Е. Паливо. Матеріальний і тепловий баланси процесу горіння

Елементарний склад твердих і рідких палив записується у вигляді суми вмісту в них вуглецю С, воднюН,киснюО,сіркиS,азоту N,золи Аі вологи W у відсотках на 1 кг палива. Залежно від того, яка маса палива береться в розрахунок, кожному числу привласнюється відповідний надрядковий індекс:

горюча;

суха ;

робоча .

Елементарний склад палива з однієї маси на іншу перераховують згідно формулам табл. 2.3.

Перерахунок елементарного складу палива з однієї вологості (зольності) на іншуведеться за формулами, %:

Таблиця2.3

Коефіцієнти перерахунку мас палива

За відсутності табличних даних теплоту згоряння палив необхідно визначати в калориметричних бомбах. Для орієнтовних розрахунків нижча теплота згоряння твердих або рідких палив може бути розрахована по формулі Менделєєва, ккал/кг:

,

або кДж/кг:

.

Вища і нижча теплоти згоряння робочої маси зв'язані виразом:

.

Для порівняння теплової цінності різних видів палива використовують умовне паливо, яке має теплоту згоряння, рівну 29300 кДж/кг.Витрату натурального палива на умовне перераховують за формулою В_у = ВЕ,

де B_уі В - витрата відповідно умовного і натурального палива, кг/с;

Е-тепловий еквівалент палива. .

Мінімальна (теоретична) кількість повітря, необхідна для повного спалювання 1 кг твердого або рідкого палива при α= 1, м³/кг:

Дійсна кількість повітря визначається добутком коефіцієнта надлишку повітря і теоретичної кількості повітря, м³/кг: .

Об'єм продуктів згоряння, що утворилися при спалюванні 1 кг палива в теоретично необхідній кількості повітря

де об'єми продуктів згоряння кожного компоненту відповідно будуть:

Об'єм продуктів згоряння при спалюванні 1 кг палива і дійсній кількості повітря, м³/кг:

Ентальпія продуктів згоряння I_Г(кДж/кг), (кДж/м³) при α=1визначається як сума добутків об'єму елементарних продуктів згоряння, їх питомої теплоємності С,температуриθ, ентальпії надмірного повітряі золи I_З:

де -теоретичні об'єми продуктів згоряння палива і повітря,м³/кг, м³/м³; α_ун–частка золи, що виноситься газами; С_З–питома теплоємність золи, кДж/(кг·К).

Елементарний склад газоподібних палив звичайно приводиться як процентний вміст окремих газів: оксиду вуглецю СО,водню Н₂,метану СН₄,етану С₂Н₆,кисню О₂,азоту N₂таінших.

Теплота згоряння газоподібних палив підраховується як сума добутків теплоти згоряння окремих компонентів і їх вмісту в 1 м³газоподібного палива, МДж/м³:

Мінімальний (теоретичний) об'єм повітря, необхідний для спалювання 1 м³газоподіб-ного палива, м³/м³:

.

Теоретичний об'єм азоту: .

Об'єм трьохатомних газів: .

Об'єм сухих газів:

Теоретичний об'єм водяної пари:

де d_Г–вологовміст газоподібного палива, віднесений до 1м³сухого газу, г/м³.

Дійсний об'єм продуктів згоряння при α >1, м³/м³:

.

(При спалювання сланців об'єми продуктів згоряння обчислюються з поправкою на розкладання карбонатівК).

Розрахунковий зміст золи з урахуванням карбонатів, що розклалися, %:

Об'єм вуглекислоти, м³/кг;

Об'єм газів, м³/кг:

При спалюванні суміші палив об'єми і ентальпії продуктів згоряння пропонується розраховувати для кожного палива окремо на 1 кг твердого або рідкого і на 1 м³газоподібного палива.

По отриманих для кожного палива значеннях V^o, V_RO2, V_N2 визначаються об'єми повітря і продуктів згоряння суміші,м³/кг.Для суміші двох однорідних палив (твердих, рідких або газоподібних):

де g'–масова частка першого палива в суміші.

По аналогічних формулах визначають суміші.Розрахунок ведеться на 1 кг твердого або рідкого палива. Для суміші твердого або рідкого палива з газоподібним паливом заздалегідь визначається кількість газу Х,що приходиться на 1 кгпалива.

Об'єм повітря, м³/кг:

Аналогічно розраховують об'єми вуглекислоти, азоту, водяної пари.

