Коэффициент избытка воздуха.

Тема 1. Топливо, его сжигание и рациональное использование.

Общие понятия.

Топливом называется вещества способные в процессе горения выделять значительное количество тепловой энергии.

Таблица 1.

Агрегатное состояние	происхождение
естественное	искусственное
твердое	каменный уголь, антрацит, бурый уголь, торф, сланцы, дрова.	каменноугольный кокс, брикеты, угольная пыль, древесный уголь.
жидкое	нефть	мазут, бензин, керосин, диз. топливо, солярное масло.
газообразное	природный газ газовых месторождений, нефтепромысловый (попутный)	коксовый, сланцевый, генераторные, сжиженные углероды

По способу получения топливо делится:

1. естественное;

2. искусственное;

3. топливные отходы:

По агрегатному состоянию:

1. Твердое;

2. Жидкое;

3. Газообразное.

Рабочее топливо - топливо, поступающее для сжигания в топках котлов. Оно характеризуется химическим составом и теплотворной способностью.

Теплота сгорания топлива или теплотворная способность это количество тепла выделяемого при полном сгорании 1 кг (нм³) твердого или газооб­разного топлива.

Q -теплота = [ккал/кг] = [ккал/м³]= (кДЖ/кг)=(кДЖ/м³)

нм³ - нормальный м³

Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива.

-высшая (теоретич. понятие) - количество теплоты выделенной при полном сгорании топлива с учетом скрытой теплоты парообразования водяных паров.

- низшая теплота без учета скрытой теплоты парообразования.

В расчетах используют

_дров~ 3200 ккал/кг

_{кам. угля} ~5880-7310 ккал/кг

_мaзут ~ 9550-10500 ккал/кг

_{природный газ} ~8500 ккал/м³

Условное топливо- такое топливо при сгорании 1 кг выделяется теплота = 7000 ккал/кг. Это удобно для сравнения работы котлоагрегата, сжи­гающего разные сорта топлива, определения норм расхода, запаса и эко­номии топлива. Для того, что перевести топливо из натурального в условное есть понятие топливный эквивалент.

Все экономические расчеты и определение нормального расхода топлива производят по условному топливу.

Элементарный состав рабочего топлива.

С^р + Н^р+ S^p+ О^р + N^p + А^р + W^p = 100%

С^р - _________образует в топливе сложное соединение; дрова содержат 50%; углерода; мазут - 88%.

Н^р - ___________; содержания Н облегчает воспламенение и сжигания топлива в антраците - 2,5%; в природным газе - 25%.

S^p - ______, горючая и негорючая, наличие в топливе нежелательно, т. к. при сжигании получаются оксиды серы.

О^р -___________ и N^p - _______ внутренний баласт топлива, в горении не участвует, уходят с дымовыми газами, содержание в топливе от 0,6 до 1%.

А^р - _______, минеральная часть топлива, твердый негорючий остаток, снижа­ет теплопередачу и КПД котла. В газообразном топливе зола не со­держится, в других видах от 5 до 40%

W^p - _______ затрудняет воспламенение топлива. Увеличивает количество дымо­вых газов, приводит к коррозии поверхности нагрева. Содержание от 5 до 70%. При испарении 1 кг. влаги расходуется 539 ккал/кг.

Жидкое топливо (мазут)

А. Мазут получают при перегонке сырой нефти.

Элементарный состав:

С^Р +Н^Р +S^P +О^Р +N^Р +А^Р + W^p = 100%

-84% -10% (0,5+3,5%) 1% 1% 0,3% (-0,5-5%)

горючая часть негорючая часть

Основными компонентами мазута является углеводородные соедине­ния, минеральные примеси, металлоорганические соединения. Минеральные примеси образуют большой осадок. Чем больше в топливе горючих элементов, тем лучше его качество, т. е. лучше теплота сгорания.

Ценные составляющие С^р (углерод) составляет 85-88% горючей массы 1 кг С-8100ккал. и Н^р (водород) 10-12% горючей массы 2200ккал.

По содержанию серы мазут бывает:

Малосернистый (S до 0,5% --- М-40; Ф-12);

Сернистый (S - 0,5% -2%; М-100; Ф-5);

Высокосернистый (S-2%-3,5%; М-100 В; М-80);

Марки мазута

По ГОСТ след. Марки:

-флотские Ф5,Ф12 – в котельных не используется

-топочные М40(средний), М100(тяжелый)- 2 вида по 7 групп в каждом.

