2. Матеріальний баланс процесу горіння палива. Матеріальний баланс середовища, що нагрівається
2.1. Матеріальний баланс процесу горіння палива
На рис. 2.1 показана схема матеріальних балансів | робочих| речовин в котлі. Матеріальний баланс процесу горіння розглянутий|розгледіти| стосовно спалювання твердого палива|пального| з|із| отриманням|здобуттям| газоподібних і твердих продуктів згорання|згоряння|.
У вхідній частині|частці| балансу процесу згорання –| кількість| палива|пального| В, кг/с, і окислювача|окисника| – повітря LB, кг/с, які ор|ганізовано| подаються в топку для спалювання, а також повітря, що підсмоктується (при роботі під розрідженням) по тракту котла в топку – ΔL1 і баластне повітря ΔL2 і ΔL3, що не бере участь в процесі згорання палива|пального|.
У вихідній частині|частці| матеріального балансу в загальному |вигляді –| газоподібні продукти згорання|згоряння|, що покидають котел, Lг, кг/с, і тверді мінеральні залишки – зола (жужіль), що випадають по тракту (Gзл1, Gзл2), вловлюються в |золовловлюючій| установці (Gзл3) і виносяться |згоряння|(Gзл4) газоподібними продуктами, кг/с.
У загальному|спільному| випадку рівняння матеріального балансу процесу| горіння палива|пального| в котлі має вигляд
В+Lв+ΣΔL=Lг+ΣGзл. (2.1)
При роботі на газоподібному паливі|пальному| в цьому рівнянні не містяться|утримуються| члени, що характеризують тверді мінеральні складові. При роботі котла під наддувом|наддуванням| відсутні присоси повітря.
До складу палива входять горючі речовини, волога і негорючі домішки.
Основним елементом горючої частини твердого і рідкого палив є вуглець С, який входить в склад палива у вигляді складних сполук із киснем, азотом і сіркою. Іншими горючими елементами твердого і рідкого палив є водень Н.
Рис.2.1. Схема матеріальних балансів робочих речовин у котлі
1 – топкова камера; 2 – випарні поверхні нагріву; 3 – економайзер; 4 – пароперегрівник|; 5 –підігрівник повітря|; 6 – золовловлювач
Кисень О палива разом з киснем повітря використовуються для горіння вуглецю, водню і сірки. Але він є небажаним, оскільки із його збільшенням знижується вміст горючих елементів і він зв’язує (обезцінює) частину водню палива.
Азот N в горінні не приймає участі і переходить у вільному стані в продукти згорання.
Сірка S входить до складу як горючої маси палива (органічна горюча сірка Sор та колчеданна сірка Sк; Sор+к=Sл), так і золового баласту (сульфатна сірка Sc).
Зола А – суміш різних мінеральних речовин, які залишаються після повного згорання горючої частини палива. Із неї утворюється жужіль.
До складу палива входить також волога W.
2.2. Визначення кількості повітря, що необхідне для горіння
Кількість повітря і об’єми газоподібних продуктів згорання визначають для нормальних умов (Т=273 К, р=0,1013 МПа).
Для твердого і рідкого видів палива, склад якого задається в масових долях (%), маємо
.
(2.2)
При сполученні із киснем
;
12 кг + 32 кг = 44 кг,
для спалювання 1 кг С до СО2 необхідно кисню
,
де 1,428 – густина кисню, кг/м3.
Для газоподібного палива, склад якого задається в об’ємних долях (%), маємо
.
(2.3)
У реакції
;
,
для спалювання 1 м3 СО до СО2 необхідно кисню
.
Аналогічно визначаються витрати кисню і для інших горючих складових (див. табл. 2.1).
Теоретична
витрата кисню
,
що необхідна для повного згорання 1 кг
твердого або рідкого палива, згідно
табл. 2.1 із врахуванням кисню Ор,
що знаходиться в паливі, становить
,
(2.4)
а для згорання 1 м3 газоподібного палива, м3/м3
.
(2.5)
Таблиця 2.1.
Витрата кисню і вихід продуктів згорання при спалюванні складових палива
Паливо |
Горючі складові палива |
Кількість горючого |
Теоретична витрата кисню, м3/кг; (м3/м3) |
Вихід продуктів згорання м3/кг; (м3/м3) |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Тверде, рідке |
Вуглець: – горіння до СО2 – горіння до СО |
1 кг С 1 кг С |
1,866 0,933 |
1,866 СО2 1,866 СО |
Водень |
1 кг Н |
5,56 |
11,12 Н2О |
|
Тверде, рідке |
Сірка: – горіння елементарної сірки; – горіння колчеданної сірки з врахуванням затрат кисню на окислення заліза |
1 кг S
1 кг S
|
0,7
0,96
|
0,7 SO2
0,7 SO2
|
Газоподібне
|
Оксид вуглецю |
1 м3 СО |
0,5 |
1 СО2 |
Водень |
1 м3 Н2 |
0,5 |
1 Н2О |
|
Сірководень |
1 м3 Н2S |
1,5 |
1 SO2 1 H2O |
|
Метан |
1 м3 СН4 |
2,0 |
1 СО2 2 Н2О |
|
Інші вуглеводневі сполуки |
1 м3 СmHn |
m+n/4 |
m CO2 n/2 H2O |
При використанні атмосферного повітря (О2=21%) його теоретична витрата на горіння складає, м3/кг (м3/м3)
.
(2.6)
Тоді
теоретично необхідний об’єм повітря,
який необхідний для спалювання твердого
або рідкого палив
,
м3/кг
становить
;
(2.7)
а при спалюванні сухого газоподібного палива, м3/м3
.
(2.8)
Дійсна кількість повітря, що надходить в топку, м3/кг (м3/м3)
,
(2.9)
де
–
коефіцієнт надлишку повітря в топці.