1.3.2. Горение топлива и эффективность его использования

[1], с. 33…54; [2], с. 30…40; [3], с. 64…69; [6], с. 48…70; [8], с. 115…139

Материальный баланс процесса горения. Коэффициенты расхода (избытка) воздуха. Определение расхода кислорода и воздуха для горения. Состав и объем продуктов сгорания. Основное уравнение горения. Уравнение неполного горения.

Тепловой баланс процесса горения. Энтальпия воздуха и продуктов сгорания. Диаграмма энтальпия - температура. Диссоциация продуктов сгорания. Теоретическая и действительная температуры горения.

Гомогенное и гетерогенное горение. Скорость реакции горения. Зависимость реакции горения от температуры, давления, состава горючей смеси. Самовоспламенение и воспламенение горючей смеси.

Смесеобразование, молекулярная и турбулентная диффузии в потоках. Кинетическая, диффузионная и промежуточная области горения. Распространение пламени в топливовоздушных потоках. Интенсивность выгорания топлива.

Организация сжигания газов. Диффузионное и кинетическое горение. Ламинарный и турбулентный факелы. Срыв, отрыв и проскок пламени. Излучение газового факела.

Организация сжигания жидкого топлива. Основные стадии процесса. Влияние физико-химических и аэродинамических факторов на процесс горения. Интенсификация сжигания жидкого топлива.

Организация сжигания твердого топлива. Стадии горения. Влияние влажности, зольности и выхода летучих на процесс горения. Горение в слое, факеле, вихре, кипящем слое. Пути интенсификации сжигания твердого топлива.

Общее уравнение теплового баланса котла. Располагаемая теплота. Теплота, затраченная на производство пара. Составляющие потерь теплоты и их анализ. Методы определения химического и механического недожогов. Определение присосов в газоходах котла. Влияние коэффициента избытка воздуха на потери теплоты. Определение расхода топлива. Методы определения коэффициента полезного действия (КПД) котла. Основы проведения балансовых испытаний парового котла.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите экзотермические и эндотермические реакции, протекающие при горении топлива.

2. Что такое энергия активации? Как она влияет на скорость горения и состав дымовых газов?

3. Приведите основные зависимости, характеризующие интенсивность горения.

4. Перечислите температурные и концентрационные условия, при которых происходит горение.

5. Приведите график определения температур воспламенения, горения и потухания при заданной температуре поверхности теплоотвода и поясните его.

6. Поясните, что такое период индукции. Как происходит воспламенение микрообъемов горючей смеси? Что понимается под полным и неполным горением?

7. Поясните механизм горения газовых топлив.

8. Поясните механизм горения жидких топлив.

9. Поясните механизм горения твердого топлива.

10. Чем определяется общая скорость горения? Поясните механизм переноса СО₂ и О₂ при горении частицы.

11. Что такое кинетическая, диффузионная и переходная области горения? Выделите эти области факела в топке.

12. Поясните механизм воспламенения топливно-воздушной смеси в топке. Что такое фронт горения?

13. Каким образом можно интенсифицировать процесс воспламенения? - стабилизировать процесс горения?

14. Охарактеризуйте зоны топочной камеры: зону ядра факела, зону догорания. Что такое условная длина факела?

15. Как изменяются геометрические и температурные характеристики факела относительно высоты топки при изменении характеристик топлива (теплоты сгорания, влажности, зольности, выхода летучих), вида топлива (твердого, жидкого, газообразного), расхода топлива, окислителя?

16. Перечислите основные компоненты дымовых газов.

17. Что такое коэффициент избытка воздуха? Каково его влияние на экономичность работы котла? Как он определяется по анализу продуктов сгорания работающего котла?

18. Рассчитать объем газов, образующихся при сжигании 1 кг углерода.

19. Рассчитать объем воздуха, необходимого для сжигания 1 кг водорода.

20. Каково отличие действительного объема продуктов сгорания от теоретического?

21. Каков порядок расчета энтальпии продуктов сгорания? Изобразите диаграмму энтальпия - температура продуктов сгорания при разных коэффициентах избытка воздуха.

22. Поясните механизм образования токсичных веществ в дымовых газах.

23. Приведите классификацию вредных веществ в дымовых газах по степени воздействия на организм человека.

24. Опишите методы снижения выбросов вредных веществ.

25. Перечислите основные факторы эффективного использования топлива в паровом котле.

26. Напишите уравнение теплового баланса котла и дайте характеристику каждой его составляющей.

27. Выведите уравнение обратного баланса.

28. Напишите три уравнения КПД котла: по прямому балансу, методом обратного баланса и через энтальпии дымовых газов.

29. Напишите и поясните выражения для расчета расхода топлива В и В_р.

30. Напишите и поясните выражение КПД (нетто) котельной установки.

31. Приведите анализ потерь теплоты с уходящими газами.

32. Приведите анализ потерь теплоты с химическим и механическим недожогом.

33. Приведите анализ потерь теплоты с наружным охлаждением и с физической теплотой удаляемых шлаков.

34. Как влияют тепловые потери на выбор оптимального коэффициента избытка воздуха?

35. Перечислите три категории сложности теплотехнических испытаний котельной установки.

36. Приведите объем основных измерений при проведении испытаний котлов со сведением теплового баланса.