Лекция №4 Приведенные характеристики топлива.

Для сравнения экономичности котлов, сжигающих различное топливо введено условное топливо.

Q^р_н.(усл.) = 29, 3 МДж/кг=700ккал/кг

Для оценки массовых расходов влаги, золы и серы существуют приведенные характеристики:

1. 

Если W^п < 0.75, то топливо маловлажное, если же W^п > 2 – высоковлажное.

2. 

Если А^п < 1, то топливо малозольное, а если А^п > 4 – высокозольное.

3. 

Если S^п > 0, 05 – мазут высокосернистый, если S^п > 0.2 – высокосернистый уголь.

Изменение характеристик топлива:

Топливо	Сг, %	Oг, %	Нг, %	Vг, %	Qнр,
Дерево	50 93	43 2	6 2	85 4	10 26 23
Торф
Б.У.
К.У.
Ант.

Газовое топливо.

Состав:

СН₄ + ∑С_mH_n + CO + H₂S + H₂ + CO₂ + N₂ + SO₂ + O₂ = 100%

СН₄ + ∑С_mH_n + CO + H₂S + H₂ – горючие вещества,

CO₂ + N₂ + SO₂ + O₂ – негорючие вещества.

Q_н^с = 0, 01 ^. (СН₄ ^. Q_СН4 + ∑С_mH_n ^. Q_∑СmHn + CO ^. Q _CO + H₂S ^. Q _H2S + H₂ ^. Q_Н2),

Природный газ.

Имеет органическое происхождение. Природный газ образовался в полостях земли при давлении более 200 атм.

Месторождения:

1. Тюменская область;

2. Республика Коми;

3. Южный Урал;

4. Ставрополье.

Состав:

СН₄ + ∑С_mH_n + CO₂ + N₂ = 100%.

СН₄ = 70-99%, ∑СmHn = 1-10%, CO₂ < 2%, N₂ < 14%.

Особенности:

1. Отсутствие внешнего балласта (влажность и зольность),

2. мало внутреннего балласта ( содержание азота менее 14%, а кислорода равно 0%),

3. содержание серы равно 0%,

4. высокая удельная теплота сгорания (Q^с_н. = 34-38, ),

5. плотность ρ_г = 0, 7-0, 9, ,

6. в зрываемость не горит взрыв горит

С_низ=3 С_верх=13 , %

7. токсичность за счет CO, H₂S

ПДК_CO = 0, 024%(предельная допустимая концентрация), ПДК_H2S = 0, 01%.

8. нет цвета и запаха. Для обнаружения природного газа в него вводят одорант в количестве 10 г на 1000 м³ газа.

Попутный газ.

Образуется при добыче нефти, при резком снижении давления.

Состав:

СН₄ = 40-60%, ∑СmHn = 25-35%, N₂ = 20%.

Q^с_н. = 36-46

Подземный (генераторный) газ.

В оздух (О₂ = 21%) О₂=0 генераторный газ

порода

угольный пласт

Во входном штреке происходит окисление С и Н: С + О₂ = СО₂

Н₂ + О₂ = Н₂О

В выходном же штреке протекают восстановительные реакции:

СО₂ + С = СО

Н₂О + С = СО + Н₂

Состав:

СО = 15%, Н₂ = 15%, СО₂ = 10%, N₂ = 60%.

Q^с_н. = 4

Доменный газ.

воздух

зона активного горения С + О₂ = СО₂

Состав:

СО = 30%, Н₂ = 1%, СО₂ = 10%, N₂ = 60%.

Q^с_н. = 4

Коксовый газ.

Получается при производстве кокса при t = 500 - 1000ºС.

Состав:

СН₄ = 25%, Н₂ = 45%, N₂ = 5%.

Q^с_н. = 38

Жидкое топливо.

Природное топливо – нефть, имеющая органическое происхождение, представляет собой смесь жидких углеводородов. Добывается через скважины за счет собственного давления.

Месторождения:

1. Тюменская область;

2. Республика Коми;

3. Башкирия;

4. Татарстан;

5. Северный Кавказ.

Мазут – остаток нефтепереработки на нефтеперерабатывающем заводе = 25-40%.

t_кип = 200 – 250 – 300 – 350, ºС

бензин керосин дизельное топливо мазут

Состав мазута:

С^р = 84%, Н^р = 11%, S^р = 0, 3-3%, (N + O₂)^р = 0, 5%, W^р = 3%, A^р = 0, 1%.

