Для предупреждения самовозгорания каменного угля запрещается:
• смешивать угли разных марок;
• формировать штабеля во время дождя, при высоких температурах наружного воздуха или при наличии повышенной температуры внутри отвала угля;
• устраивать в штабелях вентиляционные каналы или пустоты при укладке в штабеля;
, • засорять штабеля каменноугольного топлива мусором, опилками, торфом и другими легковоспламеняющимися материалами;
• заваливать каменноугольным топливом деревянные столбы электрических и телефонных линий и другие древесные конструкции.
На каждом штабеле необходимо устанавливать таблички с указанием номера штабеля, марки топлива, а также места его добычи, количества, время закладки в штабель и др.
Топливо, поступающее на склады и выдаваемое с него, должно тщательно учитываться. Учет топлива обычно осуществляется путем взвешивания его на железнодорожных вагонных или автомобильных весах.
Сжигание твердого топлива
Характер горения твердого топлива определяется его составом, содержанием летучих веществ и свойствами кокса.
Летучие вещества и кокс. Для оценки качества топлива и условий горения большое значение имеет выход летучих веществ. Если нагревать топливо без доступа воздуха, то под воздействием высокой температуры (от 200 до 800 °С) происходит разложение его на газообразную часть — летучие вещества (водород, метан, тяжелые углеводороды, оксид углерода, немного диоксида углерода и некоторые другие газы, т. е. газообразные горючие вещества) и твердый остаток — кокс. Количество летучих веществ определяют в процентах по отношению их массы к рабочей или горючей массе топлива и обозначают Vл .
Выход летучих веществ, их состав, а также температура, при которой они
начинают выделяться, определяются химическим возрастом топлива: чем
топливо старше по возрасту, тем меньше выход летучих веществ и выше температура начала их выделения. Например, выход летучих веществ торфа составляет приблизительно 70% общей массы горючей части топлива, они начинают выделяться при 120-150 °С; выход летучих веществ бурых и молодых каменных углей уменьшается приблизительно от 13 до 58,5%, они начинают выделяться при 170-250 °С, а антрацита — до 2% при температуре начала выделения газов около 400 °С.
Летучие вещества оказывают большое влияние на процесс горения топлива: чем больше выход летучих, тем ниже температура воспламенения и легче зажигание топлива и тем больше поверхность фронта пламени. Топливо с большим выходом летучих веществ (торф, бурый уголь, молодой каменный уголь) легко загорается и сгорает быстро с малой потерей тепла. Топливо с малым выходом летучих веществ, например антрацит, загорается значительно труднее, горит медленнее и сгорает не полностью.
При сжигании топлива с большим выходом летучих газов необходимо иметь большой объем топки, который позволял бы сжигать в ней газообразные горючие вещества. При сжигании твердого топлива с малым выходом летучих веществ (антрацит) возможно иметь топку меньшего объема, но с большой площадью поверхности колосниковой решетки, так как основное сгорание топлива будет происходить в слое топлива.
Кокс, оставшийся после полного выделения летучих веществ, состоит из
углерода и минеральных топливных примесей. В зависимости от вида термически разложенного топлива кокс может быть порошкообразным, слипшимся, спекшимся, сплавленным.
Основным горючим компонентом топлива является углерод, содержание которого составляет до 93-95% в антраците и 40-50% в дровах и торфе. Горение углерода является сложным физико-химическим процессом.
Принципиальные схемы организации сжигания твердого топлива. Твердое топливо сжигается в котлах в плотном и кипящем слое, в факельном прямоточном и вихревом процессах. В основу указанной классификации положен важный признак, как осуществляется подвод окислителя к реагирующей поверхности, что в наибольшей мере влияет на производительность и экономичность топочного процесса.
Сжигание в плотном фильтрующем слое. При слоевом процессе свободно лежащее на решетке топливо продувается снизу воздухом (рис. 1.3,а). Скорость потока в слое такова, что устойчивость слоя не нарушается.
