Способы выражения состава топлива

Способы выражения состава топлива

Составы твердого и жидкого топлив выражают в % по массе содержащихся в них химических элементов: С, H, O, N и той части S, которая может участвовать в реакциях окисления (S _гор). Указывают также зольность, т. е. содержа­ние минеральной составляющей топлива, которая при его сжигании выделяется в виде золы (обозначается А) и влаги (W). Составы твердого и жидкого топлив изменяются со временем, при этом наиболее значительны изменения влагосодержания, происходящие в течение суток и в зависимости от времени года.

Состав топлива может быть задан в пересчете на органи­ческую массу, в этом случае учитывается содержание С, Н, О, N. Если состав выражен в пересчете на горючую массу, учитывается также содержание S _гор, в пересчете на сухую массу дополнительно учитывается зольность. Наконец, если задан состав рабочего топлива, наряду со всеми этими со­ставляющими учитывается содержание влаги. Содержание, например, углерода в каждом из этих четырех случаев обо­значается соответственно С°, С^г, С^с, с^р, а содержание i -й составляющей в общем виде B _i °, В _i ^г, В _i ^с, B _i ^р. При любом способе задания состава суммарное содержание всех учиты­ваемых составляющих должно равняться 100%.

Состав газообразного топлива выражают в % по объему содержания составляющих газовой смеси, в том числе угле­водородов N ₂, 0₂, H ₂ S, CO ₂, СО, Н₂, СН₄, С₂Н₆, С₃Н₈ и т. д. Содержание углеводородов с количеством атомов углерода в молекуле, равным 5 и более, обычно учитывают совместно и обозначают C ₅ H _{12+ B} (содержание пентана и высших углеводородов). При расчетах его рассматривают как содержание чистого C ₅ H ₁₂. Может быть задан состав сухого и рабочего газооб­разного топлива, содержание составляющих обозначается соответственно СН₄^с и СН₄^р. Со­держание водяного пара принимается как максимально воз­можное при данной температуре топлива (т. е. отвечающее его относительной влажности, равной 100%), что достига­ется в результате очистки газа.

2. Какие вопросы решаются при расчете процесса горения топлива.

Определение параметров сжигания топлива:

1) расход воздуха

2) объем и состав дымовых газов

3) температура горения топлива

4) составление материального баланса процесса горения (для проверки правильности расчетов)

Устройства для сжигания твердого топлива.

Твердое топливо сжигают в топках или непосредственно в рабочем пространстве печи. Различают простые (рис. а) и полугазовые топки.

Большее распространение получили полумеханические и механические топки. Колосниковая решетка состоит из плит с отверстиями для подачи воздуха. Шуровочная планка совершает возвратно – поступательные движения по колосниковой решетке. Планка передвигается автоматически.

В топочных устройствах с неподвижной колосниковой решеткой сжигают древесину, торф и угли, за исключением спекающихся и тощих углей.

В механизированных топочных устройствах сжигают торф, бурые и каменные угли.

В полугазовых топках горение топочных газов происходит в рабочем пространстве печи. В этих топках используют топливо с большим количеством летучих: торф и длиннопламенные угли. Воздух, необходимый для процесса горения, подают в два приема: первый раз воздух подают под колосниковую решетку с целью получения полугаза, второй газ – в верхнюю часть топочного устройства или рабочее пространство печи. Как правило, чем больше толщина соя топлива, находящегося на колосниковой решетке, тем больше образуется продуктов неполного сгорания (торф – 1 м, бурый уголь – 0,4 – 0,5 м, антрацит – 0,4 м).

Силы, действующие в газах.

Виды напоров.

1) Скоростной (динамический) напор:

Р_ск = , Па

2) Геометрический напор возникает в вертикальных каналах, в которых находятся нагретые (легкие) газы.

Р_геом = Н ∙ (  ∙ 9,8, Па

Н – высота столба газа от уровня, принятого за нулевой, м

 - плотность окружающего воздуха и газа при их средней температуре, кг / м³

9,8 – ускорение свободного падения, м / с²

3) Статический напор газа – разность между давлением газа в канале и атмосферным давлением:

Р_ст = Р_абс – Р_атм, Па

Р_абс – абсолютное давление газа, Па

Р_атм – барометрическое давление воздуха, Па

Основы подбора вентилятора.

