§ 1.2. Характеристики топлива

Теплота сгорания топлива. Теплотой сгорания топлива назы­вают количество теплоты в кДж, выделяемой при полном сгора­нии 1 кг твердого (жидкого) или 1 м³ газообразного топлива.

Для твердого и жидкого топлива различают теплоту сгорания высшую Q_в (кДж/кг) и низшую Q_н (кДж/кг).

Величины высшей и низшей теплоты сгорания рабочей, горю­чей и сухой массы твердого (жидкого) топлива связаны выраже­ниями:

Q=Q+225Н^р+25W^p; (1.9 )

Q=Q+225Н^г; (1.10)

Q=Q+225Н^с. (1.11)

Тепловые расчеты котлов выполняют, пользуясь низшей теп­лотой сгорания рабочей массы топлива:

низшая теплота сгорания (кДж/кг) рабочей массы твердого и жидкого топлива

Q=338C^p+1025H^p-108,5(O^p-S)-25W^p, (1.12)

где С^р, Н^р, О^р, S, W^p — содержание элементов в рабочей массе топлива, %;

низшая теплота сгорания (кДж/м³) газообразного топлива

Q=108H₂ + 126CO + 234H₂S + 358CH₄ + 591C₂H₄ + 638C₂H₆+860С₃Н₆ + 913С₃Н₈ + + 1135С₄Н₈+1187С₄Н₁₀+1461С₅Н₁₂+ 1403C₆H₆, (1.13)

где Н₂, СО, H₂S, СН₄, С₂Н₄ и т. д. — объемное содержание газов, входящих в состав газообразного топлива, %.

При пересчете низшей теплоты сгорания пользуются следу­ющими формулами:

с горючей массы на рабочую и обратно

(1.14)

(1.15)

с сухой массы на рабочую и обратно

(1.16)

(1.17)

для горючих сланцев — с горючей массы на рабочую и об­ратно

(1.18)

(1.19)

при изменении влажности

(1.20)

Для смеси двух твердых, жидких или газообразных топлив низшая теплота сгорания определяется по формуле

, (1.21)

где b₁ — массовая доля одного из топлив в смеси; — низшая теплота сгорания первого вида топлива в смеси, кДж/кг (кДж/м³); — низшая теплота сгорания второго вида топлива, кДж/кг (кДж/м³).

Для сравнения тепловой ценности различных видов топлива пользуются понятием условного топлива. Условным топливом называют такое топливо, теплота сгорания которого равна 29 300 кДж/кг.

Пересчет расхода натурального топлива на условное осущест­вляется по формуле

В_у=ВЭ, (1.22)

где В_у и В — соответственно расход условного и натурального топлива, кг, кг/с; Э — тепловой эквивалент топлива, определя­емый по формуле

Э=/29 300. (1.23)

Зольность, влажность и сернистость топлива. При рассмотре­нии условий работы котлов на различных видах топлива пользу­ются приведенными величинами зольности А_пр влажности W_np и сернистости S_пр, топлива:

приведенная зольность топлива, кг·%/МДж,

А_пр=А^р/; (1.24)

приведенная влажность топлива, кг·%/МДж,

W_пр=W^р/; (1.25)

приведенная сернистость топлива, кг·%/МДж,

S_пр=/; (1.26)

Задача 1.9. Определить низшую и высшую теплоту сгорания рабочей массы челябинского угля марки БЗ состава: С^р=37,3%; Н^р=2,8%; =l,0%; N^p=0,9%; О^р=10,5%; А^р=29,5% и W^p=18,0%.

Ответ: =13997 кДж/кг; =15077 кДж/кг.

Задача 1.10. Определить низшую и высшую теплоту сгорания рабочей массы кузнецкого угля марки Д, если состав его горючей массы: C^г=78,5%; Н^г=5,6%;с S=0,4%; N^г=2,5%; О^г=13,0%. Зольность сухой массы А^с=15,0% и влажность рабочая W^р=12,0%.

Решение: Пользуясь коэффициентами пересчета (табл. 1.1), определяем зольность рабочей массы топлива

и состав рабочей массы:

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, по фор­муле (1.12),

Q = 338C^p+1025H^p-108,5(O^p-S)-25W^p=338·58,7+1025·4,2-108,5(9,7-0,3)-25·12= =22 825 кДж/кг.

Высшая теплота сгорания, по формуле (1.9),

Q=Q+225Н^р+25W^p=22825+225·4,2+25·12,0=24 070 кДж/кг.

Задача 1.11. Определить низшую теплоту сгорания рабочей и сухой массы донецкого угля марки Г, если известны его низшая теплота сгорания горючей массы Q=33170 кДж/кг, зольность сухой массы А^с=25,0% и влажность рабочая W^p= 8,0%.

