книги из ГПНТБ / Основы теплотехники и гидрогазодинамики учеб. пособие

лива.

В соответствии с этим каждое топливо имеет своп тепловой, эк­ вивалент, определяемый по уравнениям:

ПРОЦЕСС ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

Горение — процесс химического соединения горючих элементов топлива с кислородом воздуха, сопровождающийся интенсивным выделением тепла п световым излучением. Если горение происхо­ дит при теоретически необходимом для окисления топлива количе­ стве кислорода (стехиометрическое соотношение) или при его из­ бытке, то оно называется полным. Если имеет место недостаток кислорода горение будет неполным.

Относительный состав горючей смеси характеризуется коэффи­ циентом избытка воздуха, который представляет собой отношение количества воздуха, действительно участвующего в сгорании, к тео­ ретическому количеству воздуха, необходимому для полного окис­ ления горящего топлива.

Таким образом,

370

В конечном итоге процесс сгорания топлива описывается тер­ мохимическими реакциями окисления его отдельных горючих ком­ понентов, как-то: углерода, водорода, летучей серы и окиси угле­ рода в газообразных топливах. В весовых у мольных выражениях эти реакции можно представить следующим образом.

— Окисление углерода при полном сгорании

ккал С -[- 0 2-> С 02+ 96 600 моль С

Тогда для 1 кг углерода

ккал

1 кг С + 2,67 кг О, -> 3,67 кг СО, + 8050 кг С ’

ккал

4 кг Н2 + 32 кг 0 2 -> 36 кг Н,0 -(- 2 X 57 700 2 моля Н.,

372

РАС ЧЕТЫ ГО РЕНИЯ ТО ПЛИВА

Теоретическое количество воздуха для горения

Теоретически необходимое количество воздуха для полного сго­ рания топлива определяется на основе химических реакции окис­ ления горючих компонентов. Если обозначить содержание в 1 кг топлива углерода С%, водорода через Н%, серы через SPj, % и кислорода Ор %, то необходимое для полного окисления 1 кг топ­ лива количество кислорода определяется уравнением

Так как в воздухе содержится по массе только 23% кислорода, то количество воздуха, теоретически необходимое для полного сго­ рания 1 кг твердого и жидкого топлива, определяется так:

2,67СР + 8НР + SPj, — Ор

Разделив последнее выражение на плотность воздуха при нор­

мальных физических условиях ^р0 = 1,293 ^3Г j , получим выра­

жение для теоретического расхода воздуха в объемных единицах

+ 0,265НР - 0,03330р м-° воздУха .

кг топлива

При выражении количества воздуха в молях на 1 кг топлива

373

где 21— объемное содержание кислорода в воздухе, %.

Действительное количество воздуха

Вследствие несовершенства процесса горения для полного сго­ рания топлива требуется некоторый избыток воздуха против тео­ ретически необходимого. Этот избыток учитывается коэффициен­ том избытка воздуха а и зависит от способа сжигания и вида топ­ лива. качества смешения топлива с воздухом и ряда других факто­ ров. В соответствии с определением коэффициента избытка возду­ ха действительное количество воздуха будет равно:

— при выражении расхода воздуха в массовых единицах

кг воздуха

(13.13)

кг топлива ’

— при выражении расхода воздуха в объемных единицах

Коэффициент избытка воздуха в передвижных паровых котлах в зависимости от конструкции котла, вида топлива, способа сжи­ гания и т. д. колеблется в диапазоне а =1,03—1,3 и в отдельных конструкциях до 1,8.

Состав и количество продуктов сгорания топлива

При полном сгорании топлива продукты сгорания содержат СОг, SO2, Ог, N2 и НгО, поэтому масса продуктов сгорания бу­ дет равна

В соответствии с уравнениями термохимических реакций окис­ ления горючих компонентов топлива

Grn —0,0367СР КГ С° 2------

кг топлива

или в молях

С молей С 02 ■^со. ~ 12•100 кг топлива

374

375

Глава 14. ПЕРЕДВИЖНЫЕ ПАРОВЫЕ КОТЛЫ ППК

КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

Паровые котлы, котельные агрегаты в целом являются теплообменнымн ycTpoficTBaMii для производства пара. Стационарные н пе­

номерной нагрузки. Они могут быть жаротрубными, с дымогар­ ными трубами пролетного (паровозы) или оборотного (судовые) типа и комбинированными;

— водотрубные — котлы для равномерной нагрузки с внеш­ ним обогревом кипятильных труб. Различают горизонтально водо­ трубные с углом наклона труб до 15° и вертикально водотрубные;

многократной циркуляцией и с принудительной однократной цир­ куляцией.

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

В общем случае котельные установки включают следующие основные элементы: топочное устройство, котел, пароперегрева­ тель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, тягодутьевые и питательные устройства, трубопроводы, котельную арматуру, приборы теплового контроля и др.

