- •Кафедра эксплуатации судовых энергетических установок
- •Судовые паровые котлы
- •Введение
- •Предисловие
- •Глава 1. Назначение, принцип действия и устройство судовых паровых котлов
- •1.1. Назначение, принцип действия и место парового котла в составе судовой энергетической установки
- •1.2. Классификация и основные характеристики паровых котлов
- •1.3. Общее устройство котлов
- •Глава 2. Топливо и продукты сгорания
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Состав и рабочая масса топлива
- •2.3. Теплота сгорания топлива
- •2.4. Характеристики жидкого топлива
- •2.5. Прием, хранение и сжигание топлива
- •2.6. Общие сведения о горении топлива
- •2.7. Теоретически необходимое количество воздуха для горения топлива
- •2.8. Расчет объемов продуктов сгорания топлива
- •2.9. Энтальпия продуктов сгорания
- •2.10. Организация топочного процесса
- •2.11. Принцип действия и конструкции форсунок и воздухонаправляющих устройств
- •2.12. Дистанционное управление топочным устройством
- •Глава 3. Эффективность использования теплоты топлива и основы теплового расчета парового котла
- •3.1. Тепловой баланс парового котла
- •3.2. Полезно используемая теплота и к. П. Д. Парового котла
- •3.3. Тепловые потери
- •3.4. Теплообмен в паровом котле
- •3.5. Пример теплового расчета вспомогательного парового котла
- •Последовательность выполнения теплового расчета вспомогательного котла
- •Средние изобарные объемные теплоемкости воздуха и газов
- •К определению энтальпии продуктов сгорания
- •Глава 4. Основы аэро- и гидродинамики паровых котлов
- •4.1. Аэродинамика потока в газовоздушном тракте
- •4.2. Определение аэродинамических сопротивлений при движении воздуха и газов
- •4.3. Определение мощности котельного вентилятора
- •4.4. Естественная циркуляция
- •4.5. Основы и методика расчета циркуляции
- •4.6. Показатели надежности циркуляции
- •Глава 5. Водный режим паровых котлов
- •5.1. Водоподготовка
- •Показатели качества воды для судовых паровых котлов
- •5.2. Методы предотвращения накипеобразования и коррозии
- •Глава 6. Материалы и основы расчета прочности паровых котлов
- •6.1. Выбор материала котлов
- •6.2. Расчет прочности основных элементов парового котла
- •Глава 7. Конструкция основных элементов паровых котлов
- •7.1. Корпус парового котла
- •7.2. Пароперегреватели, экономайзеры, пароохладители, воздухоподогреватели, сажеобдувочные устройства
- •7.3. Каркас, обшивка, опоры парового котла
- •7.4. Арматура и контрольно-измерительные приборы
- •Глава 8. Теплотехнические испытания и обслуживание паровых котлов
- •8.1. Цель и виды теплотехнических испытаний
- •8.2. Обслуживание паровых котлов
- •8.3. Основные неисправности и средства защиты паровых котлов
- •8.4. Техника безопасности при обслуживании паровых котлов
- •Библиографический список
- •Предметный указатель
- •Оглавление
- •Судовые паровые котлы
2.6. Общие сведения о горении топлива
Горением называется химический процесс соединения топлива с окислителем, сопровождающийся выделением большого количества теплоты и резким повышением температуры реагирующих веществ. В процессе горения горючие элементы топлива углерод С, водород Н и сера S соединяются с окислителем, то есть окисляются. Окислителем служит кислород воздуха О. В процессе окисления образуются конечные газообразные продукты окисления СО2, Н2О и SO2. При этом химически связанная энергия переходит в тепловую.
Горение может быть полным, когда горючие элементы топлива окисляются полностью до конечных продуктов окисления, и неполным, когда часть углерода топлива окисляется не полностью, и в продуктах сгорания дополнительно появляется продукт неполного окисления углерода – окись углерода СО. Явление химической неполноты горения топлива называется химическим недожогом.
Расчет процесса горения сводится к определению объема воздуха, необходимого для окисления горючих элементов топлива, и образующихся объемов газообразных продуктов сгорания – дымовых газов.
2.7. Теоретически необходимое количество воздуха для горения топлива
Подсчитаем количество воздуха, необходимого для полного сгорания топлива, пользуясь уравнениями химических реакций окисления горючих элементов топлива кислородом воздуха.
Пусть в 1 кг рабочей массы топлива содержится %,% и% горючих элементов. Рассчитаем количество кислорода, необходимое для их сжигания. Исходная формула для определения количества кислорода, требуемого для сжигания углерода с образованием углекислого газа, имеет вид
. |
(2.4) |
Поскольку атомная масса углерода равна 12, а молекулярные массы кислорода и углекислого газа соответственно равны 32 и 44, то равенство (2.4) можно переписать так
12 кг (С) + 32 кг (О2) = 44 кг (СО2). |
(2.5) |
Следовательно, для сгорания 1 кг углерода необходимо 32/12 или 2,67 кг кислорода. В нашем случае в 1 кг топлива содержится /100 кг углерода. Поэтому для его сжигания потребуется кислорода, кг/кг,
. |
Аналогичный расчет по уравнениям горения водорода
; |
(2.6) |
2 кг () + 16 кг (О) = 18 кг () |
(2.7) |
показывает, что для сжигания 1 кг водорода требуется 16/2 или 8 кг кислорода, а для сжигания Нр/100 кг водорода, содержащихся в 1 кг топлива, требуется кислорода, кг/кг,
. |
Расчет по уравнениям горения серы
; |
(2.8) |
32 кг (S) + 32 кг () = 64 кг () |
(2.9) |
показывает, что для сжигания 1 кг серы требуется 32/32 или 1 кг кислорода, а для сжигания кг серы требуется кислорода, кг/кг,
. |
Для полного сжигания 1 кг рабочей массы топлива количество теоретически необходимого кислорода можно определить как сумму за вычетом кислорода , содержащегося в самом топливе, а именно, кг/кг,
. |
В сухом воздухе содержание кислорода по массе составляет 23,2%. Поэтому масса сухого воздуха, теоретически необходимого для сжигания 1 кг топлива, равна, кг/кг,
или
. |
(2.10) |
Если величину разделить на плотность сухого воздуха при нормальных условиях р, кг/м3, то получим теоретически необходимое количество воздуха в м3/кг
. |
(2.11) |
Здесь = 1,293 кг/м3 – плотность сухого воздуха при нормальных условиях, то есть при давлении 0,1012 МПа (760 мм рт. ст.) и температуре 0°С.
В формулах (2.10) и (2.11) элементы Ср, Sp и Нр выражены в процентах по массе топлива. Для мазута = 10,6 м3/кг, то есть для полного сжигания 1 кг мазута требуется 10,6 м3 сухого воздуха.