По выходу летучих и характеристике коксового остатка

Стр 1 из 11Следующая ⇒

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Институт открытого дистанционного образования

М. А. Кочева, С. В. Болдин

Теплогенерирующие установки

Часть I

Утверждено редакционно-издательским

советом университета в качестве

учебного пособия

Нижний Новгород – 2005

ББК 31.38

К 55

Б 79

Кочева М. А., Болдин С. В. Теплогенерирующие установки: Учебное пособие. – Н. Новгород: Нижегород. гос. архит.-строит. ун-т, 2005. – 73 с.

ISBN -5

В пособии рассмотрены основные схемы паровых и водогрейных котлов, даны основные определения. Описаны различные виды топлива, теория горения топлива и эффективность его использования. Приведены данные о топочных устройствах, основном котельном оборудовании и эксплуатации котлов.

ББК 31.38

ISBN -5

1. ТОПЛИВО

1.1. Получение теплоты

Вещества, способные в процессе каких-либо преобразований выделять энергию, которая может быть технически использована, принято называть топливом.

Основным источником теплоты, используемой человечеством, является природное органическое топливо, выделяющее теплоту при сжигании.

1.2. Классификация основных видов топлива

В зависимости от принципа освобождения энергии, заключающейся в топливе, различают ядерное и химическое топливо.

Ядерное топливо выделяет энергию в результате ядерных преобразований, а химическое – в результате окисления горючих элементов, входящих в его состав.

Основными видами химического топлива являются торф, горючие сланцы, угли, природный газ, продукты переработки нефти.

По способу получения различают естественное (природное) топливо, искусственное и топливные отходы.

Естественным (природным) называют топливо, используемое без переработки.

Искусственным называют топливо, полученное при переработке естественного топлива.

В процессе переработки естественного топлива в искусственное получают топливные отходы.

Топливо по агрегатному состоянию подразделяют на твердое, жидкое, газообразное (табл.1).

При современном уровне добычи разведанных запасов угля хватит на тысячи лет; прогнозных запасов нефти и газа при существующем уровне добычи – лишь на 100 – 150 лет, а с учетом роста темпов добычи эти запасы могут быть исчерпаны за 50 – 60 лет. Ограниченность ресурсов газа и нефти и значительное повышение их стоимости вызвали стремление к экономии ископаемого топлива и использованию для получения энергии других источников.

Так как почти все добываемое топливо сжигается (лишь около 10 % нефти и газа потребляются в виде сырья), ежегодный выброс в атмосферу Земли веществ, образующихся при сжигании топлива, достигает огромных количеств: золы около 150 млн т, окислов серы около 100 млн т, окислов азота около 60 млн т, двуокиси углерода около 20 млрд т. Для защиты окружающей среды разрабатываются различные методы улавливания вредных веществ из продуктов сжигания, а также такие способы сжигания, при которых эти вещества (окислы азота и CO) не образуются.

Т а б л и ц а 1

Основные виды топлива

Вид топлива
Твердое	Жидкое	Газообразное
Естественное
Дрова Торф Бурый уголь Каменный уголь Антрациты Горючие сланцы	Нефть	Природный газ Нефтепромысловый газ (попутный)
Искусственное
Брикеты Кокс Полукокс	Моторное топливо - продукты перегонки нефти Спирты Синтетическое жидкое топливо	Генераторный газ Газ подземной газификации углей Сжиженный газ Водород
Топливные отходы
Отходы углеобогащения Кокс газовых заводов Металлургический коксик Древесные отходы (щепа, опилки, корье)	Мазут Кислый гудрон	Доменный газ Коксовый газ Газы нефтепереработки

Твердое топливо

Наиболее распространенные виды твердого топлива – угли (каменные и бурые, антрациты), горючие сланцы (табл. 2).Горючие сланцы, полезное ископаемое из группы твердыхкаустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы, близкой по составу к нефти.

Т а б л и ц а 2

Классификация ископаемых углей и горючих сланцев в зависимости от размера кусков
Класс угля	Обозначение	Размер кусков, мм
Плита	П	Более 100
Крупный	К	50-100
Орех	О	25-50
Мелкий	М	13-25
Семечко	С	6-13
Штыб	Ш	Менее 6
Рядовой	Р	До 300

Добытое твердое топливо состоит из углерода, водорода, кислорода, азота, серы, минеральных примесей и влаги.

Основным горючим элементом твердого топлива является углерод, его содержание в твердом топливе колеблется от 50 до 94 %. При полном сгорании 1 кг углерода выделяется около 34 МДж теплоты.

Уголь (табл. 3) обычно сжигают в топках. При относительно малых количествах необходимого топлива используют слоевые топки, где уголь в виде кусков сжигают на колосниковой решетке, сквозь которую продувается воздух. Для сжигания значительного количеств угля (нескольких сотен тонн в час) применяют камерные топки. В них уголь, предварительно превращенный в порошок (угольную пыль), через пылеугольные горелки подается в смеси с воздухом.