Топочным устройством или топкой называется часть котельного агрегата (камера), предназначенная для сжигания топлива с целью получения высоконагретых продуктов сгорания с одновременной передачей части тепла газов поверхностям нагрева, расположен­ ным в области горения.

Топочное устройство включает приспособления для подачи жид­ кого топлива в распыленном виде, подвода воздуха, удаления оча­ говых остатков.

Таким образом, топочное устройство является как топливосжи­ гающим, так и теплообменным аппаратом, воспринимающим в со­ временных котлах до 50% тепла, выделенного в топке и передан­ ного излучением поверхностям нагрева.

Котел — герметичный сосуд для производства пара, является основным теплообменником, в котором происходит превращение воды в насыщенный пар. В современных передвижных паровых котлах комбинированного типа испарительная поверхность нагре­ ва котла образована жаровой трубой, кипятильными трубами с различным их расположением в виде пучков и отдельных труб, кол­ лекторов, экранов с использованием в некоторых конструкциях ба­ рабанов в циркуляционных контурах. Корпус котла в ППК сна-

377

ружп покрывается слоем изоляционного материала н облицовы­ вается стальным кожухом.

Пароперегреватель в котельных установках представляет собой теплообменный аппарат (система параллельно включенных труб небольшого диаметра), предназначенный для перегрева насыщен­ ного пара с целью повышения экономичности использования топ­ лива.

Водяной экономайзер служит для подогрева питательной воды перед ее поступлением в испарительную часть котла путем исполь­ зования тепла уходящих газов. Этим повышается общая паропропзводптельность п к. п.д.,а также достигается более устойчивое давление пара в котле.

Воздухоподогреватели (в основном в стационарных котельных установках) служат для подогрева поступающего в топку воздуха, за счет теплоты уходящих газов с целью улучшения процесса горе­ ния в топке.

Тягодутьевые устройства (дымовая труба, дутьевые вентиля­ торы, дымососные установки, паровые сифоны) служат для подачи воздуха в топку п для продвижения продуктов сгорания по котель­ ным газоходам.

Питательные устройства служат для подачи воды в котельный агрегат. Для питания передвижных паровых котлов используются ручные, приводные п паровые насосы, пароструйные инжекторы. Первоначальное заполнение передвижного котла водой произво­ дят обычно ручным насосом, последующее питание — инжектором, паровым прямодействующим или приводным насосом. ППК, рас­ считанные на рабочее давление не свыше 3 атм п паропропззоднтельность до 100 кг/ч, снабжаются одним ручным насосом.

все приборы, необходимые для правильной н безопасной работы передвижного парового котла, как-то: манометр, водоуказатель­ ное стекло, водопробные краны, предохранительные клапаны, спускные вентили п т. п.

В качестве примера конструкции современного передвижного парового котла на рис. 14.1 показана конструктивная схема наибо­ лее распространенного в войсках комбинированного котла типа РИ (конструкторы Рябов и Игиаточкпн). В котле поверхность нагрева образована огневой коробкой (жаровой трубой) 3, омываемой во­ дой в пространстве между корпусом 1 котла, поперечными 6 п про­ дольными 7 кипятильными трубами, дымогарными трубами 14 водоподогревателя (водяного экономайзера). Топочные газы восхо­ дящим потоком омывают переднюю часть жаровой трубы и распо­ ложенные в этой части кипятильные трубы. Затем нисходящим по­ током (по направлению стрелок на рис. 14.1) омывают заднюю часть жаровой трубы и расположенные в ней кипятильные трубы. Дымовые газы из жаровой трубы котла поступают в пучок дымо-

3 7 8

с и ф о н ; 27— п л о с к о е в о д о у к а з а т с л ь н о е с т е к л о ; 28—м а н о м е т р ; 29, J P - п р о б н ы е к р а н ы ; 31— с п у с к н о й в е н т и л ь ; 32—д в а п р у ж и н н ы х п р е д о х р а н и т е л ь н ы х к л а п а н а .

гарных труб 14 водяного экономайзера и через дымовую трубу 22 удаляются наружу. Для усиления тяги— преодоления сопротивле­ ний газового тракта в патрубке дымового конуса 21 установлен па­ ровой сифон 26. Питательная вода подается в водоподогреватель ручным насосом (перед растопкой) или инжектором (во время ра­ боты котла).

На рис. 14.2 изображен паровой прямодействующпй насос НП-63; применяемый для питания водой передвижных паровых кот­ лов типа 400-М. Этот насос приводится в движение непосредствен­ но от паровой машины (поршни водяного насоса п паровой маши­ ны расположены на одном штоке). На рисунке стрелками показа­ ны направления подвода и отвода пара и воды. Расход пара на по­ дачу воды паровым поршневым насосом составляет 3—5% произ­ водительности котла. Давление пара 3 кг/см2, производительность насоса 2700 л/ч.

•379