Для повышения устойчивости слоя и уменьшения потерь вследствие уноса частиц топлива воздушным потоком было бы целесообразно увеличение размеров топливных частиц. Однако это приведет к уменьшению относительной площади поверхности реагирования и снижению скорости горения топлива. На практике в слоевых топках сжигают твердое топливо с частицами 20-30 мм и более.
При слоевом процессе количество горящего топлива на решетке составляет около 700-1000 кг на 1м3 объема слоя.
Процесс горения кускового топлива в слое состоит из трех стадий:
1) подпушка топлива и нагревание до температуры начала выхода летучих веществ;
2) воспламенение летучих веществ и их выгорание;
3) нагревание кокса и выгорание горючих веществ из кокса.
Для горящего слоя характерны высокая температура, а также преобладание в нем крупных частиц, поэтому скорость горения определяется скоростью подвода окислителя, т. е. скоростью обтекания частиц воздушным потоком. Регулировать нагрузку в слоевых топках в первую очередь возможно изменением количества подаваемого воздуха.
Процесс в кипящем слое. При увеличении скорости дутья создаваемая потоком подъемная сила может достичь значения, равного силе тяжести частиц, и устойчивость частиц в слое нарушается; соответствующая этому скорость дутья называется критической. С дальнейшим увеличением интенсивности дутья начинается кипение слоя (рис. 1.3, б), состоящее в том, что основная масса топливных частиц поднимается над решеткой и совершает возвратно-поступательное движение вверх и вниз; при этом происходит интенсивное перемешивание топлива с окислителем.
В кипящем слое скорость дутья превышает предел устойчивости плотного слоя, однако средняя скорость дымовых газов в топке над слоем далека от скорости, при которой частицы оказываются взвешенными в потоке.
По сравнению с исходным (плотным) слоем при кипении слой увеличивается в объеме в 1,5-2 раза. В 1 м3 кипящего слоя одновременно находится и реагирует около 400-600 кг топлива. Частицы топлива совершают в слое возвратно-поступательные движения до тех пор, пока их масса не уменьшится настолько, что они выносятся из слоя газовым потоком и догорают в потоке газов над слоем.
На практике процессы в кипящем слое преимущественно осуществляются для материалов с возможно более равномерным составом мелких частиц. Топки с кипящим слоем применяют для котлов различной мощности. Широкое применение они находят также при обжиге различных серосодержащих материалов (колчедана, медной и цинковой руд и др.).
Факельный прямоточный процесс. При определенной скорости воздушного потока в топочной камере частицы топлива оказываются взвешенными в газовоздушном потоке и вместе с ним начинают перемещаться, сгорая в полете в пределах топочной камеры (рис. 1.3, в). Такой топочный процесс называют факельным. Факелом называют некоторый определенный объем движущихся газов, в котором протекают процессы горения. Так как время пребывания газа в топочной камере весьма ограничено, то для обеспечения выгорания за короткое время применяют топливо, измельченное до пылевидного состояния (размер пылинок — десятки микрометров).
Измельчение топлива при факельном процессе горения увеличивает площадь поверхности реагирования и облегчает транспорт топливных частиц по топочному объему. Вместе с тем относительная скорость пылинок в газовом потоке здесь ничтожно мала, что ухудшает условия горения топлива.
В отличие от процессов с плотным и кипящим слоем при факельном прямоточном процессе в топочной камере находится и одновременно сгорает ничтожное количество твердого топлива — всего около 20-30 г на 1 м3 объема. В связи с этим факельный процесс весьма чувствителен к различным нарушениям теплового режима.
Факельным процессом осуществляется также сжигание газообразного и жидкого топлив. Газообразное топливо поступает в камеру вместе с воздухом (или раздельно) через специальное устройство — горелку. При прохождении через топочную камеру газовоздушная смесь сгорает. Жидкое топливо поступает в топку через форсунки в распыленном виде. Мельчайшие его капельки испаряются, смешиваясь в топке с воздухом, и сгорают в полете.
