МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Запорізька державна інженерна академія

В.М. Голубцов

ПАЛИВО І ОСНОВИ ТЕОРІЇ ГОРІННЯ

НАВЧАЛЬНО - МЕТОДИЧНИЙ ПОСІБНИК

для студентів денної і заочної форми навчання

напряму 6.050601 «Теплоенергетика»

Запоріжжя

2011

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЗАПОРІЗЬКА ДЕРЖАВНА ІНЖЕНЕРНА АКАДЕМІЯ

В.М. Голубцов

ПАЛИВО І ОСНОВИ ТЕОРІЇ ГОРІННЯ

НАВЧАЛЬНО - МЕТОДИЧНИЙ ПОСІБНИК

для студентів денної і заочної форми навчання

напряму 6.050601 «Теплоенергетика»

ЗАТВЕРДЖЕНО:

на засіданні кафедри ТЕ

протокол № _5__ від 16.11.2010 р.

Запоріжжя

2011 р.

Навчально - методичний посібник з курсу «Паливо і основи теорії горіння» складений відповідно до робочої програми навчальної дисципліни «Паливо і основи теорії горіння» і призначений для закріплення теоретичних знань, придбаних при прослухуванні дисципліни «Паливо і основи теорії горіння» для студентів денної і заочної форми навчання за фахом 6.050601 «Теплоенергетика».

Склав: В.М. Голубцов, д.т.н., професор

Відповідальний за випуск: завідувач кафедри Теплоенергетики Яковлєва І.Г. - д.т.н., професор.

Рецензенти:

Завідувач кафедри технології авіаційних двигунів Запорізького національного технічного університету доктор технічних наук, професор Качан Олексій Яковлевич

Кандидат технічних наук, професор кафедри теплоенергетики ЗДІА, Крючков Євген Миколайович

ЗМІСТ

ВСТУП ..........................................................................................................5

1 ПАЛИВО ............................................................................................................7

1.1 Енергетичне паливо, поняття і визначення ....................................................7

1.2 Класифікація палив...........................................................................................7

1.3 Походження палив............................................................................................8

1.4 Хімічна будова та елементарний склад палив................................................9

1.5 Теплотехнічна оцінка окремих складових палив.........................................11

1.6 Вихід летких речовин і властивості твердого горючого залишку..............14

1.7 Теплота згорання палив (Теплотворна здатність палива)...........................14

1.8 Умовне паливо, приведені характеристики палив.......................................18

1.9 Класифікація твердих палив...........................................................................19

1.10 Класифікація рідких палив...........................................................................21

1.11 Газоподібне паливо.......................................................................................21

2 ГОРІННЯ ПАЛИВ............................................................................................22

2.1 Поняття про горіння палив.............................................................................22

2.2 Основні стехіометричні рівняння повного і

неповного горіння .................................................................................................22

2.3 Визначення витрати повітря і виходу продуктів згорання .........................23

2.3.1 Визначення теоретичних об'ємів витрати повітря і виходу продуктів згорання при спалюванні кілограма твердого або рідкого

палива ...................................................................................................................23

2.3.2 Визначення теоретичних об'ємів витрати повітря і виходу продуктів згорання при спалюванні газоподібного палива ...............................................26

2.4 Розрахунок теоретичних об'ємів продуктів згорання .................................27

2.5 Розрахунок дійсної кількості повітря і продуктів згорання .......................30

2.6 Визначення дійсного об'єму димових газів .................................................31

3 ЕНТАЛЬПІЯ ДИМОВИХ ГАЗІВ .................................................................33

3.1 Температура горіння палива ..........................................................................35

3.2 Розрахунок об'ємів і ентальпії продуктів згорання паливних сумішей.....36

4 КОНТРОЛЬ ТОПКОВОГО ПРОЦЕСУ ......................................................37

4.1 Показники досконалості топкового процесу ...............................................37

4.2 Визначення СО і RO₂ в димових газах .........................................................37

4.3 Визначення коефіцієнта надлишку повітря в димових газах

по газовому аналізу ..............................................................................................42

5 КІНЕТИКА ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ ГОРІННЯ .........................................45

5.1 Закон діючих мас ............................................................................................46

5.2 Хімічна рівновага реакцій горіння, принцип

Ле-Шателье Брауна ..............................................................................................47

5.3 Закон Гесса ......................................................................................................48

5.4 Закон Кирхгофа ..............................................................................................49

6 КІНЕТИКА ЛАНЦЮГОВИХ РЕАКЦІЙ ....................................................51

6.1 Горіння водню .................................................................................................52

6.2 Горіння окислу вуглецю ................................................................................54

6.3 Горіння метану ................................................................................................54

7 ЗАЙМАННЯ ГАЗОПОВІТРЯНИХ СУМІШЕЙ ........................................56

7.1 Самозаймання .................................................................................................56