Вентиляторы удобно подбирать по характеристическим кривым, выражающим связь между основными параметрами работы вентилятора. Полная характеристика вентилятора при его постоянной частоте вращения выражает зависимость между его производительностью, давлением, мощностью и КПД.

Исходные данные для подбора:

1) часовой расход газа при действительных условиях, м³/час

2) требуемое давление (разрежение), которое должен создавать вентилятор, Па

В нижней части номограммы по оси координат показаны производительности вентиляторов в м³/ч, по которым подбирают номер вентилятора. В верхней части номограммы по оси координат отложены суммарные давления вентиляторов; кривые, идущие от начала координат к вверху, обозначают КПД вентилятора при различной его производительности.

Крайняя кривая справа выражает значение динамического давления для разной частоты вращения вентилятора. Частоту вращения вентилятора определяют по кривым, идущим слева направо в горизонтальном направлении. Верхняя кривая соответствует наибольшей частоте вентилятора, допустимой по соображениям прочности. Частоту вращения получают делением числа А, показанного на кривых, на номер вентилятора.

Последовательность работы:

1) горизонтальная линия – расход, отмечают все точки пересечения с линиями номеров вентиляторов;

2) в верхней части – горизонталь – давление;

3) из точек пересечения линий расхода с линиями номеров вентиляторов перпендикуляры до горизонтали давления;

4) выбирается вентилятор с максимальным КПД.

Схема работы шахтной печи.

В шахтные печи твердое топливо загружается в шахту вместе с обжигаемым материалом или газообразное топливо сжигается в отдельных топках. Обжигаемый кусковой материал подается через загрузочное устройство, проходит через зоны подогрева 1, обжига 2, охлаждения 3 и затем удаляется из печи разгрузочным устройством. Горячий воздух проходит из зоны охлаждения в зону обжига для сжигания твердого топлива, распределенного между кусками материала или гранул, сформированных из размолотой шихты.

В печах, оборудованных топками, горячий воздух из зоны охлаждения подается в зону обжига и зону подогрева через промежутки между кусками обжигаемого материала и используется для дожигания продуктов неполного сгорания топлива и нагрева обжигаемого материала.

Тепловые балансы печей.

Тепловой баланс печи выражается уравнением, связывающим количество тепла, выделенное во время работы печи, с количеством тепла, израсходованным на технологические процессы и потерянным в окружающее пространство.

Тепло, выделяемое при работе пламенной печи (приход):

- тепло при сгорании топлива (Q_гор): Q_гор = , кВт

 - тепло сгорания топлива, кДж / кг

В – расход топлива, кг / сек

- тепло вносимое с подогретым воздухом (Q_воз): Q_воз = L_α ∙  ∙ В, кВт

L_α – действительное количество воздуха, подаваемое для горения топлива, нм³ / кг

 - теплосодержание (энтальпия) воздуха, кДж / нм³

- тепло вносимое топливом (Q_топ): Q_топ = с_т ∙ t_т ∙ В, кВт

с_т – средняя теплоемкость топлива; с_т^вл = 1,05 – , кДж / кг град; для сухого топлива с_т = 1,05 кДж / кг град

t_т – температура подогрева топлива

Тепло, затраченное на технологические процессы и потери в окружающую среду:

- тепло на нагрев материала (Q_м): Q_м = Р ∙ (с_кt_к – с_нt_н)

Р – производительность печи по обожженному материалу, кг / сек

с_кt_к – энтальпия материала в конце нагрева до конечной температуры обжига, кДж / кг

с_к – средняя массовая теплоемкость материала в интервале температур от 0 до t_к, кДж / кг ∙ град

с_нt_н – энтальпия материала в начале нагрева при начальной температуре t_н, кДж / кг

- тепло на испарение влаги и нагрев водяных паров (Q_исп): Q_исп = (2500 – 4,2 t_н) ∙ W_вл, кВт

2500 – скрытая теплота парообразования, кДж / кг

t_н – температура влажных материалов, поступающих в печь

W_вл – количество влаги, испаряемой из материала

- тепло на химические процессы в материале (Q_хим): Q_хим = q_x ∙ G_x, кВт

q_x – теплота, расходуемая на физико – химические процессы 1 кг исходного химического вещества в необожженном продукте, кДж / кг