Вихревой (циклонный) процесс. Из-за трудности факельного сжигания твердого топлива (вследствие сложности тонкого помола, эолового износа и шлакования поверхности нагрева, заноса их золой был разработан способ сжигания его во взвешенном состоянии, получивший название вихревого
(циклонного) (рис. 1.6). Вихревой характер движения топливовоздушного потока создает хорошие условия перемешивания топлива с воздухом, а следовательно, способствует более быстрому и полному его горению. При вихревом топочном процессе перемещение частиц твердого топлива, как и при факельном процессе, осуществляется газовоздушным потоком. При вихревом (циклонном) процессе в отличие от факельного частица циркулирует по организованному обтекаемому контуру столько, сколько необходимо для ее сгорания, или выносится в камеру догорания. Циркуляция газового потока в вихревой топке сопровождается организацией на внутренней ее поверхности за счет центробежных сил подвижного уплотненного слоя, подверженного интенсивному обдуванию. В результате имеют место интенсивное выгорание частиц топлива (кокса), а также эффективная сепарация жидкого шлака. В вихревой камере улавливается 80-95% золы топлива. При вихревом процессе время пребывания и интенсивность обдувания частицы газовоздушного потока увеличены, поэтому здесь могут быть использованы более крупные частицы (2-5 мм). Применение для горения более крупных частиц топлива приводит к снижению расхода энергии на его размол.
Количество одновременно горящего топлива при вихревом процессе в топке меньше, чем при слоевом, но больше, чем при факельном. Это придает относительно большую устойчивость вихревому процессу по сравнению с факельным при переменном режиме работы установки.
Различают: вихревую топку — это камерная топка с многократной циркуляцией топливовоздушной смеси, которая достигается специальной формой стен топки, компоновкой горелок и способом подачи топлива и воздуха (рис. 1.6); циклонную топку — камерная топка, в которой основная масса топлива сжигается во вращающемся топливовоздушном потоке, создаваемом в циклонном предтопке (рис. 1.7). Предтопком называется часть топки, в которой происходит подогрев, подсушка топлива, а иногда его воспламенение и горение.
Циклонные и вихревые топки предназначены для сжигания топливной крошки, опилок и др. В вихревых топках осуществляется устойчивое движение вращающегося воздушного потока, в котором находятся во взвешенном состоянии кусочки каменного угля размером от 0,5 до 5 мм. В Вихревой (циклонной) камере может быть осуществлено также сжигание газообразного и жидкого топлив. Газообразное топливо подается в вихревую камеру вместе с воздухом (возможна и раздельная подача) и интенсивно сгорает в вихревом потоке. Жидкое топливо подается в вихревую камеру в распылённом виде, испаряется, перемешивается с воздухом и интенсивно выгорает.
По характеру расположения камеры вихревые и циклонные топки разделяют на горизонтальные и вертикальные. Смесь топлива с воздухом подается (по касательной) в камеру горения, в результате чего в камере создается вихревое движение. Поскольку камера горения изнутри покрыта огнеупорным материалом, в ней практически отсутствует отвод тепла от продуктов сгорания и создается высокая температура, способствующая повышению скорости сгорания топлива и образованию жидкого шлака. Продукты сгорания с незначительным содержанием мельчайшей золы поступают через выходную горловину, а основная масса образующегося жидкого шлака стекает через летку (рис. 1.7).
Жидкое топливо.
Классификация и свойства жидкого топлива
Мазут относится к высококалорийному топливу (Qн =9100ккал/кг). По элементарному составу мазут характеризуется содержанием углерода С – 87%, водорода – Н – 11%, кислорода О и азота N до 1%. По содержанию серы мазут делят на 2 класса: малосернистый (с содержанием серы до 1%) и высокосернистый (2,5%0. Мазут обычно содержит некоторое количество воды, которое увеличивается при разогреве в цистернах паром.