Ответ: Q=22024 кДж/кг; Q=24157 кДж/кг.

Задача 1.12. Определить низшую теплоту сгорания горючей и сухой массы кузнецкого угля марки Т, если известны его низшая теплота сгорания рабочей массы Q=26180 кДж/кг, зо­льность сухой массы А^c= 18,0% и влажность рабочая W^p = 6,5%.

Ответ: Q=34345 кДж/кг; Q=28174 кДж/кг.

Задача 1.13. Определить высшую теплоту сгорания горючей и сухой массы кизеловского угля марки Г, если известны следу­ющие величины: Q=l9680 кДж/кг; Н^р=3,6%; A^р=31,0%; W^p=6,0%.

Ответ: Q=21 961 кДж/кг; Q=32635кДж/кг.

Задача 1.14. Определить низшую и высшую теплоту сгорания рабочей массы ленинградских сланцев, если известны следующие величины: Q=36848 кДж/кг; Н^р=2,7%; A^р=46,0%; W^p=11,5% и (СО₂)=16,4%.

Ответ: Q= 9337 кДж/кг; Q=10 232 кДж/кг.

Задача 1.15. Определить низшую и высшую теплоту сгорания горючей массы высокосернистого мазута, если известны следующие величины: Q=38772 кДж/кг; Н^р=10,4%; А^р=0,1% W^p=3,0%.

Решение: Содержание водорода в горючей массе определяем, пользуясь коэффициентом пересчета (табл. 1.1):

Низшая теплота сгорания горючей массы топлива, по формуле (1.15),

кДж/кг.

Высшая теплота сгорания, по формуле (1.10),

Q=Q+225Н^г=40090+225·10,7 = 42497 кДж/кг.

Задача 1.16. Определить низшую теплоту сгорания сухо природного газа Саратовского месторождения состава: СО₂=0,8%; СН₄=84,5%; С₂Н₆=3,8%; С₃Н₈=1,9%; С₄Н₁₀=0,9%; С₅Н₁₂=0,3%; N₂=7,8%.

Ответ: Q=35799 кДж/м³.

Задача 1.17. Определить низшую теплоту сгорания рабочей массы челябинского угля марки БЗ состава: С^р=37,3%; Н^р=2,8%; S=1,O%; N^p=0,9%; О^р=10,5%; A^р=29,5%; W^p=18%, — при увеличении его влажности до W^p=20%.

Ответ: Q=13542 кДж/кг.

Задача 1.18. В топке котла сжигается смесь, состоящая из 3·10³ кг кузнецкого угля марки Д и 7·10³ кг кузнецкого угля марки Т. Определить низшую теплоту сгорания смеси, если известно, что низшая теплота сгорания угля марки Д составляет Q=22825 кДж/кг, а угля марки Т — Q=26180 кДж/кг. .

Ответ: Q=25174 кДж/кг.

Задача 1.19. Определить высшую теплоту сгорания рабочей массы, приведенную влажность, приведенную зольность, приве­денную сернистость и тепловой эквивалент подмосковного угля марки Б2 состава: С^р=28,7%; Н^р=2,2%; S=2,7%; N^p=0,6%; О^p=8,6%; A^p=25,2%; W^p=32%.

Решение: Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, по формуле (1.12),

Q=338C^p+1025Н^р-108,5 (O^p-S)-25W^p=338·28,7+1025·2,2-108,5(8,6-2,7)-25·32= =10516 кДж/кг.

Высшая теплота сгорания рабочей массы топлива, по фор­муле (1.9),

Q=Q+225H^p+25W^p=10516 + 225·2,2+25·32=11811 кДж/кг.

Приведенная влажность топлива, по формуле (1.25),

W_np=W^p/Q= 32/10,516 = 3,04 кг· %/МДж.

Приведенная зольность топлива, по формуле (1.24),

A_пр=A^р/Q=25,2/10,516 = 2,39 кг·%/МДж.

Приведенная сернистость топлива, по формуле (1.26),

S_np=S^p/Q=2,7/10,516 = 0,257 кг·%/МДж.

Тепловой эквивалент топлива, по формуле (1.23),

Э=Q/29300=10516/29300=0,36.

Задача 1.20. Определить высшую теплоту сгорания рабочей массы, приведенную влажность, приведенную зольность, приве­денную сернистость и тепловой эквивалент донецкого угля марки А, если известны следующие величины: Q=22625 кДж/кг; Н^р=1,2%; S=l,7%; А^р=22,9%; W^p=8,5%.

