие разделяются на горелки внешнего смешения и горелки внутреннего смешения.

- Горелки низкого давления работают с давлением газа 50—200 мм вод. ст.

- Горелка низкого давления с внешним смешением типа ГЩД. В ней газ и воздух подводятся раздельно, струйки газа, выходящие из ряда мелких отверстий, двигаются под углом к струе воздуха, выходящего из щелевого отверстия. Смешение газа с воздухом происходит вне горелки. Применяются такие горелки для сжигания генераторного газа.

- Горелка внутреннего смешения состоит из двух труб: внутренняя труба вставлена эксцентрично в трубу. Газ под давлением до 100 мм вод. ст. поступает в трубу, сюда же из трубы через отверстие поступает воздух с повышенным давлением. Эксцентричное расположение труб и косые отверстия способствуют сильному завихрению газовоздушной смеси в трубе, а следовательно, быстрому и хорошему смешению. Производительность этих горелок от 45—100 м3/час до 500—1000 м3/час.

- К горелкам высокого давления относятся инжекционные горелки. В них смешение газа с воздухом полностью завершается до горелки в специальном смесителе, и в горелку поступает уже готовая газовоздушная смесь. Газ под давлением 0,3—1,5 am подается к смесителю по трубопроводу. Проходя через газовое сопло, газ засасывает воздух через щель, регулируемую шайбой. Из горелки через ее сопло газ поступает в туннель, где и загорается. Производительность горелки зависит от диаметра газового сопла и давления газа.