7.2. Вимушене запалення .....................................................................................57

7.3 Межі вибуховості газів ..................................................................................58

7.4 Межі вибуховості суміші газів ......................................................................59

8. ПОШИРЕННЯ ПОЛУМ'Я ...........................................................................60

8.1 Нормальне поширення полум'я .....................................................................60

8.2 Визначення нормальної швидкості поширення полум'я

методом Гюї - Міхельсона....................................................................................61

8.3 Метод визначення нормальної швидкості поширення

полум'я в трубах ………………………………………………………………...63

8.4 Поширення полум'я в турбулентному потоці ..............................................64

8.5 Стійкість полум'я в ламінарному потоці ......................................................65

9 МЕТОДИ СПАЛЮВАННЯ ГАЗА ................................................................68

9.1 Класифікація пальників .................................................................................69

9.2 Пальники з незавершеним повним попереднім змішенням газу

з повітрям ..............................................................................................................72

10 СПАЛЮВАННЯ РІДКОГО ПАЛИВА ......................................................75

10.1 Механізм горіння рідкої краплі ...................................................................76

10.2 Форсунки для розпилювання мазуту ..........................................................76

10.3 Особливості спалювання мазуту з ванадієвими і

сірчистими домішками .........................................................................................79

11 ГОРІННЯ ТВЕРДОГО ПАЛИВА ...............................................................80

11.1 Схема горіння вуглецю ................................................................................80

11.2 Особливості спалювання натурального твердого палива ........................83

12 СХЕМИ ОРГАНІЗАЦІЇ ТОПКОВОГО ПРОЦЕСУ ...............................83

12.1 Шаровий процес............................................................................................84

12.2 Процес в киплячому шарі.............................................................................85

12.3 Циклонний процес.........................................................................................85

12.4 Факельний процес.........................................................................................86

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ............................................................................87

ВСТУП

Сучасне людство в своїй повсякденній діяльності використовує велику кількість теплової енергії. Виражається це у виробництві електричної енергії, гарячої води і пари, в металургійних процесах.

Основним джерелом здобуття теплової енергії є палива, які містять вуглець а споживачами її є теплові електростанції, опалювальні котельні, різного роду печі, металургійні і теплотехнічні установки.

Паливо є основою життя і діяльності людини в сучасному суспільстві.

Запаси енергетичного палива за даними МІРЕК:

Енергетичні палива: трильйонів тонн умовного палива (т.у.п.):

нафта	7 %
сланці і бітумна нафта	9 %
природний газ	5 %
вугілля	80 %
витрати за 1980 р.	10 млрд. т.у.п.
прогноз на 2020 р.	млрд. т.у.п.

Вага ядерного палива із загальної кількості виробленої енергії:

1978 р. — 2 %;

2000 р. — 8 %;

2020 р. — 13 %.

Запаси енергії, млрд. т.у.п.:

- ядерне паливо (уран, торій) -

- термоядерне паливо (дейтерій) -

- геотермальної— 500;

- енергія Сонця (у рік) -

По Україні:

Донецький басейн: у Луганській області вугілля всіх марок.

Львівсько-Волинський вугільний басейн: Волинське і Міжріченське родовища (вугілля марки Г).

Природний газ: Дашавське, Щебелінське (газопровід Щебелінка- Дніпропетровськ) родовища, родовище в Гогольово (газопровід Гогольово-Полтава).

Використовуються гази доменних і коксових печей.

Загальна потреба України в паливно-енергетичних ресурсах складе в 2010 році 326,1 млн. т.у.п., тоді як в 1994 році виробіток склав 244,5 млн. т.у.п. Необхідно збільшити вироблення на 33,4 %.

У 2010 році буде вироблено 415 Гкал теплової енергії, тоді як в 1994 році було вироблено 380,8 Гкал.

По вугіллю: планувалося реконструювати 46 шахт і закласти 20 нових і один вугільний розріз. Прогноз видобутку вугілля: у 2010 р. — 170 млн. т.у.п.

По нафті і газу: за рахунок шлейфу Чорного і Азовського морів планується збільшити видобуток нафти і газу в їх акваторіях.

По вжитку: зменшити використання котельно-пічного палива за рахунок збільшення вжитку вугілля, у зв'язку з чим намічається понизити використання газу на 32,4 % .

Імпорт первинних паливних ресурсів для власного вжитку знизиться на 38 % в порівнянні з 1990 р. Імпорт вугілля в 1990 р. склав 21,2 млн. т.у.п., після 2005 р. - не передбачається. Вжиток нафти зменшиться з 42 млн. тонн (1990 р.) до 39 млн. тонн (2010), а природного газу з 88 млрд. м³ (1990 р.) до 45 млрд. м³ (2010 р.). Дані взято з Національної енергетичної програми України до 2010 року.