Б. Свойства мазута.

1.Теплота сгорания = 9500 10500 ккал/кг.

2.Плотность = 900 960 кг/м³

относительная мазутов ~ 0,96

_отн. это отношение _маз при t= + 20°С к _воды при t = + 4°С. С ростом температуры на каждые 10° С плотность мазута умень­шается на 5-6 кг/м³ на 1 тонну (это условие для отстоя воды).

3.Вязкость - степень текучести жидкого топлива. Измеряется прибором вискозиметром в градусах условной вязкости.

Условная вязкость - показывает во сколько раз мазут вытекает медленнее, чем вода, через калиброванное отверстие прибора (вискозиметра) Обозначение °ВУ - градус условной вязкости. В марке мазута указана условная вязкость: М - 40; условная вязкость 40°ВУ. (Надо знать для того чтобы правильно его траспортировать, перекачивать и сжигать.)

Чем больше вязкость тем труднее мазут распылять в форсунках. Вяз­кость уменьшают подогревом мазута. Подогревают до 110-120 ⁰ С.

Таблица 2

4.t вспышки- способность топлива воспламеняться при соприкосно­вении с огнем и гореть не менее 5 секунд.

Для мазута колеблется от 80-140°С. М-20 t_всп = +80°C;

М-40 t_всп = +100°С.

При разогреве мазута в открытых емкостях, в целях пожарной безопасности t подогрева должно быть на 10°С ниже t вспышки, но не выше 90⁰ С.

5. t воспламенения- это t при которой нагретый мазут загорается и го­рит не менее установленного времени, t воспламенения на 10°-40°С выше t вспышки.( минимальная t при которых в данных условиях горючая смесь газа и воздуха начинает гореть)

6.t самовоспламенения- это горение паров мазута без источника огня

t = 500-600 °С.

7.t застывания- tпри которой уровень мазута в наклоненной под уг­лом 45° пробирке остается неподвижен в течении 1 минуты. t° застывания зависит от состава исходной нефти и содержания парафинов. Чем выше вязкость мазута, тем выше t застывания. Она колеблется от -5 до +36°С.

М-40-»t₃ ⁼ 10^оС.

М-100-»t₃ ⁼ 25^оС.

В. Опасные свойства мазута:

ü пожароопасен;

ü пары мазута в смеси с воздухом взрывоопасны (пределы взрываемости паров мазута 1.4 -8%);

ü раздражающие действие на кожу и слизистые оболочки человека, вызывает возникновение кожных заболеваний;

ü длительный контакт с мазутом ведет к заболеванию органов дыхания;

По степени воздействия на человека является малоопасным для человека продуктом (4 класс опасности), малотоксичен.

Газообразное топливо (природный газ)

А. В котельных используется в основном природный газ. Искусственный газ не используется, т.к. токсичен.

Элементарный состав:

СН₄ + С_mН_n+ О₂ + N₂+CО₂ + Н₂S

горючая часть (70%-98%):не горючая часть (2%-10%):

Б. Свойства природного газа.

1.Теплота сгорания Q^p_н= 8550 ккал/м³ ; Q^p_в= 9550 ккал/м³ .

2.Плотность _CH4= 0,72-0,75 кг/м³

_отн= _газа/ _возд.=0,72/1,29= 0.55

3.t воспламенения t_всп = +545°C;

4.t самовоспламенения t_{самовспл} = +650°C;

В. Опасные свойства газа

ü пожароопасен;

ü взрывоопасен (пределы взрываемости – объемная концентрация метана в смеси с воздухом при котором возможен взрыв. Есть нижний предел и верхний предел взрывоопасности(5%-15%).

ü имеет удушающие свойства, малотоксичен (4 класс опасности);

ü при неполном сгорании образуется токсичный газ (СО- угарный газ);

ü при высоких концентрациях появляются наркотические свойства.

Г. Одоризация природного газа.

Одоризация - процесс придания газу резкого специфического запаха для своевременного обнаружения утечки газа.