Q^р_н. = 40 .

Марки мазута:

1. Флотские Ф5, Ф12;

2. топочные М40, М100;

3. мартеновских печей МП.

Если S^р < 0.5%, то мазут малосернистый;

Если S^р = 0, 5-2%, то сернистый;

Если S^р > 2%, то высокосернистый.

Технические характеристики:

1. Вязкость. Она влияет на продолжительность слива, на эффективность перекачивания насосами и на качество распыления форсунками. Условная вязкость: ВУ_t = , ºУВ. С ростом температуры вязкость снижается.

ВУ_t, ^оУВ

100

40 М100

М40

50 130 t_м, ^оС

2. Температура застывания – температура, при которой мазут теряет свою текучесть.

И спытания на текучесть проводят так: в пробирку наливают мазут; охлаждают до определенной температуры; затем пробирку наклоняют (45º), если в течение минуты уровень жидкости в пробирке не стал параллелен горизонту, то мазут застыл. не застыл застыл t_заст. = 10-40ºС

45^о

3. Температура вспышки – температура мазута, при которой его пары образуют горючую смесь, вспыхивающую при поднесении пламени. t_всп = 90-140ºС

4. Температура воспламенения – температура мазута, при которой пары воспламеняются и горят более 5 секунд. t_восп = t_всп + 15ºС

5. Плотность ρ_маз = 0, 96 – 1, 05 При эксплуатации влажность возрастает до 6 –15%, возникает эффект обводнения. В результате обводнения: а) снижается Q^р_н (так как снижается концентрация горючих элементов), а значит растет расход топлива В; б) снижается температура пламени в топке, поэтому снижается паропоизводительность котла; в)растет объем водяных паров V_H2O, а значит растет температура уходящих газов, поэтому снижается КПД котла.

6. Зольность мазута очень мала A^р < 0, 1%, но она на 50% состоит из пятиокиси ванадия V₂O₅(t_пл = 700ºС). Она разрушает защитную окисную пленку на поверхностях нагрева, открывая доступ кислорода к металлу, и начинается процесс ванадиевой коррозии.

защитная окисная пленка

Fe

пар

О₂ V₂O₅

газы

Топочные процессы.

С, Н, S – горючие элементы.

Горение – химический процесс окисления горючих элементов кислородом,

протекающий при высокой температуре, с высокой скоростью и сопровождающийся значительным выделением теплоты.

С + О₂ = > СО₂ + Q_c↑

2Н₂ + О₂ = > 2Н₂О + Q_H2↑

S + О₂ = > SO₂ + Q_S2↑

Г орение
полное (образуются продукты СО2, Н2О, SO2)	неполное (дополнительно образуются СО, Н2, СН4)

Причины неполноты горения:

1. локальный недостаток окислителя: С + 0, 5О₂ = > СО

2. температура газов < 1000ºС, либо > 2000ºС;

3. недостаточный контакт горючих элементов и окислителя.

Расчет процессов горения твердого (жидкого) топлива.

Топливо: С + Н + S + O + N + W + A = 100%

Топочные газы: (СО₂ + Н₂О + SO₂) + (СО + Н₂ + СН₄) + N₂ + O₂^изб = 100%

В оздух: О₂ + N₂ = 100%

21 79 продукты недожега

Элементарные реакции горения:

1. горение С

С + О₂ = > СО₂ М_О2^С = 2, 67 кг/кг кг/кг

12 32 44 столько O₂ на окисление столько CO₂ образовалось

1кг 2, 67кг 3, 67кг 1 кг C при зжигании 1 кг C

2. горение Н

2Н₂ + О₂ = > 2Н₂О М_О2^Н = 8 кг/кг кг/кг 4 32 36 1кг 8кг 9кг

3. горение S S + О₂ = > SO₂ М_О2^S = кг/кг кг/кг

32 32 64

1кг 1кг 2кг

Теоретический расход О­₂:

М_О2 = М_О2^С + М_О2^Н + М_О2^S – М_О2^топл = 2, 67 + 8 + – ,

Теоретический объем воздуха – это то количество воздуха, которое необходимо израсходовать для полного сжигания 1 кг топлива, при условии, что весь кислород прореагировал с горючими.

а b c

С увеличением балласта Vº снижается

Vº = 3 – 6 – 10,

Б.У. Антр. Мазут