Мазут бывает маловязкий и высоковязкий с большим содержанием смолистых веществ и парафина. Вязкость характеризует степень текучести жидкого топлива. Вязкость мазута является важным эксплуатационным фактором, определяющим способность транспортировки, слива, перекачки и сжигания его (качество распыления мазута, полноту сжигания, а также на способность отстаивать содержащуюся в мазуте воду.
С повышением температуры вязкость мазута уменьшается, поэтому все операции с мазутом производят с подогревом. С понижением температуры вязкость возрастает, что связано с загустением или застыванием мазута. Эти процессы по своей природе различны. Загустение является результатом повышения вязкости и приводит к потере текучести некристаллизующихся углеводородов, в то время как застывание связано с кристаллизацией высокоплавких углеводородов, прекращающей перемещение мазута. В эксплуатации застывание мазута в емкостях или трубопроводах более опасно, чем загустение. В области высокого подогрева (выше 80-100 °С для разных марок мазута) вязкость мало изменяется. Отсюда следует, что подогревать мазут до очень высокой температуры нецелесообразно.
Температурой вспышки мазута называют такую температуру у при которой пары его образуют с окружающим воздухом смесь, воспламеняющуюся при поднесении к ней огня. Во избежание пожара температура подогрева мазута в открытых системах всегда должна быть ниже температуры вспышки, причем недогрев обычно составляет не менее 10 °С. Закрытая система подогрева — в теплообменниках под давлением — допускает подогрев мазута до температуры вспышки.
Температура самовоспламенениямазута — 3500С.
Взрывоопасная концентрация паров мазута в смеси с воздухом составляет: нижний предел — 1,4% (по объему); верхний предел — 8% (по объему). Под взрывом понимается процесс освобождения большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени с образованием ударной волны, во фронте которой давление превышает расчетные значения, что приводит к разрушению ограждающих конструкций. Существуют пределы воспламенения (взрываемости) топлива — это минимальная или максимальная объемная концентрация топлива (в данном случае паров мазута) в неподвижной смеси с воздухом (кислородом), достаточная для воспламенения ее от источника зажигания. Таким образом, мазутовоздушная смесь может воспламеняться только при определенных объемных соотношениях паров мазута и воздуха.
Объемное содержание горючего вещества (паров жидкого топлива, газа, угольной пыли и т. п.) в смеси с воздухом, ниже которого пламя не может самопроизвольно распространяться в этой смеси при внесении в нее источника огня, называется нижним пределом воспламеняемости (взрываемости) данного вещества.
Горючая смесь топлива с кислородом воздуха, содержащая горючее вещество в количестве, меньшем, чем нижний предел воспламеняемости, не горит и не взрывается.
Объемное содержание горючего вещества в смеси с воздухом, выше которого пламя не может самопроизвольно распространяться по объему даже при наличии в нем источника зажигания, называется верхним пределом воспламеняемости (взрываемости) данного вещества,
По химической природе взрыв не отличается от горения, но происходит мгновенно. При взрыве смеси паров мазута с воздухом, заполняющей какую-либо емкость (помещение, топку), выделяется теплота, за счет которой расширяются продукты сгорания. Резкий скачок давления газов, образующихся при горении, может разрушить ограждающие конструкции. Начавшийся процесс горения мазутовоздушной смеси будет продолжаться самопроизвольно, если количества теплоты, выделяющейся при горении, достаточно для нагревания поступающей смеси до температуры воспламенения. Если в смеси будет мало паров мазута, или много воздуха, то теплоты, выделяющейся в начальной стадии процесса горения, окажется недостаточно для нагревания смеси до температуры воспламенения и горение прекратится. Если паров мазута в смеси слишком много, а воздуха недостаточно, то при воспламенении может сгореть такое малое их количество, что выделившейся теплоты будет недостаточно для поддержания температуры смеси на уровне не ниже температуры воспламенения.