Одорируют природный газ после его очистки и осушки. В качестве одоранта применяют вещество - этилмеркаптан (С₂Н₅SН) высокоопасное вещество (2 класс опасности ,токсичен), концентрация 16г на 1000м³ газа. При содержании газа в воздухе помещения = 1% (1/5 нижнего предела взрывоопасности – запах должен быть интенсивный.

Д. Преимущества природного газа (газ топливо) относительно других видов топлива.

1) низкая себестоимость добычи

2) дешевизна транспортировки (не нужен транспорт, склады).

3) высокая теплота сгорания

4) находится с воздухом в одном агрегатном состоянии, что благоприятно для лучшего смешивания и полного сгорания

5) не требует подготовки перед сжиганием, что позволяет лучше организовать и автоматизировать процесс горения

6) улучшение условий труда персонала

7) высокое КПД котла (нет шлаков значит потерь)

8) экономически более чистое топливо (нет в составе серы)

Основные недостатки: повышенная взрывоопасность и пожароопасность что определяет повышенное требование к оборудованию и правил его обслуживания.

Твёрдое топливо

Твёрдое топливо - горючие вещества, основной составной частью которых является углерод.

Топливо должно удовлетворять следующим требованиям:

1) Иметь большие запасы

2) Низкую себестоимость

3) Содержать меньше негорючих составляющих

4) Легко загораться

5) При горении не выделять вредных веществ

Горение топлива

Горение - химическая реакция окисления горючих веществ топлива кислородом воздуха, происходящий при высокой t с выделением света, тепла, газообразных продуктов сгорания и оча­говых остатков (золы).

Для обеспечения процесса горения необходимо:

1. Постоянный подвод топлива и воздуха, а так же хорошее переме­шивание топлива и воздуха;

2. Достаточный объем топочного пространства;

3. Непрерывный отвод продуктов сгорания из топки;

4. Высокая tфакела, не менее 1000 °С;

5. Газоплотная обмуровка, чтобы не было подсосов воздуха;

6. Работа по режимной карте, контроль по приборам и визуальный;

7. автоматика регулирования процесса горения.

Коэффициент избытка воздуха.

Подсчитано, что для полного сгорания:

1кг мазута надо 10,9м³ воздуха(теоретически)

1 м³ газа надо 9,52 м³ воздуха(теоретически)

При сжигании топлива очень важно правильно регулировать поступление воздуха в топку котла.

Если воздуха в топку котла будет поступать мало, то кислорода не будет хватать для полного сгорания топлива, и часть горючих газов, образующихся в топке котла (например, окись углерода СО), и несгоревшие частицы угля будут уноситься с продуктами горения в дымовую трубу. Неполноту сгорания топлива можно заметить по появлению черного дыма из дымовой трубы.

Если воздуха в топку котла будет поступать много, то много тепла будет тратиться на нагревание излишнего воздуха перед его подачей в топку котла, а также много тепла уноситься в дымовую трубу.

Действительное количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, должно быть несколько большим теоретиче­ского, так как при практическом сжигании топлива не все количе­ство теоретически необходимого воздуха используется для горения топлива; часть его не участвует в реакции горения в результате не­достаточного перемешивания воздуха с топливом, а также из-за того, что воздух не успевает вступить в соприкосновение с углеродом топлива и уходит в газоходы котла в свободном состоянии. Поэтому отношение количества воздуха, действительно подаваемого в топку котла, к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха в топке:

α_т = V_в^д / V_в^т больше 1,

где: V_в^д — действительный объем воздуха, поданного в топку котла на 1 кг топлива,

V_в^т— теоретический объем воздуха,

тогда:

V_в^д = α_т ּ V_в^т

Коэффициент избытка воздуха зависит от вида сжигаемого топ­лива, способа его сжигания, конструкции топки котла и принимается на основании опытных данных.

α_т=1,05 (газ); α_т=1,15( мазут)

При работе топок всех видов необходимо постоянно наблюдать за исправным ведением топочных процессов по контрольно-измери­тельным приборам.

Для каждого котла определен оптимальный коэффициент избытка воздуха, при котором тепловые потери минимальны, а КПД максимально. Это определяется в результате режимно- наладочных работ на котлах.

При присосе холодного воздуха в газоходы котла экономичность его работы снижается, поэтому персонал, обслуживаю­щий котлоагрегат, должен постоянно следить за исправностью обмуровки, плотным закрытием заслонок, дверок, гляделок и пр.