Питома теплоємність продуктів згоряння (середня), кДж/(м³·К):

Теоретична температура горіння:

Коефіцієнт надлишку повітря за даними газового аналізу продуктів згоряння визначають по наступних формулах:

- при повному згорянні палива, коли в продуктах згоряння відсутні продукти неповного горіння

- при вмісті в продуктах згоряння горючих компонентів спочатку визначають надмірний вміст кисню, %:

а потім по формулі– коефіцієнт надлишку повітря.

Приклад 13. Визначте кількість повітря, теоретично необхідну для спалювання 1 кг палива наступного складу, %: C^P=37,2; H^P=2,6; S^P=0,6; N^P=0,4; O^P=12; W^P=40; A^P=7,2, а також об'єм продуктів згоряння при коефіцієнті надлишку повітря α=1,2.

Рішення. Визначаємо теоретично необхідну кількість повітря:

Визначаємо об'єм продуктів згоряння, м³/кг:

Приклад 14. Визначте нижчу і вищу теплоти згоряння робочої маси вугілля марки Д, якщо склад його горючої маси, %: C^Г=78,5; H^Г=5,6; =0,4; N^Г=2,5; O^Г=13. Зольність сухої маси A^С=15,0 % і вологість W^P=12,0 %.

Рішення. Користуючись коефіцієнтами перерахунку з табл. 2.3, визначаємо золь-ність робочої маси палива А^р і склад робочої маси, %:

Нижча теплота згоряння робочої маси палива:

Вища теплота згоряння:

Ж. Вторинні енергоресурси

Використання теплоти відхідних газів для отримання гарячої води і пари

Відхідні котельні гази використовують у водяних утилізаторах (економайзерах) і в котлах-утилізаторах для отримання гарячої води і пари.

Витрата відхідних газів з котельні, м³/с:

де n- кількість котлоагрегатів;B_P-розрахункова витрата палива, кг/с; і-теоретично необхідний об'єм відповідно газів і повітря, м³/кг (м³/м³);α_У–коефіцієнт надлишку повітря за утилізатором; θ –температура газів на вході в утилізатор,^oC.

Кількість теплоти, що віддається відхідними котельними газами утилізатору, кДж/с:

де -середня витрата відхідних газів при їх охолоджуванні в утилізаторі від θ до θ', м³/с;-середня об'ємна теплоємність газів, кДж/(м³·К);

θ' - температура газів на виході з утилізатора,^oC.

Використання теплоти пічних відхідних газів для отримання пари

Кількість виробленої теплоти у вигляді пари в утилізаторі за рахунок теплоти відхідних газів, кДж/с:

де І_г, І_г^ -ентальпія газів на виході відповідно з печі і з утилізатора, кДж/кг (кДж/м³); β - коефіцієнт, що враховує невідповідність режиму і кількості годин роботи утилізатора і агрегату - джерела вторинних енергоресурсів; - коефіцієнт втрат теплоти утилізатора в навколишнє середовище.

Економія умовного палива за рахунок вторинних ресурсів, кг/с:

де -ККД котельні, що заміщається.

Приклад 15. Визначити економію умовного палива при використанні виробленої теплоти у вигляді пари в котлі-утилізаторі за рахунок теплоти відхідних газів двох печей, якщо температура газів на виході з печей θ = 700^оС, на виході з котла-утилізатора θ' = 200^оС, коефіцієнт надлишку повітря за котлом-утилізатором α_У=1,35. Розрахункова витрата палива двох печей B_P=0,036 м³/с, коефіцієнт, що враховує невідповідність режиму і числа годин роботи котла-утилізатора і печей β=1,0; коефіцієнт втрат теплоти котла-утилізатора в навколишнє середовище  =0,12і ККД котельні, що заміщається, =0,86. Печі працюють на природному газі Шебелінського родовища складу, %: СН₄ = 94,1; С₂Н₆ = 3,1; С₃Н₈ = 0,6; С₄Н₁₀ = =0,2; С₅Н₁₂ = 0,8; N₂ = 1,2.

Рішення. Теоретично необхідний об'єм повітря

Об'єм трьохатомних газів

Теоретичний об'єм азоту

Теоретичний об'єм водяних газів

Ентальпія газів на виході з печей

Ентальпія газу на виході з котла-утилізатора

(значення питомих ентальпій газів і золи беруться з додатку).

Кількість виробленої теплоти у вигляді пари в котлі-утилізаторі за рахунок теплоти відхідних газів

Економія умовного палива при використанні виробленої теплоти у вигляді пари в котлі-утилізаторі за рахунок теплоти відхідних газів

, або В_ек = 39,6 кг/год.