G_x – количество исходного химического вещества в материале, загружаемом в печь, кг / сек

- тепло с уходящими газами из рабочего пространства печи (Q_дым): Q_дым = V_дым ∙ i_дым, кВт

V_дым – объем продуктов горения, уходящих из рабочего пространства печи, с учетом подсосов окружающего воздуха, нм³ / сек

i_дым = с_дымt_дым – энтальпия продуктов горения при температуре уходящих газов, кДж /нм³

- потери тепла вследствие неполноты горения топлива (химической и механической) (Q_неп):

Q_неп = Q_хим + Q_мех, кВт

Q_хим – потери от химической неполноты сгорания, кВт

Q_мех – механические (провал, унос, утечка) потери топлива

- потери тепла через кладку в окружающее пространство (Q_кл): Q_кл =  , кДж / ч

 - разность температур газов рабочего пространства печи и окружающего воздуха

α₁ – коэффициент теплоотдачи от печных газов к стенкам внутри рабочего пространства, Вт / м² ∙ град

 - сумма тепловых сопротивлений отдельных слоев кладки:

s – толщина слоя, м

λ – коэффициент теплопроводности, Вт / м ∙ град

α₂ – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенок в окружающую среду, Вт / м² ∙ град

- потери тепла излучением через щели (Q_луч): Q_луч = 0,0057[(  - ( ] ∙ F ∙ φ ∙ z, кВт

Т_пр, Т_окр – температуры печного пространства, откуда происходит излучение, и окружающей среды

F – площадь сечения отверстия, м²

φ – коэффициент диафрагмирования, который определяется по графику

z – продолжительность открытия окна, ч

- потери тепла с газами, проходящими через неплотности рабочего пространства печи (Q_выб):

Q_выб = V_выб ∙ i_газ, кВт

V_выб – количество газов, выходящих их отверстия, нм³ / сек

i_газ – энтальпия выбивающихся газов при данной температуре, кДж / нм³

- тепло на нагрев транспортирующих устройств (Q_тр):

Q_тр = ) …, кВт

,  - масса слоев футеровки вагонетки, кг / сек

,  - начальное теплосодержание соответствующих слоев футеровки при входе в печь, кДж / кг

,  - теплосодержание соответствующих слоев футеровки вагонеток в конце рассматриваемого периода нагрева при средней температуре, кДж / кг

- тепло, отводимое из рабочего пространства печи на сторону (Q_суш): Q_суш = V_воз ∙ i_воз

i_воз – энтальпия при температуре отводимого из печи горячего воздуха, кДж / нм³

V_воз – объем воздуха, нм³ / сек

- потери с конвекционными потоками стекломассы (для стекловаренных печей) (Q_конв):

Q_конв = G_ст (с₁t₁ – c₂t₂) n, кВт

G_ст – количество сваренной стекломассы, кг / сек

t₁, t₂ – температуры потоков стекломассы, попадающих и возвращающихся в варочную часть печи

с₁, с₂ – средние теплоемкости стекломассы между 0 и t₁ и между 0 и t₂, кДж / кг ∙ град

n – коэффициент потока стекломассы

!!! неучтенные потери: Q_неучт = (0,03 – 0,05) Q_гор ∙ В, кВт

Способы передачи тепла.

1. Конвективный режим работы печей.

Конвективный режим характеризуется преимущественным конвективным теплообменом и обязательным движением теплоносителя (печной атмосферы) в ее рабочем пространстве. Передача теплоты излучением при данном режиме выражена слабо и может быть учтена с помощью поправочного коэффициента к конвективному коэффициенту теплоотдачи.

Конвективный режим свойственен только низкотемпературным печам, в которых температура теплоносителя не превосходит 600˚C.

Роль конвективного режима тепловой работы возрастает в печах, где нагреваемые изделия распределены по всему их рабочему объему, а также в печах, где происходит нагрев изделий, поверхность которых имеет достаточно низкую степень черноты (ε < 0,4).

