8. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания при сжигании двух видов топлива
При сжигании топлива в топке котла в качестве окислителя используется воздух. Зная количество воздуха необходимого для горения 1 м3 каждого горючего газа, входящего в газообразное топливо, можно определить теоретическое общее количество воздуха, необходимое для горения всех горючих элементов. Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 м3 газообразного топлива, зависит от его химического состава. Расчеты, связанные с горением газа, ведутся на 1 м3 горючего газа при нормальных условиях.
Теоретическое количество воздуха при сжигании 1м3 сухого газообразного топлива
Таблица 4 – Характеристики природного газа (Гоголево-Полтава) [1 ]
CH4 |
C2H6 |
C3H8 |
C4H10 |
C5H12 и более тяжелые |
N2 |
CO2 |
Низшая теплота сгорания сухого газа кДж/м3 |
Плотность газа при нормальных условиях, кг/м3 |
85,8 |
0,2 |
0,1 |
0,1 |
0 |
13,7 |
0,1 |
30980 |
0,789 |
Таблица 5 – Характеристики сернистого мазута [2]
WP |
AP |
SOP+K |
CP |
HP |
NP |
OP |
Низшая теплота сгорания
|
3 |
0,1 |
1,4 |
83,8 |
11,2 |
0,5 |
0,5 |
39,73 |
МДж/кг
Если известен элементарный состав рабочей массы топлива, можно теоретически определить количество воздуха, необходимого для горения топлива, и количество образующихся дымовых газов.
8.1 Определение теоретического объемов необходимого воздуха для сжигания 1 кг мазута (8.1) и 1 м3 природного газа (8.2) (данные химического состава топлива взяты из таблицы 4 и 5):
(8.1)
(8.2)
8.2 Определение теоретического объема азота в продуктах сгорания мазута, (формула 8.3) и природного газа (формула 8.4):
Объем V0H2O включает полный объем водяных паров в продуктах сгорания. Объем V0N2 состоит в основном из азота воздуха с небольшим дополнением объема азота из топлива. Для расчета объемов, соответствующих теоретическим условиям горения. Применяются следующие формулы.
(8.3)
(8.4)
8.3 Определим объем трехатомных газов при сжигании мазута (формула 8.5) и природного газа (формула 8.6):
Объём трёхатомных газов не зависит от коэффициента избытка воздуха и во всех газоходах остаётся постоянным и равен теоретическому.
Объёмные доли трёхатомных газов, равные парциальным давлениям газов при общем давлении 0,1МПа, определяются по формулам:
(8.5)
(8.6)
Влагосодержание
воздуха выражается в кг влаги на кг
воздуха. Для перевода кг воздуха в м3
необходимо умножить выражение на
плотность воздуха, а умножением на
удельный объём водяного пара
мы добиваемся перевода массовых долей
пара в объёмные.
8.4 Определим теоретический объем водяных паров мазута (формула 8.7) и природного газа (формула 8.8):
(8.7)
(8.8)
Контроль избытка воздуха на котле обычно осуществляют в двух точках газового тракта - в поворотной камере (или за конвективным пароперегревателем высокого давления) и за воздухоподогревателем (в уходящих из котла газах). Разность этих показателей характеризует долю присосов холодного воздуха в поверхностях конвективной шахты, а значение O2 в поворотной камере показывает, выдерживаются ли условия оптимального избытка воздуха в топочной камере, поскольку присосы в горизонтальном газоходе стабильны и незначительны. Прямое определение избытка воздуха в топке технически затруднительно и неудовлетворительно по точности из-за высокой температуры газов и неустойчивой аэродинамики потока.
8.5 Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе для каждой поверхности нагрева определим по формуле (8.9):
,
(8.9)
где
– коэффициент избытка воздуха перед
газоходом;
– коэффициент избытка воздуха после
газохода.
Определим избыточное количество воздуха для топки:
(8.10)
Действительный объём водяных паров увеличивается (по сравнению с теоретическим) на количество водяных паров, внесённых с избыточным воздухом:
8.6 Действительный объем водяных паров для мазута и природного газа определим по формуле (8.10):
(8.10)
8.7 Действительный суммарный объем продуктов сгорания для мазута и природного газа определим по формуле (8.11):
(8.11)
8.8 Объемные доли трехатомных газов и водяных паров, а также суммарную объемную долю определим по формулам:
(8.12)
(8.13)
(8.14)
Приведены расчеты для характеристик оставшихся поверхности нагрева производиться аналогично для мазута топки и природного газа.
Расчеты сведем в таблицу 6.
Таблица 6 – Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов, концентрация золы
Величина |
Рас-четная фор-мула |
Поверхность нагрева |
|||||
Топка |
Паропере-греватель |
Конвек-тивные пучок |
Эконо-майзер |
Воздухопо-догреватель |
|||
Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева |
– |
1,17 |
1,13 |
1,15 |
1,18 |
1,16 |
|
Средний коэффициент избытка воздуха |
9 |
1,135 |
1,115 |
1,125 |
1,14 |
1,13 |
|
Избыточное количество воздуха |
природный газ, м3/кг |
10
|
1,115 |
0,949 |
1,032 |
1,156 |
1,073 |
мазут |
1,41 |
1,202 |
1,306 |
1,463 |
1,358 |
||
Объем водяных паров |
природный газ, м3/кг |
11 |
1,749 |
1,746 |
1,748 |
1,75 |
1,748 |
мазут |
1,472 |
1,468 |
1,47 |
1,473 |
1,471 |
||
Полный объем продуктов сгорания |
природный газ, м3/кг |
12
|
10,261 |
10,093 |
10,177 |
10,302 |
10,219 |
мазут |
12,714 |
12,502 |
12,608 |
12,767 |
12,661 |
||
Объемная доля трехатомных газов |
природный газ, м3/кг |
13
|
0,085 |
0,086 |
0,085 |
0,084 |
0,085 |
мазут |
0,124 |
0,126 |
0,125 |
0,123 |
0,124 |
||
Объемная доля водяных паров |
природный газ, м3/кг |
14
|
0,17 |
0,173 |
0,172 |
0,17 |
0,171 |
мазут |
0,116 |
0,117 |
0,117 |
0,115 |
0,116 |
||
Суммарная объемная доля |
природный газ, м3/кг |
15
|
0,255 |
0,259 |
0,257 |
0,254 |
0,256 |
мазут |
0,24 |
0,243 |
0,241 |
0,239 |
0,24 |
||