Ответ: Q=23107,5 кДж/кг; W_np=0,375 кг·%/МДж; A_np=1,01 кг·%/МДж; S_np=0,075 кг·%/МДж; Э = 0,77.

Задача 1.21. Определить приведенную влажность, приведен­ную зольность и приведенную сернистость донецкого угля марки Т состава: С^p=62,7%; Н^р=3,1%; S=2,8%; N^p=0,9%; O^p=l,7%; A^р=23,8%; W^p=5%.

Ответ: W_np=0,203 кг·%/МДж; A_np=0,966 кг·%/МДж; S_np=0,114 кг·%/МДж.

Задача 1.22. Определить приведенную влажность, приведенную зольность и тепловой эквивалент челябинского угля марки БЗ, если известен, состав его горючей массы: С^г=71,1%; H^г=5,3%; S=l,9%; N^г=l,7%; О^г=20,0%; зольность сухой мас­сы А^с=36% и влажность рабочая W^р=18%.

Ответ: W_nр=1,286 кг·%/МДж; А^р=2,107 кг·%/МДж; Э=0,48.

Задача 1.23. На складе котельной имеется 60·10³ кг ангренского угля марки Б2, состав которого по горючей массе: C^г=76,0%; H^г=3,8%; S=2,5%; N^г=0,4%; О^г=17,3%; зольность сухой массы А^с=20,0% и влажность рабочая W^р=34,5%. Опреде­лить запас угля на складе в кг условного топлива.

Ответ: В_у=28315 кг.

Задача 1.24. Для котельной, в которой установлены котлы с различными топками, подвезено 50·10³ кг донецкого угля мар­ки Т состава: С^р= 62,7%; Н^р=3,1%; S=2,8%; N^p=0,9%; O^p=1,7%; А^р=23,8%; W^р=5,0%, и 60·10³ кг донецкого угля марки А состава: С^р=63,8%; Н^р=1,2%; S=l,7%; N^p=0,6%; O^p=l,3%; А^р=22,9%; W^p=8,5%. Определить время работы топок, если известно, что топки, работающие на угле марки Т, расходуют 2·10³ кг/ч условного топлива, а топки, работающие на угле марки А, — 2,3·10³ кг/ч условного топлива.

Решение: Низшая теплота сгорания рабочей массы донец­кого угля марки Т, по формуле (1.12),

Q=338C^p+1025H^p-108,5(O^p-S)-25W^p=338·62,7+1025·3,1-108,5(1,7-2,8)-25·5,0= =24365 кДж/кг.

Масса условного топлива, соответствующая 50·10³ кг донец­кого угля марки Т, по формуле (1.22);

B_y1=B₁Э=В₁Q/29300=50·10³-24365/29300=41,6·10³ кг.

Определяем время работы топок на донецком угле марки Т: τ₁=В_у1/(2·10³)=41,6103/(2·10³) =20,8 ч.

Низшая теплота сгорания рабочей массы донецкого угля мар­ки А, по формуле (1.12),

Q=338С^р+1025Н^р-108,5(O^p-S)-25W^p=338·63,8+1025·1,2-108,5(1,3-1,7)-25·8,5= =22625 кДж/кг.

Масса условного топлива, соответствующая 60·10³ кг донец­кого угля марки А, по формуле (1.22),

B_y2=B₂Q/29300=60·10³-22625/29300=46,3·10³ кг.

Находим время работы топок на донецком угле марки А:

τ₂=B_у2/(2,3·10³)=46,3·10³/(2,3·10³)=20,1 ч.

Задача 1.25. Две котельные установки одинаковой произво­дительности работают на различных видах топлива. Первая из них сжигает 10·10³ кг/ч кузнецкого угля марки Т состава: С^р=68,6%; Н^р=3,1%; S=0,4%; N^p=l,5%; О^р=3,1%; A^р=16,8%; W^p=6,5%. Вторая расходует 6·10³ кг/ч кузнецкого угля марки Д состава: C^p=58,7%; Н^р=4,2%; S=0,3%; N^p=l,9%; О^р=9,7%; A^p=13,2%; W^p=12,0%. Определить, какому количест­ву условного топлива эквивалентен часовой расход топлива в установках.

Ответ: B_y1=9000 кг/ч; В_у2=4674 кг/ч.

Задача 1.26. В котельной за 10 ч сжигается 10⁶ кг донецкого угля марки Г состава: С^p=55,2%; Н^р=3,8%; S=3,2%; N^p=1,0%; О^р=5,8%; А^р=23,0%; W^p=8,0%. Определить часовую потребность котельной в условном топливе.

Ответ: В_у=15170 кг/ч.