- •Основы теории горения топлив
- •1. Топливо
- •1.1. Состав топлива
- •1.2. Теплота сгорания топлива
- •1.3. Влага твердого топлива
- •1.4. Минеральные примеси твердого топлива
- •1.5. Выход летучих веществ и характеристика коксового остатка
- •1.6. Характеристики и классификация твердого топлива
- •1.7. Жидкое топливо
- •1.8. Газовое топливо
- •2. Материальный и тепловой баланс процессов горения
- •2.1. Теоретически необходимое количество воздуха
- •2.2. Объем продуктов сгорания
- •2.3. Энтальпия продуктов сгорания
- •2.4. Виды топочных устройств
- •2.5. Тепловой баланс процесса горения
- •2.6. Определение избытка воздуха
- •3. Горение газовых и жидких топлив
- •3.1. Скорость химического реагирования
- •Закон действующих масс
- •Влияние давления на скорость реакции
- •Зависимость скорости реакции от состава смеси
- •3.2. Цепные реакции
- •Цепное горение водорода
- •Горение оксида углерода и углеводородов.
- •3.3. Распространение пламени
- •Пределы воспламенения
- •3.4. Определение кинетических констант горения
- •3.8. Горелка Бунзена
- •3.5. Условия устойчивой работы кинетических горелок
- •Стабилизация процесса горения
- •3.6. Турбулентное горение предварительно подготовленных смесей
- •3.7. Диффузионное горение газов
- •3.8. Горелки промышленных агрегатов
- •Инжекционные горелки
- •5 Диффузор
- •Газовые струи в поперечном потоке
- •Вентиляторные горелки [14]
- •Вертикально-щелевая горелка
- •Горелочные устройства энергетических котлов
- •Газомазутные горелки гмг
- •Диффузионные горелки
- •3.9. Горение жидких топлив
- •3.10. Конструкции мазутных форсунок Механические форсунки
- •Ротационная форсунка
- •Пневматические форсунки
- •4. Горение твердых топлив
- •4.1. Основы кинетики горения углерода
- •Основные химические реакции горения углерода
- •Теория гетерогенного горения углерода
- •Роль вторичного реагирования
- •Время выгорания частицы углерода
- •4.2. Слоевые топки
- •Топки с цепной решеткой
- •4.3. Моделирование слоевого сжигания угля
- •4.4. Горение угольной пыли в факеле
- •4.5. Свойства угольной пыли
- •Затраты энергии на размол топлива
- •4.6. Системы пылеприготовления
- •4.7. Пылеприготовительное оборудование Шаровая барабанная мельница
- •Молотковые мельницы
- •Среднеходные мельницы
- •Мельницы-вентиляторы
- •Сепараторы пыли
- •4.8. Сжигание высокореакционных топлив
- •Топки с прямым вдуванием и фронтальными горелками
- •Топки с плоскими параллельными струями
- •Вихревые топки низкотемпературного сжигания
- •Сжигание сильношлакующих углей
- •4.9. Сжигание низкореакционных топлив
- •Сжигание углей с тугоплавкой золой
- •Сжигание антрацитов
- •Двухкамерные топки с жидким шлакоудалением
- •Библиографический Список
- •620002, Г. Екатеринбург, ул. Мира, 19
- •620002, Г. Екатеринбург, ул. Мира, 19
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»
В.А. Мунц, Е.Ю. Павлюк
Основы теории горения топлив
Учебное пособие
Научный редактор – заслуженный деятель науки и техники РСФСР,
проф., д-р техн. наук А.П. Баскаков
Екатеринбург
2005
УДК 662.611(075.8)
ББК 31.35я73
М90
Рецензенты: проф., д-р техн. наук Боковиков Б.А., профессор
проф., к.т.н. Мамаев В.В., заведующий кафедрой
Мунц В.А., Павлюк Е.Ю.
М90. Основы теории горения топлив : Учеб. пособие / В.А. Мунц, Е.Ю. Павлюк. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. 102 с.
ISBN
Предлагаемое учебное пособие представляет собой краткое содержание курса лекций, который читается студентам 3-го курса специальности 140104 – Промышленная теплоэнергетика. Объем курса включает в себя не только теоретическое описание процессов горения газового, жидкого и твердого топлива, но и основы расчета топочных и горелочных устройств. Приведено описание типовых конструкций топок, горелок, форсунок. Данный курс является базовым для изучения курса «Котельные установки и парогенераторы».
Пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения специальностей: 140104 – Промышленная теплоэнергетика; 140106 – Энергообеспечение предприятий.
Библиог.: 22 назв. Табл. 4. Рис. 67.
УДК 662.611 (075.8)
ББК 31.35я73
ISBN ГОУ ВПО «Уральский государственный
технический университет – УПИ», 2005
Мунц В.А., Павлюк Е.Ю.
оглавление
1. Топливо
1.1. Состав топлива
Органическая часть твердых и жидких топлив состоит из большого количества сложных химических соединений, образованных пятью химическими элементами: углерод (С), водород (Н), сера (S), кислород (О) и азот (N). Кроме того, топливо содержит минеральные примеси (А), которые превращаются при сжигании в золу и влагу (W). Поэтому химический состав твердых и жидких топлив определяется не по количеству химических соединений, а по суммарной массе химических элементов в топливе в процентах на один килограмм, т. е. по элементному составу топлива.
Горючими элементами топлива являются углерод, водород, сера. Углерод является основным горючим элементом топлива, имеет высокую теплоту сгорания (34,4 МДж/кг) и составляет большую часть горючей массы топлива. Водород также имеет высокую теплоту сгорания (120,5 МДж/кг), но его содержание в топливе невелико (2-4% в твердом и 10-11% в жидком). Сера имеет невысокую теплоту сгорания (9,3 МДж/кг), и ее содержание в топливе невелико (0,3-0,5%), поэтому она не представляет ценности как горючий элемент. Но поскольку при сжигании топлива образуется диоксид серы, сернистость топлива является важной характеристикой. В твердом топливе сера присутствует в органическом виде Sор, в составе горючих минеральных веществ (пиритная Sп или колчеданная сера FeS2, CuS), в составе негорючих минеральных веществ (сульфатная сера Sсфт). Общее содержание серы в топливе Sоб складывается из трех составляющих:
.
Сумма двух первых слагаемых определяет содержание в топливе горючей серы:
.
Различают пять основных состояний топлива. Рабочее состояние топлива (верхний индекс р (r)) – это состояние топлива с таким содержанием влаги и зольностью, с которым оно добывается, отгружается или используется:
. (1.1)
Аналитическое состояние топлива (верхний индекс а (а)) – состояние топлива, характеризуемое подготовкой пробы. Подготовка предусматривает размол до размеров частиц 0,2 мм и приведение в равновесие с условиями лабораторного помещения:
. (1.2)
Сухое состояние топлива (верхний индекс с (d)) – состояние топлива без содержания общей влаги (кроме гидратной):
. (1.3)
Горючее (условное сухое беззольное) состояние топлива (верхний индекс г (daf)) – условное состояние топлива, не содержащего общей влаги и золы:
. (1.4)
Органическое состояние топлива (верхний индекс о (о)) – условное состояние топлива без содержания влаги и минеральной массы:
. (1.5)
-
Wвн
Wа
О
N
H
C
Sор
Sп
Sсфт
А
Органическое состояние (о)
Г орючее состояние (г)
С ухое состояние топлива (с)
Аналитическое состояние топлива (а)
Р абочее состояние топлива (р)
Рис. 1.1. Схема состояний топлива
Для получения коэффициента пересчета состава топлива, например, из горючего состояния в рабочее необходимо сделать следующие преобразования. Запишем уравнение для рабочего состояния в следующем виде, %:
, (1.6)
и разделим (1.6) на (1.4). В результате получим соотношение
. (1.7)
Таким образом, для каждого элемента, например для углерода, справедливо соотношение
, %. (1.8)
Аналогичным образом определяются коэффициенты пересчета для любых других состояний (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Коэффициенты пересчета из одного состояния в другое
Заданное состояние топлива |
Искомое состояние топлива |
||
Рабочее |
Сухое |
Горючее |
|
Рабочее |
1 |
|
|
Сухое |
|
1 |
|
Горючее |
|
|
1 |
В отличие от твердого и жидкого топлива газообразное топливо представляет собой механическую смесь горючих и негорючих газов, поэтому его состав задается в объемных процентах.