Из сказанного выше следует, что взрыв топливовоздушной смеси происходит при одновременном наличии трех условий: присутствие взрывоопасной концентрации смеси топлива и воздуха; наличие источника зажигания (огня); наличие ограждающих конструкций.
Наиболее взрывоопасны горючие вещества, которые (как, например, пары мазута) характеризуются малыми значениями нижних пределов воспламенения и низкими температурами воспламенения.
При работе с мазутом должны соблюдаться требования «Правил взрывобезопасности при использовании мазута в котельных установках»
Средства пожаротушения при загорании мазута: распыленная вода, пена. При объемном тушении — углекислый газ, перегретый пар.
Температура застывания — температура, при которой мазут застывает и становится неподвижной массой. Чем выше вязкость, тем выше температура застывания. Температура застывания определяет условия перекачиваемости топлива. Температура застывания характеризует ту минимальную температуру, при которой мазут теряет свойство текучести, необходимой для перекачки и слива его без предварительного подогрева. Температура застывания зависит от химической природы исходной нефти и технологии ее переработки. На температуру застывания мазута заметно влияет содержание влаги. Температура застывания оказывает непосредственное влияние на выбор технологической схемы его хранения, транспорта по трубопроводам и подачи в топку. При высокой температуре застывания возникают трудности слива из цистерн и перекачки по трубопроводам. Застывший мазут приходится подогревать, что увеличивает эксплуатационные расходы и вызывает потерю времени. Лучшим является мазут с температурой застывания ниже -5 °С. Температура застывания большинства марок мазутов от -5до+25°С.
Плотность мазутапри 20 °С: 900-1000 кг/м3. Большинство марок топочного мазута характеризуется невысокой плотностью — меньше плотности воды (которая составляет 1000 кг/м3). Некоторые сорта мазута имеют плотность больше плотности воды. Соотношение плотности мазута и воды характеризует процесс отделения влаги, которую для улучшения показателей работы топки необходимо удалить из мазута. Для мазута с относительной плотностью при 20 °С р20 < 1000 кг/м3 влагу отделяют отстаиванием в баках. Благодаря большей плотности вода осаждается в нижних участках емкости, откуда она дренируется. Значительно хуже условия отстоя мазута, у которого р20 > 1000 кг/м3. Вода всплывает на поверхность очень медленно, и это затрудняет ее удаление. Мазут с высокой плотностью почти всегда имеет и повышенную вязкость, что в еще большей мере затрудняет отделение влаги. Влага остается в мазуте в виде отдельных прослоек, могущих вызвать обрыв факела в топке. Поэтому для мазута с р20> 990 кг/м3 ограничивают содержание влаги (не более 1
Зольность.Минеральные примеси мазута состоят главным образом из водорастворимых солей, которые попадают в нефть с буровой водой, а также входят в состав исходной нефти. При переработке нефти содержащиеся в ней минеральные примеси концентрируются в основном в более тяжелых фракциях, главным образом в мазуте. Чем выше содержание минеральных примесей в исходной нефти, тем больше минеральных примесей в мазуте. Зольность мазута на сухую массу составляет 0,1-0,3%. Состав минеральных примесей весьма специфичен и даже для мазута одной и той же марки сильно зависит от качества исходной нефти и метода ее переработки. Подобно золе твердого топлива размягченная «зола мазута способна образовать плотные отложения на поверхностях нагрева. Оксиды ванадия, кроме того, при определенной температуре вызывают коррозию этих поверхностей. Поэтому в эксплуатации принимают меры, предотвращающие образование плотных трудно удаляемых отложений и развитие интенсивной ванадиевой коррозии. К таким мерам относятся: обдувка поверхностей нагрева котлов (паром, воздухом и др.), применение специальных присадок к мазуту.
Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 79; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!