Файл: Васильев В.К. Термодинамические основы исследовательского проектирования судовых энергетических установок.pdf

зовавшиеся при количестве воздуха, теоретически необходимом для полного сжигания горючей массы топлива.

весовых долей неиспользованного чистого воздуха. Возьмем 1 кг сухого воздуха и предположим, что в нем стехиометрически сжи­ гается b кг топлива. Обозначим через ттвесовое (массовое) количество продуктов сгорания, рассчитанное на 1 кг топлива:

Обозначим весовое (массовое) количество воздуха на 1 кг топлива

Перейдем в уравнении (250) к весовому (массовому) количеству реагирующих веществ.

Можно написать

Mq = Мв -)- Л4Т,

где через М с соответствующими подстрочными знаками обозначены количества продуктов сгорания воздуха и топлива. Отнеся их к 1 кг воздуха, получим

M q __ , , М Т

м в — "Г М в ■

Введем обозначение

188

Эту формулу можно изобразить графически (рис. 30). Обозначим низшую теплотворную способность топлива через QK и заменим при

изучении процессов сжигания топлива результат химических реак­ ций подводом теплоты QE кДж/кг на 1 кг топлива. Отнеся величину M TQ£ к 1 кг воздуха, получим:

На рис. 30 даны также зависимости р и q от х.

При расчетах процессов сжигания органического топлива необ­ ходимо использовать стехиометрические зависимости. Следует счи­ тать, что атмосферный воздух, являющийся здесь окислителем горючих составных частей топлива, содержит влагу и поэтому не­ сколько отличается по составу от сухого воздуха (см. § 23). Примем следующий весовой состав воздуха:

189

§ 25. НЕОБХОДИМЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ОРГАНИЧЕСКОМ ТОПЛИВЕ

Количество атмосферного воздуха, необходимое для полного сжигания топлива, зависит от химического состава топлива. Помимо горючих частей топливо содержит ряд негорючих примесей или цен­ ных химических элементов, которые надо выделить из сырого топ­ лива, прежде чем сжигать его в топочных устройствах. Поэтому добытое из природных залежей топливо приходится подвергать соответствующей переработке, в результате которой получается остаток, пригодный для сжигания и получения рабочего агента энергетических установок.

Твердое и жидкое органическое топливо состоит из сложных хи­ мических соединений углерода С, водорода Н, серы S, кислорода О и азота N. После подготовительной переработки в нем обычно оста­ ются влага W и негорючие вещества (зола) А. При таком составе своей «горючей массы» топливо идет в топочное устройство или в ка­ меру сгорания энергетической установки. Влага W и зола А состав­ ляют «внешний балласт», как не дающие тепловыделений. Кислород О и азот N по тем же причинам можно назвать «внутренним баллас­ том».

Основные расчеты процесса сжигания топлива выполняют на ос­

чественно на процессы сжигания горючей части в среде атмосфер­ ного воздуха. В составе рорючей массы учитывают только органи­ ческую S0 и колчеданную S к серу, составляющие вместе горючую или летучую серу (Бл — SQ+ SK). Эта сера подвержена окислению до конечного продукта S 0 2 с выделением теплоты.

Сырое топливо (рабочая масса) перед поступлением в топливо­ сжигающее устройство может подвергаться химическому лаборатор­ ному анализу, для чего пробу предварительно подсушивают и сни­ жают в ней количество влаги W рабочей массы топлива до величины Wa. Рабочая масса, из которой выделена внешняя влага W — Wa, называется «аналитической массой». Если бы подсушкой пробы была удалена вся влага W, то масса топлива стала бы называться «сухой массой».

Исключив из состава горючей массы колчеданную серу SK, можно получить «органическую массу» топлива. Удобно воспользоваться графическим изображением состава топлива (рис. 31). Обычно состав топлива выражается в процентах. На рис. 31 в элементарный состав топлива входят следующие компоненты:

— рабочая масса (с надстрочным значком «р» в обозначениях

190

— сухая масса (со значком «с»):

Сс + Нс + Ос + Nc + Sc + ^ c = 100%;

— горючая масса со. значком «г»:

Сг + Нг + Or -f Nr + Sr = 100%;

— органическая масса со значком «о»:

С° + Н ° + О 0 + № + S° = 100% .

t.

Цифровые значения количества элементов, входящих в состав указанных масс, будут'для одного и того же топлива различными,

Рис. 31. Схема элементарного состава топлива.

почему и приходится обозначать их надстрочными индексами. При переходе от элементарного состава одной массы к элементарному составу другой следует состав компонент пересчитать. Например, переходя от состава горючей массы топлива к составу его рабочей массы, надо воспользоваться формулой пересчета

Сера, находящаяся в составе топлива, является нежелательной примесью. Ее присутствие в топливе снижает содержание углерода и уменьшает теплоту сгорания топлива. Образующиеся при сжигании серы окислы S 0 2 и S 03 вызывают коррозию металлических частей агрегатов, отравляют воздух, губят растительность и ускоряют разрушение строительных сооружений. Колчеданная сера SKвходит в минеральную часть топлива преимущественно в виде FeS2. Суль­ фатная сера Sc, входящая в состав высших окислов FeS04, CaS04 и MgS04, не подвергается окислению при сжигании топлива и оста­ ется в составе золы.

191

В нефти (жидком топливе) также имеется сера; при перегонке она переходит в остатки (мазут), причем чем глубже идет перегонка, тем больше в остатках содержится серы. В зависимости от содержа­

электростанциях и в судовых установках транспортного флота обычно для паровых котлов приходится довольствоваться мазутом с содер­ жанием серы Sr 2,5 -г-3,5%.

В табл. 19 даны основные характеристики некоторых сортов твердого и жидкого топлива, используемого в энергетических уста­ новках. В основу классификации твердого

Газы, обладая большей проникающей способностью, протекают через поры толщи земной коры, собираясь в пустотах, замкнутых более плотными слоями грунта, и образуют в них природные газо­ вые хранилища, часто значительно удаленные от нефтяных залежей. В таких хранилищах газ находится под значительным давлением. Природные газы добывают из чисто газовых природных хранилищ путем бурения скважин йа глубину газоносного слоя. Выходя через скважину под действием давления в хранилище, газ улавливается, обеспыливается и после удаления нежелательных компонент (на­ пример, сероводорода) направляется в магистральные газопроводы и через них отводится потребителю.

Иное дело — газы, получаемые из нефтяных скважин. Нефть залегает в недрах земли под давлением в десятки и сотни атмосфер, вследствие чего в ней растворено большое количество газов (в 1 т нефти 200—400 м3 газов). Выбрасываемая из скважин нефть снижает