В первом случае изделия, подвергаемые нагреву взаимно экранируются от излучающей составляющей тепловой энергии, что почти исключает ее роль в общем теплообмене. Во втором случае, из-за малого значения степени черноты, незначительна поглощающая способность лучистой составляющей теплового потока. Это также снижает роль радиационной составляющей в общем теплообмене.

В печах с конвективным режимом работы стремиться достичь развитого движения печных газов в рабочем пространстве, их циркуляцию и часто, рециркуляцию. Этим обеспечивается:

- увеличение теплового потока к поверхности материала и равномерное его распределение по ней;

- более равномерный нагрев материала;

- повышение теплового к.п.д. печи.

На рис. 1.6. показана схема печи, работающей по конвективному режиму теплообмена с циркуляцией и рециркуляцией печных газов.

Рис. 1.6. Схема печи с конвективным режимом тепловой работы:

1 – нагреваемое изделие; 2 – экран; 3 – поток теплоносителя;

Рис. 1.8. Схемы расположения горелочных устройств в топливных

печах с радиационным режимом тепловой работы:

а – равномерно-распределенным; б – прямонаправленным;

в – косвенно-направленным

Требования к материалу футеровки туннельных печей.

Стены в печах составные, футерованные шамотным кирпичом и облицованные (наружный слой) обыкновенным глиняным кирпичом.

Вагонетки футеруют жаростойким бетоном или шамотными камнями для предохранения металлических частей от воздействия высоких температур.

Требования к огнеупорам, используемым при сооружении шахтных печей.

В шахтных известеобжигательных печах футеровочным материалом служат различные огнеупорные материалы — обычно шамотный кирпич или блоки и хромомагнезитовый кирпич.

Хромомагнезитовые огнеупоры обладают большой химической стойкостью, высокой теплопроводностью и большим коэффициентом термического расширения, поэтому при применении для кладки хромомагнезитового кирпича необходимо оставлять эластичные швы, чтобы тепловое расширение кирпича не вызвало в кладке опасных напряжений

 

.Схемы печей.

Способы выражения состава топлива

Составы твердого и жидкого топлив выражают в % по массе содержащихся в них химических элементов: С, H, O, N и той части S, которая может участвовать в реакциях окисления (S _гор). Указывают также зольность, т. е. содержа­ние минеральной составляющей топлива, которая при его сжигании выделяется в виде золы (обозначается А) и влаги (W). Составы твердого и жидкого топлив изменяются со временем, при этом наиболее значительны изменения влагосодержания, происходящие в течение суток и в зависимости от времени года.

Состав топлива может быть задан в пересчете на органи­ческую массу, в этом случае учитывается содержание С, Н, О, N. Если состав выражен в пересчете на горючую массу, учитывается также содержание S _гор, в пересчете на сухую массу дополнительно учитывается зольность. Наконец, если задан состав рабочего топлива, наряду со всеми этими со­ставляющими учитывается содержание влаги. Содержание, например, углерода в каждом из этих четырех случаев обо­значается соответственно С°, С^г, С^с, с^р, а содержание i -й составляющей в общем виде B _i °, В _i ^г, В _i ^с, B _i ^р. При любом способе задания состава суммарное содержание всех учиты­ваемых составляющих должно равняться 100%.

Состав газообразного топлива выражают в % по объему содержания составляющих газовой смеси, в том числе угле­водородов N ₂, 0₂, H ₂ S, CO ₂, СО, Н₂, СН₄, С₂Н₆, С₃Н₈ и т. д. Содержание углеводородов с количеством атомов углерода в молекуле, равным 5 и более, обычно учитывают совместно и обозначают C ₅ H _{12+ B} (содержание пентана и высших углеводородов). При расчетах его рассматривают как содержание чистого C ₅ H ₁₂. Может быть задан состав сухого и рабочего газооб­разного топлива, содержание составляющих обозначается соответственно СН₄^с и СН₄^р. Со­держание водяного пара принимается как максимально воз­можное при данной температуре топлива (т. е. отвечающее его относительной влажности, равной 100%), что достига­ется в результате очистки газа.

2. Какие вопросы решаются при расчете процесса горения топлива.

Определение параметров сжигания топлива:

1) расход воздуха

2) объем и состав дымовых газов

3) температура горения топлива

4) составление материального баланса процесса горения (для проверки правильности расчетов)