Тема № 5: жидкое топливо, его сжигание.

МАЗУТНОЕ ХОЗЯЙСТВО.  

КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВА И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА.

 

«Топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения тепла. Д.И. Менделеев.

Чтобы использовать горючее вещество в качестве топлива необходимо:

· Иметь большие запасы;

· Относительно дешевый способ добычи;

· Хорошо транспортировалось;

· Более или менее хорошо загоралось;

· Содержало небольшое количество негорючих примесей (воды, золы).

По агрегатному состоянию топливо:

· Твердое: кусковое и пылевидное;

· Жидкое;

· Газообразное.

По способу получения:

· Ядерное получается при расщеплении изотопов урана;

· Естественное - природное топливо, используется без переработки: древесина, торф, бурые, каменные угли, антрациты, сланцы, нефть, природный газ.

· Искусственное – получают при переработки естественного топлива: древесный уголь, торфяной кокс, мазут, бензин, керосин, генераторные газы, газ коксовальных печей, доменный газ.

 Характеристики топлива:

1. Теплота сгорания;

2. Химический состав;

3. Выход летучих (твердое топливо)

4. Вязкость – мазут;

5. Температура застывания – мазут;

6. Температура вспышки – мазут.

 

         1. ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА. УСЛОВНОЕ ТОПЛИВО.

Теплота сгорания – калорийность – количество тепла, выделяемое при полном сгорании единицы массы твердого или жидкого топлива (ккал/кг; кдж/кг) или единицы объема (при н.у. Р=760 мм.рт.ст. t = 0 С) газообразного топлива (ккал/м ; кдж/м ).

Теплоту сгорания топлива определяют в колориметрической бомбе. В стальной сосуд помещают 1 грамм топлива, подают кислород с давлением 25-30 атм. Погружают в воду. Навеску поджигают электрическим запальником, по приросту температуры воды и массе пробы вычисляют теплоту сгорания реального топлива.

Теплота сгорания горючей массы определенного топлива постоянна, но от засоренности золой, содержания влаги теплота сгорания может колебаться, поэтому для сравнения между собой различных топлив, отличающихся теплотой сгорания, экономических расчетов введено понятие условное топливо.

Условным топливом принято считать топливо, теплота сгорания которого равна 7000 ккал/кг.

Теплота сгорания натуральных топлив от 1000ккал/кг – древесина до 11000ккал/кг.

Для пересчета расхода натурального топлива в условное пользуются формулой:

 

           В усл. = В нат. * Qнат. /Q усл.

В усл. – расход условного топлива (кг);

В нат. - расход натурального топлива (кг);

Qнат. – теплота сгорания натурального топлива (ккал/кг);

Qусл. – теплота сгорания условного топлива (ккал/кг).

Чем больше теплота сгорания, тем меньше расход топлива на единицу выработанного тепла.

 

     2. ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ (ХИМИЧЕСКИЙ) СОСТАВ ТОПЛИВА.

Элементарный состав топлива (твердого, жидкого) можно представить в виде равенства:

C + H + O + N + S + A + W = 100%

Указанные элементы находятся в топливе в виде сложных химических соединений, а не в виде механической смеси чистых элементов.

Горючие элементы:

С – углерод – высококалорийное горючее вещество при сгорании 1 кг выделяется 8100 ккал тепла. В топливе 55 – 95%.

Н – водород – самое лучшее горючее вещество, теплота сгорания 34150 ккал/кг –если образуется вода, или 28900 ккал/кг –если образуется пар. В топливе 1,5 – 14,5%.

S л. – сера летучая (горючая) – твердое хрупкое кристаллическое вещество. Теплота сгорания 2500ккал/кг, но примесь серы не желательна, т.к.

SО2 сернистый газ, вызывает отравление, загрязняет воздушный бассейн, при взаимодействии с водой образуется сернистая кислота Н2SО3.

SО3 при взаимодействии с конденсатом (водой) образует серную кислоту Н2SО4. Любая кислота вызывает усиленную коррозию металла.

Чем больше в топливе содержание горючих элементов, тем выше теплота сгорания топлива.

Балласт:

О – кислород – не выделяет тепло, но участвует в горении. В древесине кислорода до 41%, в антраците 1,7-2,6%. Кислород - внутренний балласт топлива.

N – азот – до 2% в топливе. Тепло не выделяет. В горении не участвует. Смешивается с горячими газами, нагревается и при высоких температурах образует вредные для окружающей среды окислы. Азот – внутренний балласт топлива.

А – зольность топлива – негорючие минеральные (оксиды, силикаты, сульфиды металлов) и механические примеси. Зольность от 5% до 40%. Сера негорючая также входит в состав золы. Зола отрицательно сказывается на качестве топлива, т.к. частицы не горят, а переходят в шлак (золу), на их нагрев тратится тепло, они захватываются потоком топочных газов и загрязняют поверхности нагрева.

Чем больше зольность, тем хуже топливо.

W – влажность топлива. Создает трудности при транспортировке, сжигании, уменьшает теплоту сгорания топлива, т.к. для испарения влаги тратится тепло, выделяющееся при горении.

Внешняя – попадает при добыче, транспортировке, хранении (в твердом топливе заполняет поры).

Внутренняя – заложена в природе топлива, связана физоко-химически с его составляющими.

 

                     3. ВЫХОД ЛЕТУЧИХ.

Вещества, которые при нагревании твердого топлива до высокой температуры улетучиваются, называются летучими.

Выход летучих – процентное содержание в горючей массе топлива компонентов, выделяющихся в виде газов, водяных паров при нагревании.

Чем больше выход летучих и ниже температура начала их выделения, тем легче воспламеняется топливо и выше его реакционная способность при горении.