Угольная пыль состоит из частиц размером до 300 мкм с преобладанием мелких фракций. Больше всего в угольной пыли частиц размером от 20 до 50 мкм в зависимости от тонкости помола. Пылинки имеют неправильную форму, которая зависит от рода топлива.

Выход летучих – процентное содержание в горючей массе топлива водорода, углеродов, оксида углерода, углекислого газа и водяных паров, выделяющихся при нагревании топлива. Выход летучих у различных твердых топлив колеблется в больших пределах – от 3 до 70 %. Кокс – остаток, образовавшийся после отгонки летучих.

Т а б л и ц а 3

Классификация каменных углей

по выходу летучих и характеристике коксового остатка

Марка углей	Обозна-чение	Выход летучих на горючую массу VГ,%	Характеристика коксового остатка
Длиннопламенный	Д	36 и более	От порошкообразного до слабоспекшегося
Газовый	Г	35 и более	Спекшийся
Газовый жирный	ГЖ	31-37	Спекшийся
Жирный	Ж	24-37	Спекшийся
Коксовый жирный	КЖ	25-33	Спекшийся
Коксовый	К	17-33	Спекшийся
Отощенный спекающийся	ОС	14-27	Спекшийся
Тощий	Т	9-17	От порошкообразного до слабоспекшегося
Слабоспекбщийся	СС	17-37	От порошкообразного до слабоспекшегося

Чем больше возраст топлива, тем меньше в нем летучих.

Угольная пыль, богатая летучими, склонна к самовозгоранию, что является одной из главных причин взрывов в системах пылеприготовления. Угольная пыль сыпуча и легко растекается под влиянием легких толчков. В смеси с воздухом при больших концентрациях пыли (25:1) она образует подвижную эмульсию, легко перекачиваемую, как вода. Это свойство пыли используется при ее транспортировке на большие расстояния.

Опасность самовозгорания пыли возрастает с повышением температуры среды и при соприкосновении с горячими поверхностями. Наиболее взрывоопасной является пыль, содержащая частицы размером менее 200 мкм. Источником воспламенения чаще всего являются тлеющие отложения пыли. Взрыхление тлеющей пыли опасно, т. к. приводит к ее интенсивному горению и может вызвать пожар или взрыв.

Угольная пыль имеет две плотности: насыпную и кажущуюся.

Под насыпной плотностью понимают отношение массы пыли к ее общему объему, состоящему из объема твердой фазы частиц, пор внутри частиц и воздушных промежутков между частицами). Насыпная плотность колеблется в значительных пределах 500 – 700 кг/м3, пользуются ей при расчете емкости пылевых бункеров для хранения пыли.

Под кажущейся плотностью пыли понимают отношение массы пыли к суммарному объему, занимаемому твердой фазой частиц пыли и порами внутри частиц пыли. Кажущаяся плотность для определенного вида топлива стабильна (например, для антрацита со штыбом (АШ) равна 1500, тощего угля – 1350, подмосковного бурого – 1000 кг/м3), используется при расчете устройств для подачи пыли, сепараторов и циклонов.

Влажность готовой пыли влияет на условия ее воспламенения и протекание процесса горения. Чем меньше влажностьпыли, тем легче она воспламеняется и быстрее сгорает. Обычно подсушка пыли осуществляется с таким расчетом, чтобы влажность ее была близка к гигроскопической влажности топлива. Гигроскопическойназывают влажность топлива, доведенного при подсушке до равновесного состояния в воздухе, имеющем относительную влажность 60 – 70 % и температуру 19 – 21°С. Более глубокая осушка не допускается, т. к. пыль становится взрывоопасной.

Торф – горючее полезное ископаемое, образующееся в процессе естественного отмирания и неполного распада болотных растений в условиях избыточного увлажнения и затрудненного доступа воздуха. От почвенных образований торф принято отличать по содержанию в нем органических соединений (не менее 50 % по отношению к абсолютно сухой массе). Торф является наиболее молодым ископаемым твердым топливом. Он имеет высокий выход летучих – 70 % и высокую влажность – до 52 %. В зависимости от способа добычи различают торф кусковой (в виде кирпичей) и фрезерный (в виде мелкой крошки).

Природное жидкое топливо

Природным жидким топливом является сырая нефть. Нефть – горючая маслянистая жидкость со специфическим запахом, распространенная в осадочной оболочке Земли, является важнейшим полезным ископаемым. Образуется вместе с газообразными обычно на глубинах более 1,2 – 2 км. Нефть состоит из различных углеводородов (алканов, циклоалканов, аренов – ароматических углеводородов – и их гибридов) и соединений, содержащих помимо углерода и водорода гетероатомы – кислород, серу и азот. Однако непосредственно нефть редко используется для получения теплоты. На нефтеперерабатывающих предприятиях из нефти получают мазут – остаток после отгона от нефти бензина, лигроина, керосина и фракций дизельного топлива. В зависимости от химического состава и свойств мазут может быть использован как жидкое котельное топливо.

Мазут состоит из углерода, водорода, кислорода, азота, серы, влаги и небольшого количества минеральных примесей. Наибольшие трудности (коррозия поверхности) при сжигании мазута вызываются содержащимися в его золе оксидами щелочных металлов и ванадия.