                    ЖИДКОЕ ТОПЛИВО (МАЗУТЫ).

Мазут – остаточный продукт перегонки нефти.

Состав мазута:

С 85 –87 %

Н 10,2 – 11,5%

О + N 0,6 – 1,0%

W не >2%  при дальней транспортировке до 3%.

А 0,15 – 0,3%

Плотность 0,9 – 1,06 близка к плотности воды – расслаивание.

  По содержанию серы:

Малосернистые мазуты S до 0,5%

Сернистые до 2%

Высокосернистые мазуты от 3,5 до 4,3%. Чем выше сернистость, тем хуже качество мазута.

                     4. ВЯЗКОСТЬ.

Вязкость характеризует текучесть мазута, это отношение времени истечения мазута из вискозиметра при определенной температуре к времени истечения воды при температуре 20 С. Измеряется в градусах условной вязкости.

По секундомеру вода слилась за 2 сек, а мазут за16 сек 16 / 2 = 8 В.У.

Перед форсункой 2-3 В.У.

Чем больше вязкость, тем больше затрат на перекачку, слив, налив мазута, тем труднее его распылять. Вязкость можно уменьшить подогрев мазут.

             5. ТЕМПЕРАТУРА ЗАСТЫВАНИЯ.

В условиях опыта – это температура при которой мазут при наклоне пробирки под углом 45  остается неподвижным в течении одной минуты. При какой температуре мазут теряет свою подвижность (текучесть) и застывает.

Температура застывания велика, поэтому мазутопроводы прокладывают совместно с паропроводами в одной изоляции.

 

               6. ТЕМПЕРАТУРА ВСПЫШКИ.

Температура при которой пары мазута в смеси с воздухом вспыхивают при соприкосновении с открытым пламенем.     

Для предотвращения пожара температура подогрева мазута в открытых резервуарах должна быть на 15 – 20 С меньше температуры вспышки.

 

         МАРКИ МАЗУТА, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ТОПКЕ КОТЛОВ.

                              ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ.

В качестве топлива используется мазут марок: М-40; М-100; М-200.

 

ПОКАЗАТЕЛИ	М-40	М-100	М-200
Вязкость условная В.У.
При t= 50 С	40	100	200
t= 80 С	8	15,5	-
t= 100 С	-	-	6,5 – 9,5
Температура вспышки t С	90	110	140
Температура застывания t С	10	25	35
Плотность т/м  t20 С	0,93	1,01
Теплота сгорания ккал/кг		9500 - 9800

        

 

   ПРОЦЕСС ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА. ПРИЗНАКИ ПОЛНОГО И НЕПОЛНОГО СГОРАНИЯ. КОЭФФИЦИЕНТ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА.

Горение – реакция, при которой происходит превращение химической энергии топлива в тепловую. Это сложный физико-химический процесс.

При полном горении вся химическая энергия превращается в тепловую по химическим реакциям:

С + О2 = СО2

   2 Н2 + О2 = 2 Н2О

S+ О2 = SО2  или SО3 (в меньшей мере)

В дымовых газах СО2; Н2О; SО2  или SО3; О2; N2 – не горючие составляющие.

Для полного горения необходимо:

· Постоянное поступление в топку воздуха и его хорошее перемешивание с топливом;

· Высокая температура в топке (не < 900 - 1000 С);

· Постоянный отвод продуктов сгорания, т.к. дымовые газы могут заглушить горение.

При нарушении этих требований – горение не полное, т.е. реакция протекает не до конца и к инертным составляющим в дымовых газах добавляются горючие элементы (не вся химическая энергия превращается в тепловую).

2С + О2 = 2СО горючие элементы могут гореть и выделять тепло, а они покидают топку с дымовыми газами (СО – угарный газ, С – сажа).

При неполном сгорании мазута:

Пламя красное с дымными черными полосами, т.к. в горячих, уходящих газах много частиц углерода, раскаленных до красна, но не сгоревших. Дым черный – сажа. 

При полном сгорании мазута (твердого топлива):

Пламя соломенного цвета, дым светло-серых оттенков.

         Коэффициент избытка воздуха.

Для обеспечения полного сгорания топлива необходимо подвести к топке воздуха больше, чем по расчету (теоретически), т.к. часть воздуха не успевает вступить в химическую реакцию (несовершенство горелок).

Отношение действительного количества воздуха к теоретически необходимому - коэффициент избытка воздуха - .

           = V действ./V теорет. >1

           характеризует процесс горения в реальных условиях по сравнению с теоретическими.

Рациональное сжигание топлива – это обеспечение полного сгорания топлива при минимальном .

Чем меньше , тем экономичнее работает котел.   стремиться к 1.            

На практике:   каменного угля 1,4;

                        антрацита      1,3;

                        мазута       1,1 – 1,3;

                        газа           1,05 – 1,1;

о величине  можно судить по пламени и дыму:

 < указанных – мало воздуха – пламя красных оттенков с черными дымными полосами, дым черный.

 > нормы – пламя настолько яркое, что больно глазам (желтое). При этом нагревается лишний воздух, затрачивается тепло, в усиленном режиме работает дымосос. Присосы воздуха – лишний воздух, поэтому с ними необходимо бороться.

На каждый котел один раз в три года наладочная организация составляет режимную карту. В зависимости от производительности котла экспериментально устанавливается количество воздуха практически необходимое для горения. С помощью газоанализатора определяют наличие СО в отходящих газах. Меняя давление воздуха перед горелкой находят при каком давлении воздуха СО минимально для данного режима (давления газа). Так находят оптимальное соотношение давления топлива и давление воздуха перед горелкой для каждого режима. Оператор обязансоблюдать режимную карту.