В зависимости от содержания серы в рабочей массе мазута различают малосернистый мазут при <0,5%, сернистый при 0,5< <2,0 и высокосернистый при 2,0< <3,5.

= ,

где – сера органическая;

– сера колчеданная.

Мазут принято характеризовать также вязкостью, плотностью и температурой застывания, вспышки и воспламенения. Вязкость мазута измеряют в градусах условной вязкости (0ВУ) или в мм2/с. Условная вязкость – это отношение времени истечения из вискозиметра 200 см3 мазута, нагретого до 50°С (для вязких мазутов до 80°С), ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при 20°С.

В качестве топлива для промышленных парогенераторов и водогрейных котлов используется мазут марок 40 и 100, значительно реже – марки 200. Марка определяется предельной вязкостью, составляющей 80ВУ (59 мм2/с) для мазута 40 при 80 0С; 150ВУ (110 мм2/с) для мазута 100 при 800С; 9,5 ВУ (70 мм2/с) для мазута 200 при 1000С.

При понижении температуры мазут застывает и становится нетранспортабельным, превращаясь в твердый продукт.Температурой застывания мазута называют ту температуру, при которой он в условиях опыта густеет настолько, что при наклоне пробирки под углом 45° к горизонту уровень мазута остается неподвижным в течение 1 мин. Наиболее вязкие сорта мазута имеют температуру застывания 25 – 35°С.

Воспламеняемость мазута характеризуется температурой вспышки и воспламенения. Температура вспышки –это такая температура, при которой пары мазута, нагреваемые в определенных лабораторных условиях, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к нему пламе-ни. Для мазута температура вспышки составляет 80 – 100°С.Температура воспламенения –это такая температура, при которой нагреваемый в определенных лабораторных условиях мазут загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее установленного времени. Температура воспламе-нения превышает температуры вспышки на 10 – 40°С.

Газообразное топливо

Природный газ химически инертный. Он не изменяется на воздухе да и в земных недрах в условиях высоких давлений и постоянных температур может пролежать без изменений не одну сотню миллионов лет.

Природный газ удобен при транспортировке, т. к. доставляется к потребителю по газопроводам без использования дополнительного транспорта.

Газообразное топливо состоит из механической смеси горючих и негорючих газов с небольшой примесью водяных паров, смолы и пыли. К естественным газам относятся природный и попутный газ, выделяющийся при извлечении нефти на поверхность. Искусственные горючие газы являются топливом местного значения. К ним относятся генераторный, коксовый и доменный газы. Генераторный газ получают путем неполного сжигания твердого топлива. Коксовый и доменный газы являются отходами коксовых и доменных печей.

В промышленных парогенераторах и водогрейных котлах в качестве топлива в основном используют природные и попутные газы. Он обладает самой теплотворной способностью и имеет теплоту сгорания 60000 кДж/кг, а при сжигании 1м3 газа выделяется приблизительно 8300 кДж энергии.

Природные и попутные газы представляют собой смеси углеводородов метанового ряда и балластных негорючих газов. Углеводороды метанового ряда обычно называются предельными. В них использованы все четыре валентности углерода и они имеют общую эмпирическую формулу СnН2n+2. Природный газ состоит из 90 – 97 % метана (СН4) и 1 – 2 % углеводородных примесей – этана (С2Н6), пропана (С3Н8), бутана (С4Н10), пентана (С5Н12), 2 – 3 % азота (N2) и 0,02 % этилмеркоптана, придающего специфический запах. При нормальных условиях первые члены ряда до бутана включительно представляют собой газы без цвета и запаха, а последующие – жидкости. Важными свойствами газообразного топлива являются токсичность и взрываемость. Искусственные газы токсичны вследствие содержания в них оксида углерода (СО). Природные и попутные газы нетоксичны, однако высокомолекулярные предельные углеводороды при заметных концентрациях обладают наркотическими свойствами. Так, например, содержание в воздухе 10 % пропана или бутана вызывает при вдыхании головокружение.

Газ при определенных соотношениях с воздухом образует взрывоопасные смеси. Взрываемостьгазовоздушных смесей характеризуют нижним и верхним пределами воспламенения или взрываемости (табл. 4).

Нижним пределом взрываемостиназывается минимальнаяконцен-трация газа в газовоздушной смеси, при которой возможно ее воспламенение.

Верхним пределом взрываемости называется максимальнаяконцен-трация газа в газовоздушной смеси, при которой возможно ее воспламенение. Таким образом, воспламенение газа возможно только при определенных границах содержания его в воздухе. С точки зрения взрываемости более опасными следует считать те горючие газы, которые имеют самый низкий предел взрываемости или самый широкий диапазон пределов взрываемости.

Состав газообразного топлива задается в процентах по объему, и все расчеты относятся к кубическому метру сухого газа при нормальных физических условиях. Содержание примесей (водяных паров, смолы, пыли) выражается в г/м3 сухого газа.

Т а б л и ц а 4

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 774; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!